新工科背景下“理论力学”课程建设与学生科学思维培养＊

王晓杰，陈佩江

（临沂大学机械与车辆工程学院，山东 临沂 276000）

1 “理论力学”课程建设改革的时代背景

高等院校培养的工程科技人才，一直是中国科学技术发展进步的力量源泉。尤其是进入21世纪的20年来，随着科学技术的高速发展，中国对能够适应和引领新时代变化的工科人才的需求变得更加迫切。培养合格的工科人才已然成为中国工程教育事业建设的重中之重。

为了探索新形势下的中国工科人才的培养模式，中国2016-06成为国际本科工程学位互认协议《华盛顿协议》的正式会员。加入《华盛顿协议》是促进中国工程类人才培养迈入国际标准、提高工程技术人才培养质量的重要举措，对中国工程技术领域应对国际竞争、走向世界具有重要意义。2017年以来，为主动应对新形势下的科学创新与技术变革，以适应产业迭代升级，支撑“一带一路”“中国制造2025”等一系列国家战略，教育部积极推进新工科建设，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验，助力高等教育强国建设。

在中国新工科本科人才培养的大背景下，以新工科人才培养理念为出发点，结合工程教育专业认证的目标导向评价标准，高等院校纷纷着手对本科教育课程体系进行改革探索，其中针对工科专业本科生基础力学类课程改革成为国内诸多高校课程改革的重点领域[1-3]。同时，以注重科学研究思维培养的教学方式改革和探索也引起了领域内专家学者的关注[4-6]。

本文将结合作者自身的教学实践和经历，就普通本科院校车辆工程专业“理论力学”课程教学实践和相关改革措施作总结研究，进而以“理论力学”课程为例，就本科院校工科学生的科学思维培养问题作探讨思考。念，对“理论力学”的课程建设作了初步的探索与实践，现主要在课程内容、教学方法、成果考查三个方面展开论述。

2.1 课程内容及目标

“理论力学”是机械类专业的专业核心课，包括静力学、运动学和动力学三部分。课程主要研究质点、质点系和刚体机械运动的基本规律，初步学会应用理论力学的理论和方法解决一些简单工程实际问题，同时结合本课程特点，培养学生的综合素质，对培养学生独立分析和解决问题的能力起着重要的作用。根据以上课程的主要内容，以工程教育专业认证对课程建设的基本宗旨为出发点，确定课程的教学目标。“理论力学”课程教学目标主要为以下四点：①掌握理论力学静力学、动力学、运动学的基础知识，具有分析工程力学问题的能力；②能基于理论力学静力学、动力学、运动学的理论知识，经过抽象化建立力学模型，分析物体运动规律，分析物体产生这种运动规律的原因；③能根据理论力学基础知识，针对复杂机械工程问题，能够选择和使用恰当的方法解决问题；④充分理解理论力学的研究方法，培养辩证唯物主义世界观，培养正确的分析问题，解决问题的能力，为以后解决生产实际问题打下基础。

2.2 理论教学与实践应用相结合的教学方法

“理论力学”课程中主要讲授的是质点、质点系和刚体机械运动的基本规律，旨在通过基础学习探索解决复杂的工程问题的方法和途径。下面以问题、方法、结论三要点为主线，探讨理论教学与实践应用的结合模式。

在“问题”部分，针对授课部分所涉及的不同教学内容，设置不同的课程导入模式。向学生讲授不同的力学问题可以从哪些工程实际中得到。例如，针对静力学部分的教学内容，有轴承的支撑、屋架以及桁架的平衡的平面力学问题，航天

2 目标导向的“理论力学”课程建设探索与实践

结合工程教育专业认证以学生为本、目标导向的基本理飞行器、汽车变速箱等受力的空间力学问题，汽车行驶直接驱动力、千斤顶工作原理的摩擦问题等。这些工程问题可以在具体知识的讲授中让学生意识到所学知识的存在价值及意义，引起学生的学习兴趣。

在“方法”部分，针对上述问题建立不同的数学模型，将工程或者理论问题转化成数学问题，通过应用不同的方法求解上述数学方程，可以对比不同的方法求解的异同，使学生加深对不同方法的理解和认知，产生探索问题的工程科学思维。

在“结论”部分，根据求解的结果分析其工程实践意义，把抽象的数学结果作为符合工程背景的具体结论，让数学问题重新回到工程问题中。

以问题、方法、结论为主线的理论教学与实践应用相结合的教学模式，可以使“理论力学”课程更具工程实践教育意义，是有效培养工科专业本科生科学思维的教学模式。

2.3 在实践中检验理论学习成果

在“理论力学”课程建设中，如何考查学生对基本知识的掌握程度，检验课程改革和探索的成效也是需要认真思考的问题。针对理论教学与实践应用的结合，以问题、方法、结论三要点为主线的“理论力学”课程建设模式，探索在实践中检验理论学习成果就显得尤为必要[7]。主要考查措施和内容可包括：①力学相关工程问题的数学建模。在课程考查中，检验学生对工程问题的理解能力和认知情况。②不同求解方法的对比分析。考查学生对课程中所述求解方法的掌握情况，对基础数值计算方法的理解情况。③现代工程软件的应用。数值计算的应用主要是在理解基本求解思路的基础上，考查学生对计算软件的应用熟练程度。④对求解结果基于工程意义的解释。从工程实际得到的数学问题，针对求解结果，应摆脱传统数学课程抽象理解的束缚，着重考查学生对求解结果的基于工程意义的解释，使数学问题重新回归到工程实际问题中。

3 加强学生科学思维能力培养的思考

在“理论力学”的教学中，借助课程自身注重科学应用的内容特点，在教授学生基本力学知识的同时，培养学生科学思维也具有其内在的课程优势。下面从主要从两个方面阐述在课程中如何加强学生科学思维能力培养。

3.1 从工程实践出发的问题导入

“理论力学”课程主要讲授的是经典力学体系下的一般性的基础力学问题。所涉及的问题往往是抽象的，为加强工科专业本科生对抽象问题的认知和理解，则需要回到工程实践问题中。

例如，在“动量矩定理”章节的教学中，首先将动量矩与动量作对比讨论，引出动量矩这一基本概念的物理意义，进而分析质点和质点系的动量矩定理。同时结合工程中运送矿石、重物等的卷扬机的应用，分析卷扬机所带动的物体或小车的运动。进一步，结合通过惯性半径计算转动惯量的简单形式，介绍惯性半径在工程实践中的重要意义。在对动量矩定理综合问题进行讲授时，可以通过汽车变速箱中轴和齿轮的旋转为例进行讲授，主要分析不同挡位下的系统转动惯量，并结合动量矩定理分析不同齿轮的运动状态。

针对工科专业的本科生，将基础力学问题回归到工程实际问题中去，使课程教学有出发点，有利于引起学生兴趣，潜移默化地培养学生的科学思维素养。

3.2 加强对基础科学理论的掌握及应用

加强基础科学研究是提高中国原始创新能力，建设创新型国家的根本动力。加强工科专业本科生对基础科学理论的掌握及应用是适应新工科发展的有效途径。基于此，在“理论力学”课程中，首先，应讲解基础的理论知识，循序渐进，夯实学生的理论基础；其次，应将多课程交叉融合，在课程讲解过程中，不留课程死角，对涉及到“高等数学”“线性代数”等数学课程的理论知识进行再次强化吸收和理解，使得各课程的知识能够融会贯通；再次，在课程考查环节，不仅仅要考查学生对基础力学知识的掌握情况，而也应对经典力学结论的推导和理解做系统性的考查；最后，要回顾经典力学的发展历程，为学生们树立正确的科学价值观。

4 结语

当代大学生在学习基本理论知识的同时，应该加强对实际科学问题的理解和思考。大学生的课程建设同样需要考虑如何锻炼学生的实践探索能力以及培养学生的科学思维。工科本科生的“理论力学”课程，是在经典力学体系下研究物体运动一般规律的学科，是工科本科生力学基础课程。“理论力学”所涉及的具体知识使其具有实际应用价值的课程属性，所以从工程实践出发的课程内容导入就显得尤为必要。也正是由于“理论力学”课程自身的工程实践背景，使得通过本课程的建设来培养具有科学思维意识，具有更强工程实践能力，适应新工科发展的本科生更具现实意义。