在基础理论课程教学中培养学生的应用能力

张淼溶

（泰州学院船舶与机电工程学院，江苏 泰州 225300）

应用能力是应用思想方法、基础理论、知识技能解决实际问题的能力。简单来说就是“需求+方法”，即用先进的符合规律的方法来满足相关的人的重要的需求。应用能力从需求起步，再通过寻找方法、理解方法、判断方法、比较方法、选择方法、掌握方法、使用方法、改进方法八步，最终解决实际问题。应用能力的前提是储备必要的思想理论、知识技能，应用能力的核心是解决实际问题。

应用型本科院校指以应用型为办学定位，而不是以理论研究、原理研究为办学定位的本科院校。2014年3月，教育部改革方向已经明确：全国1200所普通本科高等院校中，将有600多所逐步向应用技术型大学转变，转型的本科院校正好占高校总数的50%［1-3］。可以预见：应用型本科院校的建设对于满足中国经济社会发展对高层次应用型人才需要以及推进中国高等教育大众化进程将起到积极的促进作用。

应用型本科院校重在“应用”二字，在教学过程上其核心环节是实践教学，在培养目标上强调学生的实践能力［4］。那么，应用型本科院校是否需要进行基础理论的教学？应用型本科院校基础理论的教学必须达到怎样的要求？应用型本科院校如何进行基础理论的教学？在基础理论教学中如何培养学生的应用能力？本文将以工科类应用型本科院校理论力学教学为例探索学生应用能力培养的问题。

一、应用型本科院校是否需要进行基础理论的教学

我国本科生的培养目标是：培养较扎实地掌握本门学科的基础理论，专门知识和基本技能，并具有从事科学研究工作或担负专门技术工作初步能力的高级人才。研究型本科院校侧重于学生从事科学研究的素养培育，应用型本科院校侧重于学生担负专门技术工作的能力培养。

掌握基础理论是所有本科教学必须实现的首要目标，显然，应用型本科院校必须进行基础理论的教学。但是，普遍培养目标与侧重培养目标的必然联系并不能得到一些人的肯定，要确定应用型本科院校基础理论教学的必要性还需要从生成学生应用能力的过程确认。

桁架是一种由细长直杆在两端用焊接、铆接、榫接或螺栓连接等方式连接而成的几何形状不变的结构，广泛应用于工程中房屋的屋架、桥梁、起重机、各类铁塔等。现以理论力学课程中的桁架内力计算为教学案例，进一步论证基础理论教学对于生成学生应用能力的必要性。

【例1】图1（a）为某典型建筑的顶盖，其中各杆的长度确定，现需要给各杆选用合适的材料并设计其截面形状，使其在外载荷F的作用下处于安全状态。

图1 典型建筑的顶盖模型

更适应的方法是理论力学“系统+节点”的研究方法，即先以整体为研究对象，受到的外载荷有，建立直角坐标系，列平衡方程：得到未知约束。再以局部（三角架）为研究对象，如图1（b）所示，杆1，2，5均为二力杆，三角架受到杆1，2，5的作用力均沿杆的方向，可以求出在此基础上对各节点研究可以得到所有杆的内力。

由上述例证可知：系统化是寻找方法的重要途径，原理化是理解方法的基础，精确化是判断方法、比较方法、选择方法的关键，理论推演又常常为改进方法指明了正确的方向。而系统化、原理化、精确化、逻辑化正是基础理论课教学的基本内容，因此，基础理论课的教学对应用型本科院校是必须的。

二、应用型本科院校基础理论的教学必须达到怎样的要求

在应用型本科院校，基础理论课的教学目标是：培养学生的学科理论素养，夯实应用能力基础，为学生深入应用研究提供必要的理论支撑。由于应用能力发展是应用型本科院校的培养重点，因此，在应用型本科院校，基础理论课教学的时间不可能太多，难度要求也不能太高。与此相对应，掌握合理的教学要求十分必要。

应用型本科院校基础理论教学必须达到怎样的要求呢？从培养目标和必要性分析可知，对于每一基础理论课，都必须达到以下要求：

第一，让学生掌握该课程的知识体系、知识结构与学科思想方法、思维方法，掌握该系统知识的相关知识与衍生知识，由需求与现象回归到相应的理论知识范畴。

第二，让学生掌握该课程知识的基本原理、知识板块之间的内在逻辑，能应用原理解释相关的现象、选择应用方向，建立初步的应用模型与范式，看懂简单的设计原理。

第三，让学生掌握该课程的基本知识推演方法及基础运算方法，能进行理论性概算与测算，掌握以基本参数为载体进行测试、校正、优化的方法。

第四，为学生进行深入的应用设计、优化设计预留必要的文献出口与原理出口，为学生进行综合的设计整合、设计提档提供必要的文献入口与原理入口。

【例2】刚体对于任一轴的转动惯量，等于刚体对于通过质心、并与该轴平行的轴的转动惯量，加上刚体的质量与两轴间距离平方的乘积，即平行轴定理。仅以该定理教学在研究型、应用型本科院校教学要求为例，见表1，具体说明两者的区别。

表1 平行轴定理教学在研究型、应用型本科院校教学要求对比表

三、应用型本科院校应如何进行基础理论的教学

根据应用型本科院校基础理论教学的必要性与培养目标，其基础理论课教学必须在以下原则上选择教学方法。

第一，从解决实际问题的需要出发引入学科概念，在学科界定的前提下帮助学生建立学科知识系统，在概述学科知识体系的基础上教给学生学科思想方法和思维方法，通过分部的知识讲解回答（解决）简单的、单纯的实际问题。

第二，通过系统的知识原理认识具体的工程原理，通过板块原理分析判断独立设计的正确性，通过问题分析查找问题所涉及的知识板块与问题归因，通过条件的关联性分析检验理论设计的完备性，通过加入条件建立初步的应用模型与范式并改进方法。

第三，通过基本知识推演了解机构的运动回程，通过基础运算掌握正常运动的参数波动范围，确保系统在控制范围内运行，通过数据变化规律研判运动回程的可靠性，进行方法的比较、选择和优化，提高设计与运行的效率。

第四，在基础理论教学的过程中给学生留下深入思考的问题点，让他们在应用操作中能由问题快速进入过程诊断，在基础理论教学的过程中延伸问题方向，提供大量文献及链接，让他们在今后的设计优化与系统提高中及时找到切入点与方向。

【例3】《理论力学·静力学应用专题·摩擦·摩擦角与自锁现象》［5］教学示例

自锁现象在生产实践中分布十分广泛，教学这一知识点按以下四步流程实施。

第一步：由实际问题引入全约束力、摩擦角、摩擦锥和自锁的概念。

第二步：由概念进入各种数量关系的演绎。

上述两步常常穿插教学，即由一般概念引入物理量，由物理量特定数量关系再到相关概念的精确表述。

第三步：应用概念和数理关系解决实际问题。

图2（a）所示为凸轮机构［6］。已知推杆（不计自重）与滑道间的静摩擦因数为，滑道宽度为b。设凸轮与推杆接触处的摩擦忽略不计。在该机构设计中，凸轮着力点偏移推杆中心轴距离a控制在什么范围内，推杆才不致被卡住？

图2 凸轮机构

分析：凸轮逆时针转动，驱使推杆右侧上升并向左倾斜，滑道左侧上方A点以及右侧下方B点与推杆接触，发生作用。（快速反应）推杆被卡住，即自锁，全约束力的方向角满足。推杆处于平衡，受到三个作用力：。根据三力平衡汇交定理，F的作用线必定通过作用线的交点C，确定a的极限值。设全约束的方向角为推杆发生自锁，此时C点位于图2（b）阴影部分。若a≥a极限，无论F多大，也不能推动推杆。

拓展：如何通过控制参数，使a极限增大一些？能否对机构进行改进，使a极限增大一些？

第四步：向学生提供自锁现象相关文献索引及深入探讨的理论链接。

纵观上述教学过程，应用型本科院校所教的基础理论是应用所迫切需要的理论，是完整而又简约的系统理论。系统的规律提供设计的依据、诊断设计的问题。运算公式是系统规律的集中体现，掌握重要的运算公式、通过运算和参数比较，学生的应用更快捷、更准确、更简单。当设计需要提升、控制需要更精准的时候，学生能及时索引到所需的知识时，基础理论的深度和广度得到了跃升。

四、在基础理论教学中如何培养学生的应用能力

在应用型本科院校基础理论教学的要求和方法探索中，如何培养学生的应用能力问题已有分散解决，为方便能力培养，这里再做总结归并。

第一，在基础理论教学中培养应用能力要从问题入手。问题是最有效的驱动力，解决问题的过程就是运用的过程。理论是解决问题所需要的，把问题集中在一起，找到问题的共同点，引入基础理论，掌握基础理论，将理论应用到实际的问题，找到了理论就是找到了方法。

第二，在基础理论教学中培养应用能力要抓住规律。基础理论的核心是规律，理解了规律就理解了设计原理与工艺流程。应用型本科院校不应对规律的发现过程进行繁琐推演，但对规律的各个节点必须进行充分的展示。要让学生反复运用规律解释实际的现象、查找实际的原因、回答实际的问题。

第三，在基础理论教学中培养应用能力要重视公式教学。公式是规律最简约的表达形式，老师要引导学生建立公式关联因素间的联系通道，由此因素迅速联想到彼因素。要通过公式估算、计算参数的变化范围，对方法进行判断、比较，从而选择方法、掌握方法、使用方法。

第四，在基础理论教学中培养应用能力要养成学生应用习惯。不但要重视学生应用理论解决实际问题习惯的养成，还必须养成学生自觉地由现象寻找理论、选择方法解决问题的习惯。即不仅重视学生运用原理规律的习惯，而且重视学生挖掘新应用、建立新模型、解决新问题的习惯。

五、在基础理论教学中培养学生应用能力的反思

2016年，泰州学院将应用型本科院校作为自己的办学定位，作为工科基础理论课教师，笔者就开始关注应用型本科院校是否应该开设基础理论课、课程要求如何定位、课程教学如何实施等问题。两年来的探索与实践给人的思考是多方面的。

首先，应用型本科院校不是一张标签，而是一个人才的类型标准。大学培养人才既要靠大学精神的熏陶，更要依托大学课程的实施。在具体的学科教学中着力培养学生的应用能力，这是应用型本科院校实现人才培养目标的关键所在，这样的培养意识只有深入每门课教师的目标深处，应用型本科院校才能培养出实实在在的应用型人才。

其次，在应用型本科院校，通过专业课程进行应用能力培养是基本任务，这一点容易取得共识，但在基础理论课教学中发展学生的应用能力，这并不能让所有人所认可。囿于认识的偏颇，有人甚至呼吁在应用型本科院校取消基础理论课的设置，更谈不上在基础理论课教学中进行应用能力培养。而事实上，扎实的基础理论不仅利于学生应用能力的培养，更利于学生应用能力的可持续发展。基于这样的思考，笔者的探索与实践才得以进行，并将持续下去。

最后，在基础理论课教学中培养学生的应用能力，这是一个复杂而艰难的课题，本文以理论力学教学为例所展现的探索只是初步的，但必要性研究、标准研究、原则方法研究、操作流程研究构成系统研究的框架，这一研究思路是可行的、能够初步确认的。随着研究的深入，应用型本科院校的基础理论课教材必将更加特色化、基础理论教学的过程必将更加应用化，基础理论教学的评价必将更加能力化，为了这样的期待，探索的帷幕已经打开。