理論力學課程教學指導科技創新訓練的探索與實踐

李世遠 代陽 鞏旭光 周銳

摘要：創新創業教育是高校的重要建設內容，高等學校對創新人才的培養應該在多個環節給予體現。文章首先簡要介紹了高校課程體系創新創業教育的發展；其次以中國石油大學（北京）理論力學課程科技創新訓練為例，介紹了學生參與科創訓練的課題和成果；最后闡述了創新訓練對于課程教學的作用，并給予推廣。

關鍵詞：科技創新訓練；理論力學；學生

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）34-0137-02

理論力學是研究物體機械運動的基本規律的學科，既是力學的一個分支，也是一般力學各分支學科的基礎。理論力學通常分為三個部分：靜力學、運動學與動力學。靜力學研究作用于物體上的力系的簡化理論及力系平衡條件；運動學只從幾何角度研究物體機械運動特性而不涉及物體的受力；動力學則研究物體機械運動與受力的關系[1]。由于我國高等學校人才培養中提倡創新創業教育要落實在課程體系當中，中國石油大學（北京）理論力學課程通過學生參與科創課題，提升創新實踐能力。本文主要介紹創新創業教育在課程體系中的體現，并介紹學生參與科創訓練的課題和成果。

一、創新創業教育發展及課程體系建設

為了培養創新創業型的復合型人才，創新創業教育已成為高校人才培養的重要建設內容。2002年，普通高校創業試點工作座談會指出，“在大學生中開展創業教育，培養具有創新精神、創造和創業能力的高素質人才，同時確定9所高校開展創業教育試點”[2]。2008年，教育部與財政部設立了30個創新創業教育實驗區，開展創新創業教育的理論研究和實踐探索。2010年教育部公布《關于大力推進高等學校創新創業教育和大學生自主創業工作的意見》，2012年公布《普通本科學校創業教育教學基本要求（試行）》，提出了高校創業教育的教學目標、原則、內容、方法和組織等。同期，創新創業教育在全國高校展開。2015年，國務院公布《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》[3-5]。

面向創新創業教育的課程體系建設包括本科教學過程的各個環節，基礎課、專業課、選修課、課外科技活動、校園講座等方面，均需加強創新創業教育的相關內容。其中，基礎課中增加創新創業概論性課程對于培養學生的創新創業意識具有重要作用。專業課提倡以案例教學為先行內容，然后結合專業理論知識與專業實踐環節。選修課、課外科技活動、校園講座等都應推動創新創業教育由理論向實踐深入發展。

二、理論力學課程科技創新訓練的具體實踐

中國石油大學（北京）石油工程專業的理論力學課程在學校創新創業課程教學改革項目的支持下，進行了科技創新訓練的具體實踐。根據理論力學課程內容，主講教師提出了三個科技創新訓練課題后，學生通過自由選擇，組成了三個課題研究小組。課題內容均為課程涉及的重要理論知識，分別包括自鎖的理論及應用、空間力系平衡問題及物體重心測定應用、摩擦的理論及應用。課題名稱分別為“自鎖工具的理論分析與初步設計”，“不規則物體重心的測定方法研究”和“摩擦系數測定方法研究”等。經過一年半的時間，三個小組分別通過理論學習、研討交流、設計制作等幾個重要環節，取得了較大的成果。

（一）課題一：自鎖工具的理論分析與初步設計

項目的目的和意義在于利用自鎖現象解決生活中的一些實際問題，開展自鎖插座的設計，以防止由于插座松動帶來的一系列問題。通過文獻的查閱和討論，以及力學計算分析，課題組成員采用了偏心輪的自鎖方案并設計了偏心輪插座裝置。其創新點在于，將偏心輪引入到插座的固定問題是一個創新，同時裝置結構中采用彈簧、軸體等進行合理布局也是一個重要創新。最終形成了研究報告和科創論文各一份，并且聯系廠家生產制作自鎖工具。其實踐意義在于，所研究的內容適用范圍廣、適用性強，有廣闊的應用背景和市場背景。對于學生來說也是一次理論知識與實踐結合的經歷，對其以后從事科研工作以及就業有很大的幫助。

（二）課題二：不規則物體重心的測定方法研究

項目的目的和意義在于測定物體重量及重心的位置在工程上有著非常重要的意義，特別是在有安全要求的物體應用上尤顯其重要性。通過文獻調研，該研究的創新點是采用力矩平衡法，測算物體重心的三維立體坐標。最終形成了研究報告和科創論文各一份，其創新特色在于，能夠了解到某些不規則或者組成不均勻的固體的重心位置，相比于原來力矩平衡只能在二維平面上的x軸的方法，該方法在簡單易用的基礎上還能夠測量物體在三維空間上的重心的位置。

（三）課題三：摩擦系數測定方法研究

項目的目的和意義在于為了保證通行能力和交通安全，不但要對新建道路測定其摩擦系數，對已建成道路也要定期進行摩擦系數測試，以保障路面服務質量。通過學習各類文獻，課題組成員采用了新思路，用力矩的方法對物體施加確定大小的力矩以平衡所受的摩擦力矩，再通過平衡方程求得摩擦力矩，進而準確求得摩擦系數，最終形成了研究報告和科創論文各一份。其實踐意義在于，對現有道路摩擦系數測定方法進行了總結，并分析了各類方法的優缺點及適應性，同時對我國現行標準與規范中涉及摩擦系數測試和評價的有關規定提出修改建議。

通過這幾個項目的研究，學生對理論力學中幾個重要的概念有了更加深入地理解，同時能夠將概念運用于具體的設計當中，在設計新的研究方案的同時還聯系廠家開展創新性裝置的生產開發。理論力學由于受到課時的限制，有些理論內容不能在課堂上得以具體的展開，有些理論內容又受到實驗條件的限制不能得以拓展。通過創新創業課程的教學改革，以及科技創新訓練，切實提升了學生的積極性和參與度，培養了學生的創新精神和動手實踐的能力。

三、科技創新訓練在后續課程學習中的推廣

理論力學屬于工程力學課程的范疇，更偏重于工程實際。理論力學是工程力學課程的第一門，也是基礎，是工科專業知識的根基。對于石油工程專業學生后續學習材料力學、巖石力學、結構力學等都具有重要鋪墊意義。通過科技創新訓練，教師引導學生運用理論知識去分析和解決實際問題，逐步培養學生的工程思維。

材料力學課程中涉及超靜定問題、應力集中問題等重要概念，結構力學課程中涉及結構最優化設計，巖石力學課程中涉及運用石油工程巖石力學對井身結構、壓裂方案等進行設計。這些理論都可以對應一些課題，并在后續課程中得到教學改革項目的進一步支持，對于學生學習和對工程問題的理解，以及創新能力的培養均有好處。

總之，理論力學課程教學指導科技創新訓練的探索和實踐，對于主講教師和參與課題的學生都是很大的提升和鍛煉機會。教學中的一些理論問題形成與日常生活和工程相結合的創新性課題，創新性課題再形成具體案例，這對于創新型人才培養是一種可以操作的而且比較有益的模式。同時，借助科技創新訓練，并結合石油工程專業本身的特點，在理論力學教學中可以更加側重并結合石油工程中的具體實例，為后續石油工程課程學習和石油工程師的培養打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]朱照宣.《中國大百科全書》74卷（第二版）.

[2]郭玉娟，王經忠.基于創業勝任力的創業教育改進[J].中國高等教育，2016，（11）：49-51.

[3]劉貴芹.深化高校創新創業教育改革進一步提高人才培養質量[J].中國高等教育，2016，（21）：5-7.

[4]王濤，李奇虎.創新創業教育與課程體系改革探討——以自然地理與資源環境專業為例[J].科教導刊，2017，（18）：54-55.

[5]王洪才.創新創業教育必須樹立的四個理念[J].中國高等教育，2016，（21）：13-15.