新疆大学机械工程学院：打破传统实验困局 重塑力学智慧课堂

在人工智能深度重塑各行各业的时代背景下，传统工科实验教学正面临从验证知识向解决工程问题转型的现实挑战。新疆大学机械工程学院崔权维团队聚焦《工程力学实验》课程，深耕教学改革，以人工智能、大数据与知识图谱技术重塑实验课堂，打通了从理论公式到工程实践的最后一公里。

课程面向机械工程、工业工程、机器人工程、智能制造、交通工程、化工、纺织、能源动力等专业本科二年级学生开设，是工科人才培养体系中承上启下的重要实践环节。力学是工科的根基，实验是力学的基石。团队依托智慧树平台深度融入AI、大数据与知识图谱技术，完成系统性课程创新，为多个工科专业提供实践支撑，也为同类课程提供了可复制、可推广的建设样本。

力学实验课究竟怎样教？怎样才能让抽象的力学理论落地为可看、可算、可用的工程能力？崔权维团队用多年的持续探索给出了答案。

在《工程力学实验》的课堂上，一块普通的低碳钢试样不再是教材上的示意图。学生通过自主开发的虚拟仿真平台，在“低碳钢的拉伸和冲击韧性力学仿真实验”中完成实验背景、拉伸实验、冲击实验与综合考核的完整流程，再走进实验室进行真实操作。

课堂上，教师以工程案例问题导入，组织学生深读教材、开展AI追问，围绕安全规范展开研讨，再分组完成实验；虚拟仿真实验让每一名学生都能带着思考进入实操环节。虚实之间无缝衔接，抽象的力学概念由此转化为可观察、可计算、可解释的工程实践。

传统实验教学存在理论公式与实验现象割裂、工程案例介入不足、数据处理能力训练薄弱等痛点，重报告轻过程、重验证轻设计、重分数轻能力的现象尤为突出：操作流程趋同，学生被动跟随，演示实验占主导。

针对上述问题，团队确立了“虚实融合、标准引领、多元案例、思政贯通”的课程创新主线。一是自主研发VR平台与实验室设备无缝衔接，实现映射大纲、虚仿延拓的可视化再现，团队主持建设的《低碳钢的拉伸和冲击韧性力学仿真实验》获批首批新疆维吾尔自治区虚拟仿真实验一流课程；二是将全过程国标规范操作与数据处理贯穿教学始终，引导学生养成严谨规范的工程思维；三是面向不同专业构建多元化案例库，依托AI实现个性化定制式教学，让机械、机器人、智能制造、交通、化工等专业的学生都能在贴近本专业的场景中理解力学；四是融入辩证思维和家国情怀，打造有温度、有深度、有挑战度的“金课”。从一块低碳钢试样出发，学生看到的不只是应力与应变，更是真实工程的运行逻辑。

有了清晰的课程理念，还需要与之匹配的教学生态。团队打破传统教学固化模式，从技术应用、教学模式、知识体系、评价机制四个维度系统发力，构建AI赋能的实验教学技术体系。在数智技术应用创新上，团队以“AI知识图谱·虚实融合实验·智能复盘反馈”为主线，依托AI智伴支撑全天候个性化答疑、实验方案智能优化与创新思路启发，结合虚拟仿真改变传统教师演示实验的单一形态。

在教学模式创新上，团队构建“AI预习·虚实融合·创新延拓·区域工程实训”的数智混合式教学范式。课前，基于知识基础与能力准备分析，学生借助AI辅助自学完成分层预习、虚仿先行；课中，经过案例问题导入、教材深读、AI追问与安全规范研讨，学生分组开展实验，AI助教、AI出题、力学竞赛实验赛道研讨与校企合作项目同步融入，实现课堂互动与即时诊断；课后，智能批改、个性化辅导与多维度全流程智能化评价，让学习在延伸中持续发生。

在知识体系构建创新上，团队打破同质化育人的静态知识体系，搭建“AI数智模块+专业案例库+周培源力学竞赛+实验安全”的动态融合型数智知识体系，让课程内容随学科前沿与区域产业需求持续生长。

在教学评价改革创新上，团队摒弃传统“报告定成绩”的单一终结性评价模式，依托智慧树大数据统计与AI分析能力，自动抓取线上预习成效、虚拟仿真操作、实验操作规范性、AI拓展研学、工程问题解决能力等全过程数据，精准识别学习薄弱点，生成学生个人成长报告与班级学情分析，以评促学、以评促改，形成全过程多元智能化的课程闭环。

在数智化课堂里，三维机械模型在大屏上随操作拆解、旋转，学生围在VR可视化教具旁边看边问——原本“教师演示、学生旁观”的力学实验课，变成了一场人人可参与、处处可探究的工程实践。

改革成效最终体现在学生身上。团队坚持以学生为中心，从学生视角优化虚拟仿真实验平台的操作流程，通过AI全流程赋能实验教学、分组设计实验、思政案例融入，彻底改变学生“机械操作、被动实验”的学习模式，学生创新思维与工程实践能力显著提升，课程参与度、实验完成质量、创新设计成果数量稳步提升，有效适配“数智赋能、创新驱动”的人才培养要求。

同时，团队依托智慧树智慧教学体系，结合AI学情分析、智能预习、仿真预实验、智能助教等功能，搭建适配新疆大学区域办学特色的力学实验智慧资源库，整合虚拟仿真实验、区域特殊工况力学实验素材、校企合作、学科竞赛、创新实验项目等特色资源，实现课程资源动态更新、持续迭代；以自编出版教材为依托，重构形成“基础力学+数智技术+区域工程”三位一体的动态知识体系，在AI智慧空间中构建全局层、概念层、方法层问题，破解学生基础层次不均、个性化辅导不足的教学痛点，实现从统一化灌输教学向精准化因材施教转变。

课程负责人崔权维长期从事工程力学及实验教育教学，主编出版《工程力学实验指导》教辅教材，主持首批自治区虚拟仿真实验一流课程和省部级教育教学改革项目，指导国家级大学生创新创业项目4项并获1次优秀结题，主持国家自然科学基金项目，获新疆维吾尔自治区科技进步奖二等奖等多项奖励。

团队成员周建星教授，长期从事工程力学、振动力学、高等动力学教学，出版学术专著《齿轮传动系统数值计算与性能仿真方法》，主持国家自然科学基金项目，指导学生在学科竞赛中获国家级一等奖；副教授杨宝震深耕机器视觉与力学实验教学，指导学生获中国大学生机械工程创新创意大赛全国一等奖等奖项。

作为一所地处祖国西北的高校，新疆大学的力学实验教学始终与区域发展同频共振。接下来，崔权维团队将坚持以赛促教、以赛促改、以赛促建，深化人工智能与实验教学的融合，推动更多课程由知识传授走向能力培养，为新时代工科人才筑牢实践根基，为教育强国建设贡献新疆大学力量。