張立勇，緱瑞賓，申立泉，李同杰，于 敏，李忠芳

(安徽科技學院 機械工程學院，安徽 鳳陽 233100)

近年來，隨著我國高等教育的普及，國家日益重視應用型人才教育，明確提出部分高校定位為應用型本科院校。應用型本科院校對畢業(yè)生的培養(yǎng)目標更為注重工程實際能力的培養(yǎng)，要求學生就業(yè)后能夠迅速的適應工作單位的需要，掌握工作。這就要求學生能夠在掌握理論知識的基礎上，具有更強的分析和解決實際工程問題的能力[1]。理論力學是機械、建筑等工科專業(yè)重要的專業(yè)基礎課，對學生而言難度較大，學習興趣和動力不足。本文針對應用型本科院校的理論力學課程，在保證教學大綱要求的前提下，探索基于工程能力培養(yǎng)的教學方式和教學內(nèi)容優(yōu)化方法，以期提高教學效果，使教學更適合應用型本科院校的培養(yǎng)目標。

1 《理論力學》課程特點

《理論力學》通常在大二開設，以物理中的力學、矢量代數(shù)、微積分等課程為前期課程，同時為材料力學、機械原理、土木工程結(jié)構(gòu)等課程提供基礎和支撐。部分同學剛進入理論力學課程學習，感覺和以往所學力學重復，容易產(chǎn)生輕視思想，而后期隨著課程深入和難度增加，發(fā)現(xiàn)聽不懂了又容易產(chǎn)生放棄的想法。實際上理論力學在研究對象、研究問題、應用工具和思維方法等方面有顯著的差異，需要同學思想上高度重視，通過認真的學習、訓練和應用來掌握。理論力學系統(tǒng)地介紹了力學運動的基本概念和基本規(guī)律，建立反映問題本質(zhì)的數(shù)學方程和力學模型，論述了力學問題的一般處理方法，是前期力學知識的延續(xù)和螺旋式提高[3]。通過理論力學課程的學習，學習者在抽象思維能力、方法論和工程應用能力方面均能得到發(fā)展和提升。[4]

2 應用型本科院?！独碚摿W》工程化教改分析

應用型本科是隨著我國高等教育的普及化后，提出了高校發(fā)展方向區(qū)別化、地方化，更多地強調(diào)能力的培養(yǎng)，注重與企業(yè)聯(lián)合的培養(yǎng)。因此，專業(yè)建設要更多地面向企業(yè)，知識(基礎和專業(yè)知識)和能力(實踐和思維能力)的培養(yǎng)要符合企業(yè)的實際需要；要面向地方，結(jié)合區(qū)域性產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。這依賴于課程體系的建設，包括基礎課、專業(yè)基礎課、專業(yè)課等。此外，還包括實踐相關(guān)的環(huán)節(jié)，包括課程的各類試驗、各專業(yè)課的課程設計、畢業(yè)設計、在學校的金工實習和到企業(yè)的認知實習。對于理論力學，其在課程體系中所處的位置承上啟下，以物理數(shù)學等為基礎，為后續(xù)專業(yè)課的學習提供重要支撐。應用型本科院?？陀^上突出強化“應用”，更加強調(diào)培養(yǎng)動手能力的實驗和實習，理論力學在學時安排上，基礎課程的課時被大幅壓縮(高達15%～25%)。從課程內(nèi)容和特點上，理論力學數(shù)學公式多、概念抽象，教學過程中學生能主動參與的直觀實驗不足。理論力學教材中力學模型是抽象化和理想化的，與實際應用偏差較大，再加上學生缺少工程實踐經(jīng)驗，使得學生難以建立與實際工程問題的聯(lián)系[2]，導致學習缺少積極性，理解困難，學習效果不好。且應用型本科院校學生基礎相對薄弱、學習主動性不高，再加上目前智能手機和資訊內(nèi)容的誘惑，更凸顯出理論力學課程理論性強、難度大、知識點多，教學任務繁重。

根據(jù)應用型本科院校理論力學教學的客觀情況，充分發(fā)揮理論力學在課程體系中的作用，為達到學生培養(yǎng)的目標需要進行相應的工程化教學改革。為此，一方面從教學內(nèi)容和形式上增加課程與企業(yè)實際的聯(lián)系，根據(jù)學生不同專業(yè)特點，優(yōu)選教材，組織和調(diào)整課時及內(nèi)容側(cè)重點，如車輛專業(yè)多選車輛相關(guān)的案例；建筑專業(yè)多選結(jié)構(gòu)的案例等。另一方面，豐富教學和考核形式，以此激發(fā)學生的學習積極性和引導能力培養(yǎng)方向。同時，注重從企業(yè)中來，到企業(yè)中去，理論力學教學工程化的動力源于企業(yè)需求，通過為企業(yè)服務反過來促進其完善，最后培養(yǎng)人才服務企業(yè)。

2.1 教學內(nèi)容的工程化

減少枯燥的理論和公式推導，增加工程案例的比重，通過工程案例來掌握和鞏固定理的應用。改變直接給出力學模型的現(xiàn)有教學方式，一方面向前拓展至實際工程問題到力學模型的建模過程，使理論內(nèi)容與實際工程問題緊密聯(lián)系，通過提問和歸納，引發(fā)學生比較、思考，變被動聽課為主動參與，激發(fā)學生的學習熱情和興趣。通過這樣的內(nèi)容和方式的教改，改善教學效果的同時，有助于培養(yǎng)學生對實際工程問題的建模能力，對力學來源于工程實際并應用于指導工程實際有更深體會。

如在哈工大版理論力學教材的動量定理部分有一電機相關(guān)例題：電機外殼固定，已知：定子和外殼質(zhì)量m1、轉(zhuǎn)子質(zhì)量m2，定子和機殼質(zhì)心、轉(zhuǎn)子質(zhì)心以及兩部分質(zhì)心的偏心距e，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角速度ω；求基礎的約束力。該例題直接給出了圖1(a)所示的力學模型。對學生來說，該模型較抽象，難以理解為什么有兩部分質(zhì)量、兩個質(zhì)心及偏心距，不利于調(diào)動定理及求解方法的掌握及學習興趣。針對此情況，考慮在前導引入電機的實際結(jié)構(gòu)圖，圖1(b)所示。讓同學對定子、轉(zhuǎn)子先有直觀的認識，從而進一步指出定子和轉(zhuǎn)子不可能加工成理想的幾何形狀，從而產(chǎn)生了兩者的質(zhì)心的偏心距e。而此例題的意義就在于求解電機在什么樣的定轉(zhuǎn)子偏心距和什么樣的轉(zhuǎn)速下需要多大的緊固用力，從而設計基礎和螺栓。最后針對計算所得結(jié)果指出如果電機轉(zhuǎn)子靜止，則約束反力僅為定轉(zhuǎn)子兩部分的重力，而由于定、轉(zhuǎn)子質(zhì)心不重合及轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，引起了附加的動約束力。這樣，打通了從工程實際到力學模型的關(guān)節(jié)，讓學生對力學模型產(chǎn)生直觀認識，同時學習了定理應用的工程意義，做到有的放矢，建立起了從工程實際問題到力學模型到應用定理解決實際工程問題的學習回路，提高學生學習興趣的同時，能讓學生全面掌握知識，打下堅實的工程應用能力基礎。

圖1 電機約束力求解的工程模型實例

2.2 教學和考評方式工程化

通過進一步優(yōu)化教學模式和方法來提高教學效果。如采用啟發(fā)式教學，增加課堂案例研討分析時間，引導啟發(fā)學生，提出問題、分析問題、總結(jié)規(guī)律。可以通過翻轉(zhuǎn)課堂的模式，發(fā)揮學生在學習中的主體地位，針對實際復雜工程問題進行分組的解題競賽，掌握和靈活運用課程知識，建立知識運用的動態(tài)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡，培養(yǎng)科學思維方法和協(xié)作能力。此外，充分利用多媒體及網(wǎng)絡輔助教學，引入動畫、視頻、工程實例等，提高學生感性認識，便于學生理解和掌握[6]。配合優(yōu)質(zhì)MOOC課等網(wǎng)絡課程資源來引導學生進行線上學習，培養(yǎng)學生自學能力，能及時查漏補缺，拓寬視野。

在考核方式上，增加解決復雜工程問題的應用型試題分值，進一步考核學生對課程知識的應用情況及工程實踐能力；增加平時翻轉(zhuǎn)課堂中解決工程問題競賽等平時成績的占比。通過考核內(nèi)容和結(jié)構(gòu)的工程化反過來促進學生掌握理論知識的同時，致力于解決實際問題的能力提升。

2.3 校企合作促進工程化

一方面增加有企業(yè)工程經(jīng)驗的教師比例，讓更多企業(yè)工程技術(shù)人員走進學校、走進課堂，以外聘或?qū)ｎ}報告的形式增加課程與工程實踐的結(jié)合度。另一方面讓教師深入服務企業(yè)，發(fā)揮理論深度優(yōu)勢為企業(yè)解決實際問題，凝練科學問題和工程問題后開展科研工作，反饋補充教學工作，進一步推動課程教學工程化。

3 結(jié)語

針對當前應用型本科院校建設的學時縮短、強調(diào)工程應用能力培養(yǎng)等實際情況，結(jié)合學科知識結(jié)構(gòu)、學生特點等，提出打通從工程實際到力學模型的環(huán)節(jié)，讓學生對課程中的力學模型產(chǎn)生直觀認識，建立工程實際問題到力學模型到應用定理解決實際工程問題的學習回路。此外，結(jié)合教學方法優(yōu)化、教師隊伍優(yōu)化配置和的知識結(jié)構(gòu)工程化等措施，以期實現(xiàn)理論力學教學的工程化優(yōu)化，達到應用型本科院校人才培養(yǎng)目標。