新工科背景下“理論力學”課程建設與學生科學思維培養＊

王曉杰，陳佩江

（臨沂大學機械與車輛工程學院，山東 臨沂 276000）

1 “理論力學”課程建設改革的時代背景

高等院校培養的工程科技人才，一直是中國科學技術發展進步的力量源泉。尤其是進入21世紀的20年來，隨著科學技術的高速發展，中國對能夠適應和引領新時代變化的工科人才的需求變得更加迫切。培養合格的工科人才已然成為中國工程教育事業建設的重中之重。

為了探索新形勢下的中國工科人才的培養模式，中國2016-06成為國際本科工程學位互認協議《華盛頓協議》的正式會員。加入《華盛頓協議》是促進中國工程類人才培養邁入國際標準、提高工程技術人才培養質量的重要舉措，對中國工程技術領域應對國際競爭、走向世界具有重要意義。2017年以來，為主動應對新形勢下的科學創新與技術變革，以適應產業迭代升級，支撐“一帶一路”“中國制造2025”等一系列國家戰略，教育部積極推進新工科建設，全力探索形成領跑全球工程教育的中國模式、中國經驗，助力高等教育強國建設。

在中國新工科本科人才培養的大背景下，以新工科人才培養理念為出發點，結合工程教育專業認證的目標導向評價標準，高等院校紛紛著手對本科教育課程體系進行改革探索，其中針對工科專業本科生基礎力學類課程改革成為國內諸多高校課程改革的重點領域[1-3]。同時，以注重科學研究思維培養的教學方式改革和探索也引起了領域內專家學者的關注[4-6]。

本文將結合作者自身的教學實踐和經歷，就普通本科院校車輛工程專業“理論力學”課程教學實踐和相關改革措施作總結研究，進而以“理論力學”課程為例，就本科院校工科學生的科學思維培養問題作探討思考。念，對“理論力學”的課程建設作了初步的探索與實踐，現主要在課程內容、教學方法、成果考查三個方面展開論述。

2.1 課程內容及目標

“理論力學”是機械類專業的專業核心課，包括靜力學、運動學和動力學三部分。課程主要研究質點、質點系和剛體機械運動的基本規律，初步學會應用理論力學的理論和方法解決一些簡單工程實際問題，同時結合本課程特點，培養學生的綜合素質，對培養學生獨立分析和解決問題的能力起著重要的作用。根據以上課程的主要內容，以工程教育專業認證對課程建設的基本宗旨為出發點，確定課程的教學目標。“理論力學”課程教學目標主要為以下四點：①掌握理論力學靜力學、動力學、運動學的基礎知識，具有分析工程力學問題的能力；②能基于理論力學靜力學、動力學、運動學的理論知識，經過抽象化建立力學模型，分析物體運動規律，分析物體產生這種運動規律的原因；③能根據理論力學基礎知識，針對復雜機械工程問題，能夠選擇和使用恰當的方法解決問題；④充分理解理論力學的研究方法，培養辯證唯物主義世界觀，培養正確的分析問題，解決問題的能力，為以后解決生產實際問題打下基礎。

2.2 理論教學與實踐應用相結合的教學方法

“理論力學”課程中主要講授的是質點、質點系和剛體機械運動的基本規律，旨在通過基礎學習探索解決復雜的工程問題的方法和途徑。下面以問題、方法、結論三要點為主線，探討理論教學與實踐應用的結合模式。

在“問題”部分，針對授課部分所涉及的不同教學內容，設置不同的課程導入模式。向學生講授不同的力學問題可以從哪些工程實際中得到。例如，針對靜力學部分的教學內容，有軸承的支撐、屋架以及桁架的平衡的平面力學問題，航天

2 目標導向的“理論力學”課程建設探索與實踐

結合工程教育專業認證以學生為本、目標導向的基本理飛行器、汽車變速箱等受力的空間力學問題，汽車行駛直接驅動力、千斤頂工作原理的摩擦問題等。這些工程問題可以在具體知識的講授中讓學生意識到所學知識的存在價值及意義，引起學生的學習興趣。

在“方法”部分，針對上述問題建立不同的數學模型，將工程或者理論問題轉化成數學問題，通過應用不同的方法求解上述數學方程，可以對比不同的方法求解的異同，使學生加深對不同方法的理解和認知，產生探索問題的工程科學思維。

在“結論”部分，根據求解的結果分析其工程實踐意義，把抽象的數學結果作為符合工程背景的具體結論，讓數學問題重新回到工程問題中。

以問題、方法、結論為主線的理論教學與實踐應用相結合的教學模式，可以使“理論力學”課程更具工程實踐教育意義，是有效培養工科專業本科生科學思維的教學模式。

2.3 在實踐中檢驗理論學習成果

在“理論力學”課程建設中，如何考查學生對基本知識的掌握程度，檢驗課程改革和探索的成效也是需要認真思考的問題。針對理論教學與實踐應用的結合，以問題、方法、結論三要點為主線的“理論力學”課程建設模式，探索在實踐中檢驗理論學習成果就顯得尤為必要[7]。主要考查措施和內容可包括：①力學相關工程問題的數學建模。在課程考查中，檢驗學生對工程問題的理解能力和認知情況。②不同求解方法的對比分析。考查學生對課程中所述求解方法的掌握情況，對基礎數值計算方法的理解情況。③現代工程軟件的應用。數值計算的應用主要是在理解基本求解思路的基礎上，考查學生對計算軟件的應用熟練程度。④對求解結果基于工程意義的解釋。從工程實際得到的數學問題，針對求解結果，應擺脫傳統數學課程抽象理解的束縛，著重考查學生對求解結果的基于工程意義的解釋，使數學問題重新回歸到工程實際問題中。

3 加強學生科學思維能力培養的思考

在“理論力學”的教學中，借助課程自身注重科學應用的內容特點，在教授學生基本力學知識的同時，培養學生科學思維也具有其內在的課程優勢。下面從主要從兩個方面闡述在課程中如何加強學生科學思維能力培養。

3.1 從工程實踐出發的問題導入

“理論力學”課程主要講授的是經典力學體系下的一般性的基礎力學問題。所涉及的問題往往是抽象的，為加強工科專業本科生對抽象問題的認知和理解，則需要回到工程實踐問題中。

例如，在“動量矩定理”章節的教學中，首先將動量矩與動量作對比討論，引出動量矩這一基本概念的物理意義，進而分析質點和質點系的動量矩定理。同時結合工程中運送礦石、重物等的卷揚機的應用，分析卷揚機所帶動的物體或小車的運動。進一步，結合通過慣性半徑計算轉動慣量的簡單形式，介紹慣性半徑在工程實踐中的重要意義。在對動量矩定理綜合問題進行講授時，可以通過汽車變速箱中軸和齒輪的旋轉為例進行講授，主要分析不同擋位下的系統轉動慣量，并結合動量矩定理分析不同齒輪的運動狀態。

針對工科專業的本科生，將基礎力學問題回歸到工程實際問題中去，使課程教學有出發點，有利于引起學生興趣，潛移默化地培養學生的科學思維素養。

3.2 加強對基礎科學理論的掌握及應用

加強基礎科學研究是提高中國原始創新能力，建設創新型國家的根本動力。加強工科專業本科生對基礎科學理論的掌握及應用是適應新工科發展的有效途徑。基于此，在“理論力學”課程中，首先，應講解基礎的理論知識，循序漸進，夯實學生的理論基礎；其次，應將多課程交叉融合，在課程講解過程中，不留課程死角，對涉及到“高等數學”“線性代數”等數學課程的理論知識進行再次強化吸收和理解，使得各課程的知識能夠融會貫通；再次，在課程考查環節，不僅僅要考查學生對基礎力學知識的掌握情況，而也應對經典力學結論的推導和理解做系統性的考查；最后，要回顧經典力學的發展歷程，為學生們樹立正確的科學價值觀。

4 結語

當代大學生在學習基本理論知識的同時，應該加強對實際科學問題的理解和思考。大學生的課程建設同樣需要考慮如何鍛煉學生的實踐探索能力以及培養學生的科學思維。工科本科生的“理論力學”課程，是在經典力學體系下研究物體運動一般規律的學科，是工科本科生力學基礎課程。“理論力學”所涉及的具體知識使其具有實際應用價值的課程屬性，所以從工程實踐出發的課程內容導入就顯得尤為必要。也正是由于“理論力學”課程自身的工程實踐背景，使得通過本課程的建設來培養具有科學思維意識，具有更強工程實踐能力，適應新工科發展的本科生更具現實意義。