理論力學(xué)課程教學(xué)指導(dǎo)科技創(chuàng)新訓(xùn)練的探索與實(shí)踐

李世遠(yuǎn) 代陽(yáng) 鞏旭光 周銳

摘要：創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育是高校的重要建設(shè)內(nèi)容，高等學(xué)校對(duì)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)應(yīng)該在多個(gè)環(huán)節(jié)給予體現(xiàn)。文章首先簡(jiǎn)要介紹了高校課程體系創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的發(fā)展；其次以中國(guó)石油大學(xué)（北京）理論力學(xué)課程科技創(chuàng)新訓(xùn)練為例，介紹了學(xué)生參與科創(chuàng)訓(xùn)練的課題和成果；最后闡述了創(chuàng)新訓(xùn)練對(duì)于課程教學(xué)的作用，并給予推廣。

關(guān)鍵詞：科技創(chuàng)新訓(xùn)練；理論力學(xué)；學(xué)生

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）34-0137-02

理論力學(xué)是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律的學(xué)科，既是力學(xué)的一個(gè)分支，也是一般力學(xué)各分支學(xué)科的基礎(chǔ)。理論力學(xué)通常分為三個(gè)部分：靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)。靜力學(xué)研究作用于物體上的力系的簡(jiǎn)化理論及力系平衡條件；運(yùn)動(dòng)學(xué)只從幾何角度研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)特性而不涉及物體的受力；動(dòng)力學(xué)則研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)與受力的關(guān)系[1]。由于我國(guó)高等學(xué)校人才培養(yǎng)中提倡創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育要落實(shí)在課程體系當(dāng)中，中國(guó)石油大學(xué)（北京）理論力學(xué)課程通過(guò)學(xué)生參與科創(chuàng)課題，提升創(chuàng)新實(shí)踐能力。本文主要介紹創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育在課程體系中的體現(xiàn)，并介紹學(xué)生參與科創(chuàng)訓(xùn)練的課題和成果。

一、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育發(fā)展及課程體系建設(shè)

為了培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型的復(fù)合型人才，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育已成為高校人才培養(yǎng)的重要建設(shè)內(nèi)容。2002年，普通高校創(chuàng)業(yè)試點(diǎn)工作座談會(huì)指出，“在大學(xué)生中開(kāi)展創(chuàng)業(yè)教育，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神、創(chuàng)造和創(chuàng)業(yè)能力的高素質(zhì)人才，同時(shí)確定9所高校開(kāi)展創(chuàng)業(yè)教育試點(diǎn)”[2]。2008年，教育部與財(cái)政部設(shè)立了30個(gè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實(shí)驗(yàn)區(qū)，開(kāi)展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的理論研究和實(shí)踐探索。2010年教育部公布《關(guān)于大力推進(jìn)高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和大學(xué)生自主創(chuàng)業(yè)工作的意見(jiàn)》，2012年公布《普通本科學(xué)校創(chuàng)業(yè)教育教學(xué)基本要求（試行）》，提出了高校創(chuàng)業(yè)教育的教學(xué)目標(biāo)、原則、內(nèi)容、方法和組織等。同期，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育在全國(guó)高校展開(kāi)。2015年，國(guó)務(wù)院公布《關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實(shí)施意見(jiàn)》[3-5]。

面向創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的課程體系建設(shè)包括本科教學(xué)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)課、選修課、課外科技活動(dòng)、校園講座等方面，均需加強(qiáng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的相關(guān)內(nèi)容。其中，基礎(chǔ)課中增加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)概論性課程對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)具有重要作用。專(zhuān)業(yè)課提倡以案例教學(xué)為先行內(nèi)容，然后結(jié)合專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)與專(zhuān)業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)。選修課、課外科技活動(dòng)、校園講座等都應(yīng)推動(dòng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育由理論向?qū)嵺`深入發(fā)展。

二、理論力學(xué)課程科技創(chuàng)新訓(xùn)練的具體實(shí)踐

中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程專(zhuān)業(yè)的理論力學(xué)課程在學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程教學(xué)改革項(xiàng)目的支持下，進(jìn)行了科技創(chuàng)新訓(xùn)練的具體實(shí)踐。根據(jù)理論力學(xué)課程內(nèi)容，主講教師提出了三個(gè)科技創(chuàng)新訓(xùn)練課題后，學(xué)生通過(guò)自由選擇，組成了三個(gè)課題研究小組。課題內(nèi)容均為課程涉及的重要理論知識(shí)，分別包括自鎖的理論及應(yīng)用、空間力系平衡問(wèn)題及物體重心測(cè)定應(yīng)用、摩擦的理論及應(yīng)用。課題名稱(chēng)分別為“自鎖工具的理論分析與初步設(shè)計(jì)”，“不規(guī)則物體重心的測(cè)定方法研究”和“摩擦系數(shù)測(cè)定方法研究”等。經(jīng)過(guò)一年半的時(shí)間，三個(gè)小組分別通過(guò)理論學(xué)習(xí)、研討交流、設(shè)計(jì)制作等幾個(gè)重要環(huán)節(jié)，取得了較大的成果。

（一）課題一：自鎖工具的理論分析與初步設(shè)計(jì)

項(xiàng)目的目的和意義在于利用自鎖現(xiàn)象解決生活中的一些實(shí)際問(wèn)題，開(kāi)展自鎖插座的設(shè)計(jì)，以防止由于插座松動(dòng)帶來(lái)的一系列問(wèn)題。通過(guò)文獻(xiàn)的查閱和討論，以及力學(xué)計(jì)算分析，課題組成員采用了偏心輪的自鎖方案并設(shè)計(jì)了偏心輪插座裝置。其創(chuàng)新點(diǎn)在于，將偏心輪引入到插座的固定問(wèn)題是一個(gè)創(chuàng)新，同時(shí)裝置結(jié)構(gòu)中采用彈簧、軸體等進(jìn)行合理布局也是一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新。最終形成了研究報(bào)告和科創(chuàng)論文各一份，并且聯(lián)系廠家生產(chǎn)制作自鎖工具。其實(shí)踐意義在于，所研究的內(nèi)容適用范圍廣、適用性強(qiáng)，有廣闊的應(yīng)用背景和市場(chǎng)背景。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)也是一次理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合的經(jīng)歷，對(duì)其以后從事科研工作以及就業(yè)有很大的幫助。

（二）課題二：不規(guī)則物體重心的測(cè)定方法研究

項(xiàng)目的目的和意義在于測(cè)定物體重量及重心的位置在工程上有著非常重要的意義，特別是在有安全要求的物體應(yīng)用上尤顯其重要性。通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，該研究的創(chuàng)新點(diǎn)是采用力矩平衡法，測(cè)算物體重心的三維立體坐標(biāo)。最終形成了研究報(bào)告和科創(chuàng)論文各一份，其創(chuàng)新特色在于，能夠了解到某些不規(guī)則或者組成不均勻的固體的重心位置，相比于原來(lái)力矩平衡只能在二維平面上的x軸的方法，該方法在簡(jiǎn)單易用的基礎(chǔ)上還能夠測(cè)量物體在三維空間上的重心的位置。

（三）課題三：摩擦系數(shù)測(cè)定方法研究

項(xiàng)目的目的和意義在于為了保證通行能力和交通安全，不但要對(duì)新建道路測(cè)定其摩擦系數(shù)，對(duì)已建成道路也要定期進(jìn)行摩擦系數(shù)測(cè)試，以保障路面服務(wù)質(zhì)量。通過(guò)學(xué)習(xí)各類(lèi)文獻(xiàn)，課題組成員采用了新思路，用力矩的方法對(duì)物體施加確定大小的力矩以平衡所受的摩擦力矩，再通過(guò)平衡方程求得摩擦力矩，進(jìn)而準(zhǔn)確求得摩擦系數(shù)，最終形成了研究報(bào)告和科創(chuàng)論文各一份。其實(shí)踐意義在于，對(duì)現(xiàn)有道路摩擦系數(shù)測(cè)定方法進(jìn)行了總結(jié)，并分析了各類(lèi)方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適應(yīng)性，同時(shí)對(duì)我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范中涉及摩擦系數(shù)測(cè)試和評(píng)價(jià)的有關(guān)規(guī)定提出修改建議。

通過(guò)這幾個(gè)項(xiàng)目的研究，學(xué)生對(duì)理論力學(xué)中幾個(gè)重要的概念有了更加深入地理解，同時(shí)能夠?qū)⒏拍钸\(yùn)用于具體的設(shè)計(jì)當(dāng)中，在設(shè)計(jì)新的研究方案的同時(shí)還聯(lián)系廠家開(kāi)展創(chuàng)新性裝置的生產(chǎn)開(kāi)發(fā)。理論力學(xué)由于受到課時(shí)的限制，有些理論內(nèi)容不能在課堂上得以具體的展開(kāi)，有些理論內(nèi)容又受到實(shí)驗(yàn)條件的限制不能得以拓展。通過(guò)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程的教學(xué)改革，以及科技創(chuàng)新訓(xùn)練，切實(shí)提升了學(xué)生的積極性和參與度，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神和動(dòng)手實(shí)踐的能力。

三、科技創(chuàng)新訓(xùn)練在后續(xù)課程學(xué)習(xí)中的推廣

理論力學(xué)屬于工程力學(xué)課程的范疇，更偏重于工程實(shí)際。理論力學(xué)是工程力學(xué)課程的第一門(mén)，也是基礎(chǔ)，是工科專(zhuān)業(yè)知識(shí)的根基。對(duì)于石油工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)材料力學(xué)、巖石力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等都具有重要鋪墊意義。通過(guò)科技創(chuàng)新訓(xùn)練，教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)去分析和解決實(shí)際問(wèn)題，逐步培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。

材料力學(xué)課程中涉及超靜定問(wèn)題、應(yīng)力集中問(wèn)題等重要概念，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中涉及結(jié)構(gòu)最優(yōu)化設(shè)計(jì)，巖石力學(xué)課程中涉及運(yùn)用石油工程巖石力學(xué)對(duì)井身結(jié)構(gòu)、壓裂方案等進(jìn)行設(shè)計(jì)。這些理論都可以對(duì)應(yīng)一些課題，并在后續(xù)課程中得到教學(xué)改革項(xiàng)目的進(jìn)一步支持，對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)和對(duì)工程問(wèn)題的理解，以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)均有好處。

總之，理論力學(xué)課程教學(xué)指導(dǎo)科技創(chuàng)新訓(xùn)練的探索和實(shí)踐，對(duì)于主講教師和參與課題的學(xué)生都是很大的提升和鍛煉機(jī)會(huì)。教學(xué)中的一些理論問(wèn)題形成與日常生活和工程相結(jié)合的創(chuàng)新性課題，創(chuàng)新性課題再形成具體案例，這對(duì)于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)是一種可以操作的而且比較有益的模式。同時(shí)，借助科技創(chuàng)新訓(xùn)練，并結(jié)合石油工程專(zhuān)業(yè)本身的特點(diǎn)，在理論力學(xué)教學(xué)中可以更加側(cè)重并結(jié)合石油工程中的具體實(shí)例，為后續(xù)石油工程課程學(xué)習(xí)和石油工程師的培養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱照宣.《中國(guó)大百科全書(shū)》74卷（第二版）.

[2]郭玉娟，王經(jīng)忠.基于創(chuàng)業(yè)勝任力的創(chuàng)業(yè)教育改進(jìn)[J].中國(guó)高等教育，2016，（11）：49-51.

[3]劉貴芹.深化高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革進(jìn)一步提高人才培養(yǎng)質(zhì)量[J].中國(guó)高等教育，2016，（21）：5-7.

[4]王濤，李奇虎.創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與課程體系改革探討——以自然地理與資源環(huán)境專(zhuān)業(yè)為例[J].科教導(dǎo)刊，2017，（18）：54-55.

[5]王洪才.創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育必須樹(shù)立的四個(gè)理念[J].中國(guó)高等教育，2016，（21）：13-15.