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        新工科背景下“理論力學(xué)”課程建設(shè)與學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)*

        2021-11-28 11:34:37王曉杰陳佩江
        科技與創(chuàng)新 2021年12期
        關(guān)鍵詞:理論力學(xué)工科本科生

        王曉杰,陳佩江

        (臨沂大學(xué)機(jī)械與車輛工程學(xué)院,山東 臨沂 276000)

        1 “理論力學(xué)”課程建設(shè)改革的時代背景

        高等院校培養(yǎng)的工程科技人才,一直是中國科學(xué)技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的力量源泉。尤其是進(jìn)入21世紀(jì)的20年來,隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,中國對能夠適應(yīng)和引領(lǐng)新時代變化的工科人才的需求變得更加迫切。培養(yǎng)合格的工科人才已然成為中國工程教育事業(yè)建設(shè)的重中之重。

        為了探索新形勢下的中國工科人才的培養(yǎng)模式,中國2016-06成為國際本科工程學(xué)位互認(rèn)協(xié)議《華盛頓協(xié)議》的正式會員。加入《華盛頓協(xié)議》是促進(jìn)中國工程類人才培養(yǎng)邁入國際標(biāo)準(zhǔn)、提高工程技術(shù)人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要舉措,對中國工程技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)對國際競爭、走向世界具有重要意義。2017年以來,為主動應(yīng)對新形勢下的科學(xué)創(chuàng)新與技術(shù)變革,以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)迭代升級,支撐“一帶一路”“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略,教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè),全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式、中國經(jīng)驗,助力高等教育強(qiáng)國建設(shè)。

        在中國新工科本科人才培養(yǎng)的大背景下,以新工科人才培養(yǎng)理念為出發(fā)點(diǎn),結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證的目標(biāo)導(dǎo)向評價標(biāo)準(zhǔn),高等院校紛紛著手對本科教育課程體系進(jìn)行改革探索,其中針對工科專業(yè)本科生基礎(chǔ)力學(xué)類課程改革成為國內(nèi)諸多高校課程改革的重點(diǎn)領(lǐng)域[1-3]。同時,以注重科學(xué)研究思維培養(yǎng)的教學(xué)方式改革和探索也引起了領(lǐng)域內(nèi)專家學(xué)者的關(guān)注[4-6]。

        本文將結(jié)合作者自身的教學(xué)實(shí)踐和經(jīng)歷,就普通本科院校車輛工程專業(yè)“理論力學(xué)”課程教學(xué)實(shí)踐和相關(guān)改革措施作總結(jié)研究,進(jìn)而以“理論力學(xué)”課程為例,就本科院校工科學(xué)生的科學(xué)思維培養(yǎng)問題作探討思考。念,對“理論力學(xué)”的課程建設(shè)作了初步的探索與實(shí)踐,現(xiàn)主要在課程內(nèi)容、教學(xué)方法、成果考查三個方面展開論述。

        2.1 課程內(nèi)容及目標(biāo)

        “理論力學(xué)”是機(jī)械類專業(yè)的專業(yè)核心課,包括靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)三部分。課程主要研究質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系和剛體機(jī)械運(yùn)動的基本規(guī)律,初步學(xué)會應(yīng)用理論力學(xué)的理論和方法解決一些簡單工程實(shí)際問題,同時結(jié)合本課程特點(diǎn),培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì),對培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力起著重要的作用。根據(jù)以上課程的主要內(nèi)容,以工程教育專業(yè)認(rèn)證對課程建設(shè)的基本宗旨為出發(fā)點(diǎn),確定課程的教學(xué)目標(biāo)?!袄碚摿W(xué)”課程教學(xué)目標(biāo)主要為以下四點(diǎn):①掌握理論力學(xué)靜力學(xué)、動力學(xué)、運(yùn)動學(xué)的基礎(chǔ)知識,具有分析工程力學(xué)問題的能力;②能基于理論力學(xué)靜力學(xué)、動力學(xué)、運(yùn)動學(xué)的理論知識,經(jīng)過抽象化建立力學(xué)模型,分析物體運(yùn)動規(guī)律,分析物體產(chǎn)生這種運(yùn)動規(guī)律的原因;③能根據(jù)理論力學(xué)基礎(chǔ)知識,針對復(fù)雜機(jī)械工程問題,能夠選擇和使用恰當(dāng)?shù)姆椒ń鉀Q問題;④充分理解理論力學(xué)的研究方法,培養(yǎng)辯證唯物主義世界觀,培養(yǎng)正確的分析問題,解決問題的能力,為以后解決生產(chǎn)實(shí)際問題打下基礎(chǔ)。

        2.2 理論教學(xué)與實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合的教學(xué)方法

        “理論力學(xué)”課程中主要講授的是質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系和剛體機(jī)械運(yùn)動的基本規(guī)律,旨在通過基礎(chǔ)學(xué)習(xí)探索解決復(fù)雜的工程問題的方法和途徑。下面以問題、方法、結(jié)論三要點(diǎn)為主線,探討理論教學(xué)與實(shí)踐應(yīng)用的結(jié)合模式。

        在“問題”部分,針對授課部分所涉及的不同教學(xué)內(nèi)容,設(shè)置不同的課程導(dǎo)入模式。向?qū)W生講授不同的力學(xué)問題可以從哪些工程實(shí)際中得到。例如,針對靜力學(xué)部分的教學(xué)內(nèi)容,有軸承的支撐、屋架以及桁架的平衡的平面力學(xué)問題,航天

        2 目標(biāo)導(dǎo)向的“理論力學(xué)”課程建設(shè)探索與實(shí)踐

        結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證以學(xué)生為本、目標(biāo)導(dǎo)向的基本理飛行器、汽車變速箱等受力的空間力學(xué)問題,汽車行駛直接驅(qū)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(xué)生意識到所學(xué)知識的存在價值及意義,引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

        在“方法”部分,針對上述問題建立不同的數(shù)學(xué)模型,將工程或者理論問題轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)問題,通過應(yīng)用不同的方法求解上述數(shù)學(xué)方程,可以對比不同的方法求解的異同,使學(xué)生加深對不同方法的理解和認(rèn)知,產(chǎn)生探索問題的工程科學(xué)思維。

        在“結(jié)論”部分,根據(jù)求解的結(jié)果分析其工程實(shí)踐意義,把抽象的數(shù)學(xué)結(jié)果作為符合工程背景的具體結(jié)論,讓數(shù)學(xué)問題重新回到工程問題中。

        以問題、方法、結(jié)論為主線的理論教學(xué)與實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合的教學(xué)模式,可以使“理論力學(xué)”課程更具工程實(shí)踐教育意義,是有效培養(yǎng)工科專業(yè)本科生科學(xué)思維的教學(xué)模式。

        2.3 在實(shí)踐中檢驗理論學(xué)習(xí)成果

        在“理論力學(xué)”課程建設(shè)中,如何考查學(xué)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(rèn)真思考的問題。針對理論教學(xué)與實(shí)踐應(yīng)用的結(jié)合,以問題、方法、結(jié)論三要點(diǎn)為主線的“理論力學(xué)”課程建設(shè)模式,探索在實(shí)踐中檢驗理論學(xué)習(xí)成果就顯得尤為必要[7]。主要考查措施和內(nèi)容可包括:①力學(xué)相關(guān)工程問題的數(shù)學(xué)建模。在課程考查中,檢驗學(xué)生對工程問題的理解能力和認(rèn)知情況。②不同求解方法的對比分析??疾閷W(xué)生對課程中所述求解方法的掌握情況,對基礎(chǔ)數(shù)值計算方法的理解情況。③現(xiàn)代工程軟件的應(yīng)用。數(shù)值計算的應(yīng)用主要是在理解基本求解思路的基礎(chǔ)上,考查學(xué)生對計算軟件的應(yīng)用熟練程度。④對求解結(jié)果基于工程意義的解釋。從工程實(shí)際得到的數(shù)學(xué)問題,針對求解結(jié)果,應(yīng)擺脫傳統(tǒng)數(shù)學(xué)課程抽象理解的束縛,著重考查學(xué)生對求解結(jié)果的基于工程意義的解釋,使數(shù)學(xué)問題重新回歸到工程實(shí)際問題中。

        3 加強(qiáng)學(xué)生科學(xué)思維能力培養(yǎng)的思考

        在“理論力學(xué)”的教學(xué)中,借助課程自身注重科學(xué)應(yīng)用的內(nèi)容特點(diǎn),在教授學(xué)生基本力學(xué)知識的同時,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維也具有其內(nèi)在的課程優(yōu)勢。下面從主要從兩個方面闡述在課程中如何加強(qiáng)學(xué)生科學(xué)思維能力培養(yǎng)。

        3.1 從工程實(shí)踐出發(fā)的問題導(dǎo)入

        “理論力學(xué)”課程主要講授的是經(jīng)典力學(xué)體系下的一般性的基礎(chǔ)力學(xué)問題。所涉及的問題往往是抽象的,為加強(qiáng)工科專業(yè)本科生對抽象問題的認(rèn)知和理解,則需要回到工程實(shí)踐問題中。

        例如,在“動量矩定理”章節(jié)的教學(xué)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(jìn)而分析質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動量矩定理。同時結(jié)合工程中運(yùn)送礦石、重物等的卷揚(yáng)機(jī)的應(yīng)用,分析卷揚(yáng)機(jī)所帶動的物體或小車的運(yùn)動。進(jìn)一步,結(jié)合通過慣性半徑計算轉(zhuǎn)動慣量的簡單形式,介紹慣性半徑在工程實(shí)踐中的重要意義。在對動量矩定理綜合問題進(jìn)行講授時,可以通過汽車變速箱中軸和齒輪的旋轉(zhuǎn)為例進(jìn)行講授,主要分析不同擋位下的系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量,并結(jié)合動量矩定理分析不同齒輪的運(yùn)動狀態(tài)。

        針對工科專業(yè)的本科生,將基礎(chǔ)力學(xué)問題回歸到工程實(shí)際問題中去,使課程教學(xué)有出發(fā)點(diǎn),有利于引起學(xué)生興趣,潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)。

        3.2 加強(qiáng)對基礎(chǔ)科學(xué)理論的掌握及應(yīng)用

        加強(qiáng)基礎(chǔ)科學(xué)研究是提高中國原始創(chuàng)新能力,建設(shè)創(chuàng)新型國家的根本動力。加強(qiáng)工科專業(yè)本科生對基礎(chǔ)科學(xué)理論的掌握及應(yīng)用是適應(yīng)新工科發(fā)展的有效途徑?;诖?,在“理論力學(xué)”課程中,首先,應(yīng)講解基礎(chǔ)的理論知識,循序漸進(jìn),夯實(shí)學(xué)生的理論基礎(chǔ);其次,應(yīng)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(shù)學(xué)”“線性代數(shù)”等數(shù)學(xué)課程的理論知識進(jìn)行再次強(qiáng)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(huán)節(jié),不僅僅要考查學(xué)生對基礎(chǔ)力學(xué)知識的掌握情況,而也應(yīng)對經(jīng)典力學(xué)結(jié)論的推導(dǎo)和理解做系統(tǒng)性的考查;最后,要回顧經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程,為學(xué)生們樹立正確的科學(xué)價值觀。

        4 結(jié)語

        當(dāng)代大學(xué)生在學(xué)習(xí)基本理論知識的同時,應(yīng)該加強(qiáng)對實(shí)際科學(xué)問題的理解和思考。大學(xué)生的課程建設(shè)同樣需要考慮如何鍛煉學(xué)生的實(shí)踐探索能力以及培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。工科本科生的“理論力學(xué)”課程,是在經(jīng)典力學(xué)體系下研究物體運(yùn)動一般規(guī)律的學(xué)科,是工科本科生力學(xué)基礎(chǔ)課程。“理論力學(xué)”所涉及的具體知識使其具有實(shí)際應(yīng)用價值的課程屬性,所以從工程實(shí)踐出發(fā)的課程內(nèi)容導(dǎo)入就顯得尤為必要。也正是由于“理論力學(xué)”課程自身的工程實(shí)踐背景,使得通過本課程的建設(shè)來培養(yǎng)具有科學(xué)思維意識,具有更強(qiáng)工程實(shí)踐能力,適應(yīng)新工科發(fā)展的本科生更具現(xiàn)實(shí)意義。

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