新農(nóng)科建設(shè)中基礎(chǔ)課程如何更充分地發(fā)揮強(qiáng)基固本作用
——以“理論力學(xué)”為例

李寶輝,楊艷,李會軍

(西北農(nóng)林科技大學(xué),陜西 楊凌 712100)

一、 引言

新時代背景下,沒有一個學(xué)科是孤島,也沒有一個產(chǎn)業(yè)能夠封閉自全?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)就是建立在現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)之上,充分融入現(xiàn)代市場理念和經(jīng)營管理知識的農(nóng)業(yè)形態(tài)[1］。與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的單一性特征不同,現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是一種一二三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的新型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)模式。深度融合意味著學(xué)科交叉,要從新視角審視農(nóng)業(yè)相關(guān)問題,要用新方法解決農(nóng)業(yè)工程問題,這種“新”需從多學(xué)科交叉中萌生,要在博采眾長中獲得,這便對農(nóng)業(yè)院校高度專業(yè)化、技術(shù)化的教學(xué)方式和人才培養(yǎng)模式提出了新的挑戰(zhàn)[2］。新農(nóng)科建設(shè)就是基于這種背景提出的,其核心就是通過改革現(xiàn)有涉農(nóng)專業(yè),為國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

創(chuàng)新型人才是高等教育這棵大樹上結(jié)出的果實,要想果實豐碩,大樹就須根深、枝壯、葉茂[3］。根深指的就是基本功扎實,基礎(chǔ)知識牢固,習(xí)近平總書記在清華大學(xué)110年校慶講話中指出,高等教育體系是一個有機(jī)整體,其內(nèi)部具有內(nèi)在的相互依存關(guān)系,要用好學(xué)科交叉融合的“催化劑”,加強(qiáng)基礎(chǔ)學(xué)科培養(yǎng)能力,打破學(xué)科專業(yè)壁壘,對現(xiàn)有學(xué)科專業(yè)體系進(jìn)行調(diào)整升級,瞄準(zhǔn)科技前沿和關(guān)鍵領(lǐng)域,推進(jìn)新工科、新農(nóng)科、新醫(yī)科、新文科建設(shè)[4］。

二、 力學(xué)是強(qiáng)基固本的必備學(xué)科

(一) 力學(xué)具有基礎(chǔ)與應(yīng)用雙重屬性

習(xí)總書記強(qiáng)調(diào)的基礎(chǔ)包括數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)等,其中力學(xué)的地位最為特殊,它具有基礎(chǔ)和應(yīng)用雙重屬性,既是工程基礎(chǔ),又是工科基礎(chǔ),所使用的工具是應(yīng)用數(shù)學(xué),這也是歷史上一段時期稱力學(xué)專業(yè)為數(shù)學(xué)力學(xué)的原因。最初,力學(xué)屬于物理的一個分支,研究理想狀態(tài)下物質(zhì)的運(yùn)動規(guī)律,20世紀(jì)初,工業(yè)界面臨著許多亟待解決的實際問題,最著名的就是如何計算物體在真實流體中運(yùn)動時的受力,德國的普朗特通過實驗觀察,提出了著名的邊界層理論,這一理論的提出給當(dāng)時注重理論但難以應(yīng)用的理論流體力學(xué)和便于應(yīng)用但過分依賴經(jīng)驗的水力學(xué)注入了新的活力,直接促成了現(xiàn)代流體力學(xué)的誕生,而這也是現(xiàn)代航空工業(yè)誕生和飛速發(fā)展的理論基礎(chǔ)[5］。以此為標(biāo)志,力學(xué)開始告別物理,擁抱工程,在不計其數(shù)的工程應(yīng)用中煥發(fā)出勃勃生機(jī),既展現(xiàn)出該學(xué)科的應(yīng)用力量,又不斷揭示出新的深刻規(guī)律。

力學(xué)是工科基礎(chǔ)的論斷是不言自明的,然而農(nóng)業(yè)院校中力學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀卻是邊緣化的,原因是與傳統(tǒng)涉農(nóng)專業(yè)相比,從原理理論到研究方法兩者都相去甚遠(yuǎn)。然而,力學(xué)的生命力就在于應(yīng)用,與農(nóng)業(yè)相關(guān)的工程領(lǐng)域無疑是力學(xué)施展拳腳的好地方,如水土保持中涉及的泥沙運(yùn)動規(guī)律,土壤耕作中刀具與土層的力學(xué)問題[6］,農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備中的力學(xué)問題,農(nóng)作物生長過程中水分和糖分的輸送規(guī)律,不同生長階段各部分對液體的需要,對內(nèi)因和外因參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié),以達(dá)到消耗最少而收獲最多的目的;土壤、空氣和陽光這一大系統(tǒng)中質(zhì)量與能量間的轉(zhuǎn)換與傳輸機(jī)制等力學(xué)問題[5］。

(二) 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)需要堅實的力學(xué)根基

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變,一二三產(chǎn)業(yè)融合的加深,將會面對許多新的基礎(chǔ)科學(xué)問題和工程技術(shù)問題,這為力學(xué)的應(yīng)用提供了廣闊的天地。力學(xué)作為最早定量化的學(xué)科已在多個行業(yè)中發(fā)揮了至關(guān)重要作用,作為現(xiàn)代生物科學(xué)、工程技術(shù)科學(xué)和管理科學(xué)融合的典范[6］,現(xiàn)代農(nóng)業(yè)要走集約化、精準(zhǔn)化、節(jié)能化、環(huán)境友好化道路,必然需要與力學(xué)融合。

新農(nóng)科建設(shè)是要在傳統(tǒng)農(nóng)科專業(yè)交叉融合的基礎(chǔ)上,滲透進(jìn)新工科、新醫(yī)科、新文科等學(xué)科。因此,多學(xué)科交叉融合就是新農(nóng)科建設(shè)的靈魂所在[7］,在這樣的背景下,農(nóng)業(yè)高校應(yīng)該培養(yǎng)出具有多學(xué)科背景和創(chuàng)新能力的復(fù)合型人才,以推動產(chǎn)業(yè)升級和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施,力學(xué)可以發(fā)揮積極的作用。

然而,農(nóng)業(yè)院校不可能照搬工科院校的模式開設(shè)多門專業(yè)力學(xué)課程,因為培養(yǎng)目標(biāo)與應(yīng)用環(huán)境完全不同。要在學(xué)生的頭腦里生發(fā)出力學(xué)的原理、思維、方法和能力,需要通過具體的力學(xué)課程。教師承擔(dān)著引導(dǎo)學(xué)生思維、傳授知識、發(fā)展能力的關(guān)鍵紐帶作用,所以創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式到深處就是課程改革,到痛處就是教師能力提升[2］。通常,農(nóng)業(yè)院校給本科生開設(shè)的力學(xué)課程較少,一般包括“理論力學(xué)”“材料力學(xué)”“結(jié)構(gòu)力學(xué)”和“彈性力學(xué)”,其中,“理論力學(xué)”的任務(wù)在于闡述最基本的力學(xué)原理和最普遍的力學(xué)規(guī)律,這些基本原理就是人才培養(yǎng)、激發(fā)創(chuàng)新的源泉,對基本原理的掌握程度決定著學(xué)生能否從紛繁復(fù)雜的現(xiàn)象中抓住問題本質(zhì),對“理論力學(xué)”思維方法的貫徹有利于學(xué)生量化能力的培養(yǎng),從而有助于推動傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向精準(zhǔn)化、集約化的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方向發(fā)展,而這些能力正是新農(nóng)科建設(shè)中人才培養(yǎng)的終極目標(biāo)。所以,這些大類基礎(chǔ)課關(guān)系著學(xué)生的綜合素質(zhì),教師應(yīng)當(dāng)更加自覺地更新教學(xué)理念、創(chuàng)新教學(xué)方法[8］。作者多年來一直承擔(dān)著“理論力學(xué)”教學(xué)工作,所以本文只針對“理論力學(xué)”課程如何更好地服務(wù)于新農(nóng)科人才培養(yǎng),包括教學(xué)中遇到的問題及對解決途徑的思考,課堂教學(xué)取舍與側(cè)重的探討,講授內(nèi)容的精簡與擴(kuò)充,實踐課堂的開設(shè)以及力學(xué)類系列課程的呼應(yīng)與遞進(jìn)。

三、 “理論力學(xué)”的教學(xué)現(xiàn)狀

“理論力學(xué)”屬于力學(xué)學(xué)科中的一般力學(xué)分支,這一分支是最具有基礎(chǔ)性質(zhì)的學(xué)科,同時又具有很強(qiáng)的、直接的自然科學(xué)和工程技術(shù)應(yīng)用背景,可以說近代力學(xué)和科學(xué)技術(shù)的奠基性發(fā)展是從一般力學(xué)開始的[5］。“理論力學(xué)”課程的核心任務(wù)是闡述和建立研究力學(xué)對象的數(shù)學(xué)模型所需的原理和方法,包括矢量力學(xué)方法和分析力學(xué)方法[9］,因此,“理論力學(xué)”便成了基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。本該聚焦培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)課,實際上卻給學(xué)生留下了枯燥、難懂的印象,造成學(xué)生學(xué)習(xí)動力不足、基礎(chǔ)功底虛化及學(xué)科視野局限[10］的結(jié)果。從多年的授課實踐來看,農(nóng)業(yè)院校中學(xué)生的力學(xué)知識相對較薄弱,導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因復(fù)雜多樣,很難歸因于某一種因素,這里姑且從作者個人的教學(xué)經(jīng)驗來談?wù)劇?/p>

第一,“理論力學(xué)”課程與其他涉農(nóng)專業(yè)課程思維方法差異較大,由此造成的疏離感會讓原本就對專業(yè)認(rèn)知不足的學(xué)生誤判該課程屬于非核心課程,無法意識到這類基礎(chǔ)骨干課的根基作用,也就不愿意花心思學(xué)。從短期功利角度看,產(chǎn)生這種認(rèn)識有一定的原因,現(xiàn)實情況就是農(nóng)業(yè)類專業(yè)與力學(xué)的結(jié)合度不高。然而,從長遠(yuǎn)看,在未來面對新的復(fù)雜問題時,學(xué)生腦海里能夠溯源到的具有指導(dǎo)性的原理、方法明顯不足,學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)中缺少了堅實的基礎(chǔ),也就難以支撐起新技術(shù)的突破。

第二,“理論力學(xué)”課程中有部分內(nèi)容學(xué)生在物理課中已有了解,導(dǎo)致其思想上懈怠,覺得重復(fù)學(xué)習(xí)沒勁,在相關(guān)知識上僅停留在泛泛而談的水平,難以深入潛修,最終的結(jié)果是學(xué)生只會處理簡單的單體力學(xué)問題,對涉及體系的力學(xué)問題則毫無頭緒。

第三,“理論力學(xué)”課程的學(xué)時壓縮變成了講授內(nèi)容的砍刪,而且遵循 “砍高不砍低”的原則[9］,導(dǎo)致動力學(xué)部分內(nèi)容講授不足,經(jīng)典力學(xué)的核心內(nèi)容缺失導(dǎo)致學(xué)生的力學(xué)訓(xùn)練殘缺不全,力學(xué)視野狹窄且模糊,力學(xué)水平始終在低層次徘徊。

第四,教學(xué)模式仍以教師為主,注重原理闡述,應(yīng)用場景缺乏與專業(yè)的銜接,學(xué)生參與度低,學(xué)生只能跟著老師的思路走,久而久之就抑制了學(xué)生批判思維的養(yǎng)成,這種單向的知識傳授使學(xué)生對知識的掌握多停留在理解層次,很難上升到運(yùn)用層次。另外,課堂講授仍然停留在中學(xué)或大學(xué)物理的層次,以演繹推導(dǎo)為主,忽略了原理的發(fā)展歷程,無法幫助學(xué)生認(rèn)識學(xué)科的完整圖景,這種千人一面的講授方式對學(xué)生缺乏吸引力。

第五,評定學(xué)生對課程知識掌握情況的方式主要是考試,導(dǎo)致學(xué)生的知識應(yīng)用場景是封閉的、碎片的,當(dāng)實際綜合問題呈現(xiàn)時,很難提出有效的解決方案,這就阻礙了學(xué)生綜合創(chuàng)新能力的養(yǎng)成。在各種因素綜合作用下,學(xué)生的成績不盡理想,這或許就是學(xué)生經(jīng)?；\統(tǒng)反映該課程較難的原因。

四、 涉農(nóng)高?！袄碚摿W(xué)”課程的改革方向

(一) 加強(qiáng)教材建設(shè),編寫具有農(nóng)業(yè)特色的教材

當(dāng)下農(nóng)業(yè)院校的“理論力學(xué)”教材與工科院校無異,最為經(jīng)典、采用最廣的當(dāng)數(shù)哈工大版[11］,如今已再版八次。這些教材中的例題與習(xí)題均取材于常見的機(jī)械構(gòu)件,通過分析這些機(jī)構(gòu)的運(yùn)動來演繹基本的力學(xué)原理,對于工科院校的學(xué)生來說,這種做法無可厚非,但對于農(nóng)業(yè)院校學(xué)生而言,這樣就顯得疏離了,在一眾農(nóng)業(yè)氣息濃郁的課程中,“理論力學(xué)”顯得些許突兀,學(xué)生對這門課在整個專業(yè)中的作用會感到困惑。這種困惑會隨著專業(yè)學(xué)習(xí)的深入而加劇,因為專業(yè)課中涉及的“理論力學(xué)”知識僅僅是零星的只語片言,有些甚至完全不涉及。所以,農(nóng)業(yè)院?！袄碚摿W(xué)”教材應(yīng)該有一定比例具有農(nóng)業(yè)特色或來自農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的課題,這樣有助于“理論力學(xué)”以更大的親和力呈現(xiàn)在學(xué)生面前。進(jìn)一步,通過這些課題的分析和解答,一方面闡明力學(xué)普遍規(guī)律,更重要的是讓學(xué)生意識到專業(yè)問題的解答還存在一種“理論力學(xué)”模式,這樣在后續(xù)的學(xué)習(xí)或工作中,學(xué)生會自覺不自覺地回到“理論力學(xué)”尋求新認(rèn)識與新感發(fā),這類基礎(chǔ)課的骨干作用也會得到學(xué)生的認(rèn)可,也有助于提高學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)知程度。

(二) 講授需有取舍,從高層次起步進(jìn)而形成理論力學(xué)思維

現(xiàn)有教材為了自身體系的完整,按照由簡單到復(fù)雜、由特殊到一般的認(rèn)知規(guī)律將靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)三個篇章順序編排,其中確實有跟物理課重疊的部分,但這完全可以通過講授方式和側(cè)重的轉(zhuǎn)變加以避免。物理中強(qiáng)調(diào)的是質(zhì)點或單個剛體運(yùn)動所遵循的普遍規(guī)律,而“理論力學(xué)”則注重闡明受約束的質(zhì)點系或剛體系的機(jī)械運(yùn)動規(guī)律,重點在如何運(yùn)用這些規(guī)律解決實際工程技術(shù)問題?！袄碚摿W(xué)”中涉及的每一個運(yùn)動機(jī)構(gòu)都是從工程中經(jīng)過合理抽象中而來的,沒有憑空的模型。因此,在講授過程中應(yīng)從宏觀整體觀點看待問題,注重工程技術(shù)思維的培養(yǎng),這樣學(xué)生才能在處理問題的能力上提高一個層次,不至于每遇到系統(tǒng)問題就想著拆開單獨(dú)處理。比如,靜力學(xué)部分的重點放在力系的簡化與物體系的平衡上;運(yùn)動學(xué)部分精講合成運(yùn)動理論;動力學(xué)部分先建立起普遍定理對問題的類別化處理方式,再通過綜合問題反映出該方法的繁瑣性,進(jìn)而過渡到動力學(xué)問題的一般處理方法——達(dá)朗貝爾原理和動力學(xué)普遍方程。這樣打破常規(guī)不面面俱到的講授會在靜力學(xué)部分節(jié)省出一些學(xué)時,可為后面動力學(xué)重點內(nèi)容留出更寬裕的時間。另外,靜力學(xué)與運(yùn)動學(xué)兩部分內(nèi)容并沒有邏輯上的先后,完全可以先講運(yùn)動學(xué)后講靜力學(xué),這樣便可以消除學(xué)生的似曾相識感,思想上的懈怠自然也就不存在了。這種講授次序的調(diào)整是基于靜力學(xué)部分精簡扼要的前提下,否則將冗長的靜力學(xué)內(nèi)容安排在運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)之間勢必會影響運(yùn)動學(xué)知識運(yùn)用的時效性,效果反而不好。

(三) 充實加強(qiáng)動力學(xué)內(nèi)容,突出力學(xué)建模能力培養(yǎng)

“理論力學(xué)”的靈魂在動力學(xué)部分,學(xué)生的力學(xué)原理運(yùn)用能力也大都取決于動力學(xué)理論的掌握程度,然而在學(xué)時壓縮的背景下刪減最多的卻是動力學(xué)部分的內(nèi)容,這與培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)是相違背的。能力的培養(yǎng)需經(jīng)過循序漸進(jìn)的過程,工科院校中在“理論力學(xué)”課程之后大都會安排“數(shù)學(xué)物理方法”再繼之以“振動理論”等課程,目的就在于逐步培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用力學(xué)原理解決工程問題的能力,但這兩門課在農(nóng)業(yè)院校的本科課程中鮮有安排,那么所缺失的這部分訓(xùn)練就應(yīng)該在“理論力學(xué)”課程講授中有所體現(xiàn)。手段有二,一是擴(kuò)充動力學(xué)部分的內(nèi)容,二是改變現(xiàn)有教材的側(cè)重點?，F(xiàn)有講授中動力學(xué)部分的內(nèi)容仍舊是經(jīng)典牛頓力學(xué)的內(nèi)容,不涉及分析力學(xué)的內(nèi)容,這對學(xué)生掌握現(xiàn)代力學(xué)方法是不利的,因此需將虛位移原理、動力學(xué)普遍方程、拉格朗日方程及哈密頓原理這些內(nèi)容都納入進(jìn)來,所缺的學(xué)時從哪里來?就是上面講到的靜力學(xué)精簡省出一部分,運(yùn)動學(xué)里邊點的運(yùn)動和剛體基本運(yùn)動中再省出一些。再有就是要改變講授側(cè)重點,現(xiàn)有教材偏重于培養(yǎng)學(xué)生計算運(yùn)動系統(tǒng)某一瞬時的力學(xué)參數(shù),這在工科院校無可厚非,因為還有后續(xù)課程接力培養(yǎng)學(xué)生的其他能力,可是在缺乏后續(xù)課程的農(nóng)業(yè)院校就不妥,于是教師在講授時不僅要注意培養(yǎng)學(xué)生這部分的計算能力,還應(yīng)該更注意培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用力學(xué)原理建立系統(tǒng)運(yùn)動微分方程的能力——力學(xué)建模,因為實際遇到的問題要定量描述第一步就是建模問題。例如,在講授達(dá)朗貝爾原理時以載流管道的振動模型為例,從振動過程中管內(nèi)流體絕對加速度的表示到系統(tǒng)慣性力的簡化,最后運(yùn)用原理建立其振動微分方程,這一實例雖然超出了剛體的范疇但還在學(xué)生的接受范圍之內(nèi),舉該例的重點不是讓學(xué)生明白管道的振動方程是什么,而是讓學(xué)生感受實際問題處理中的首要工作是什么。實際上,力學(xué)模型建立后還有求解問題,這部分能力可交由高年級的專門課程培養(yǎng)。再比如,動能定理標(biāo)志著從“力”描述向“能量”描述的轉(zhuǎn)變,是牛頓力學(xué)向拉格朗日力學(xué)過渡的一個前期準(zhǔn)備,學(xué)生此時仍處在無意識的“力”慣性狀態(tài),這時可以引入動能概念的演化歷史,從活力mv2到現(xiàn)在動能的概念,從達(dá)朗貝爾到莎特萊再到恩格斯的工作介紹,不僅有助于學(xué)生弄明白矢量力學(xué)與分析力學(xué)在處理問題時的側(cè)重點,而且會給學(xué)生留下力學(xué)的進(jìn)步不在于憑空數(shù)學(xué)技巧的運(yùn)用,而是依賴于力學(xué)觀念的改變的印象。幸運(yùn)的話,科學(xué)家的故事還會激發(fā)學(xué)生求知的內(nèi)在動力。

(四) 活躍課堂氣氛,在交流中生發(fā)知識

傳統(tǒng)的教學(xué)模式以教師為中心,學(xué)生的課堂參與度不高,知識的獲得依靠單向灌輸,這樣的知識很難活用,更難以轉(zhuǎn)換為能力;傳統(tǒng)以考試為主的考核方式比較單一,對于能力培養(yǎng)也不夠,應(yīng)該多樣化,更不必拘泥于形式,考核的目的不是給學(xué)生一個成績而是幫助學(xué)生查缺補(bǔ)漏,去偽存真,最終將準(zhǔn)確的概念、原理及方法印刻在腦海里。課堂互動就是一種很好的教學(xué)模式和考核方式,在彼此的交流中教師要引導(dǎo)學(xué)生表達(dá)出他對所學(xué)內(nèi)容的認(rèn)識,在這過程中還要用恰當(dāng)?shù)膯栴}或例子引導(dǎo)學(xué)生對自己的表述進(jìn)行修正,直到最終獲得對內(nèi)容的正確認(rèn)識,并在腦海中生發(fā)出相應(yīng)的知識。例如,在運(yùn)動合成部分,盡可能多地讓學(xué)生描述動系的選取與三種運(yùn)動形式,教師引導(dǎo)學(xué)生相互補(bǔ)充完善,直到形成準(zhǔn)確描述;再如,剛體平面運(yùn)動中轉(zhuǎn)動角速度的絕對性與相對性探討;又如,在動量矩定理中拋出問題,相對于質(zhì)心以外的任意動點動量矩定理是什么樣兒?討論過程中不僅會讓學(xué)生對非慣性系中的轉(zhuǎn)動問題有初步了解,真正體會到質(zhì)心在動力學(xué)中的重要性,而且避免了教材只介紹相對于質(zhì)心的動量矩定理的突兀?；又屑词箤W(xué)生回答有誤,教師也要予以鼓勵,這樣可以為學(xué)生的成長營造一個寬松的環(huán)境,也有助于學(xué)生養(yǎng)成樂于表達(dá)的習(xí)慣,而這對于知識的獲取至關(guān)重要。比如,一次在運(yùn)用速度投影定理處理問題時,學(xué)生突然提問,對于一個運(yùn)動機(jī)構(gòu)為何要多次應(yīng)用投影定理,一次投影不是更簡潔嗎?這反映出學(xué)生對該定理適用條件掌握有所欠缺,教師在講授中強(qiáng)調(diào)過的內(nèi)容,學(xué)生卻沒有入心,這應(yīng)該就是講授方式問題,所以在學(xué)生有此疑問時,需要先肯定學(xué)生思路想法,然后再讓學(xué)生自己比較單個剛體與運(yùn)動機(jī)構(gòu)的不同,最后自己得出適用條件,這樣才能理解深刻。優(yōu)秀的教師還會凝練好的問題,引導(dǎo)學(xué)生作更深層次思考,逐步養(yǎng)成獨(dú)立思考的習(xí)慣。要做到這一點,對教師有兩方面要求,一是對所教內(nèi)容了然于胸,二是要有強(qiáng)烈的表達(dá)欲望[12］,打心底兒想把自己的理解認(rèn)識分享給學(xué)生。

(五) 開辟實踐課堂,讓知識從碎片到貫通

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中遇到的力學(xué)問題都是新問題,也是綜合性復(fù)雜問題,需要抽象成恰當(dāng)?shù)牧W(xué)模型。這個過程既需要力學(xué)專業(yè)人士敏銳的洞察力、超凡的主要矛盾感知能力,更需要農(nóng)業(yè)人士的經(jīng)驗輔助。所以力學(xué)問題從提出到修正到解決到再認(rèn)識,要有多個專業(yè)背景的人員協(xié)同完成,這在課堂上是沒法做到的,必須到生產(chǎn)一線去。因此,“理論力學(xué)”還需要開辟第二課堂——實踐課。目前,農(nóng)科人才培養(yǎng)中實踐教學(xué)依然是薄弱環(huán)節(jié)[1,13］,脫離實踐的人才培養(yǎng)模式無法滿足新農(nóng)科建設(shè)的要求。

實踐的目的就是讓力學(xué)知識變成處理實際問題的能力,讓不同學(xué)科間的知識碎片變得融會貫通,這就好比打拳,學(xué)生學(xué)會了套路但不會在實戰(zhàn)中運(yùn)用,實踐課的作用在于提供一個應(yīng)用場景,可以用套路也可以隨機(jī)應(yīng)變,總之最后要摸索形成自己的一套打斗風(fēng)格。比如,學(xué)生在實踐中發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的節(jié)水灌溉噴頭噴灑出的區(qū)域是圓形,容易形成重疊區(qū)和空白區(qū),如何設(shè)計一種能夠噴灑矩形區(qū)域的噴頭,在這個問題的牽引下,學(xué)生自行搜集相關(guān)知識,就包括運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)部分內(nèi)容,這樣以前通過講解希望達(dá)到掌握知識的目標(biāo)變成了現(xiàn)在解決問題時的附屬產(chǎn)品,并且學(xué)生體會更加深刻。

實踐的另一目的是搜集整理農(nóng)業(yè)相關(guān)的力學(xué)問題,按照問題屬性分類編排,最終由既懂力學(xué)又懂農(nóng)業(yè)的人士編寫出一部具有鮮明農(nóng)業(yè)特征且適合新農(nóng)科人才培養(yǎng)的“理論力學(xué)”教材,這樣的教材可以增加涉農(nóng)專業(yè)學(xué)生對課程的親和力從而消除以往的另類感。歸根結(jié)底就是將學(xué)科交叉融合的成果體現(xiàn)在教材上、課堂中及整個人才培養(yǎng)過程當(dāng)中。

五、 既要自我改造,又要體系協(xié)同

力學(xué)類課程在整體學(xué)時壓縮的背景下需要進(jìn)行系列課程體系內(nèi)容的優(yōu)化改革,使每門課程的內(nèi)容銜接更緊密,內(nèi)容層次梯度更明顯,避免以往內(nèi)容重疊、呼應(yīng)缺失的情形?！袄碚摿W(xué)”課程內(nèi)容的掌握不單單是在課堂上,學(xué)生需要反復(fù)地回顧、溫習(xí)、實踐才能融會貫通,在后續(xù)課程的內(nèi)容設(shè)計上理應(yīng)讓“理論力學(xué)”中的原理有一個施展的機(jī)會,這樣在系列課程內(nèi)容編排上的呼應(yīng)、顧盼與重溫有利于學(xué)生將“理論力學(xué)”知識轉(zhuǎn)變?yōu)榉治鰡栴}的能力從而長期掌握。然而,目前的情形卻是后續(xù)“材料力學(xué)”與“結(jié)構(gòu)力學(xué)”的講授大都僅限于靜力學(xué)范疇,這便造成了學(xué)生動力學(xué)部分的理論無用武之地,一兩個學(xué)期過后相應(yīng)的知識都忘得一干二凈,更談不上能力的提升了。

當(dāng)然,課程體系的優(yōu)化也不應(yīng)該僅局限在力學(xué)類課程,如果能以專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)為指導(dǎo),全局性地設(shè)計各專業(yè)課內(nèi)容將是最好的情形。因為從知識到能力的轉(zhuǎn)變是極其困難的,不是學(xué)了幾門課程就會自動掌握,但有能力的前提的確是必須先掌握知識,然后在面對具體問題時通過大腦的創(chuàng)造性工作重新組合已有知識,形成一個解決方案。這個創(chuàng)造性工作是超越具體知識內(nèi)容的,它更多是感性的、直覺的、頓悟的,這種妙不可言的能力從哪兒來?筆者認(rèn)為從多種情懷素養(yǎng)中來,歷史的、哲學(xué)的、音樂的、藝術(shù)的都雜糅在一起經(jīng)過發(fā)酵最后展現(xiàn)出一個對問題的感悟能力或者叫洞察力,這也是習(xí)近平總書記在講話中強(qiáng)調(diào)新文科建設(shè)[4］和通識教育的意義所在。因此,專業(yè)培養(yǎng)方案中那些以前看似與專業(yè)無關(guān)的人文社科類課程也應(yīng)該有所體現(xiàn),這并非主張給學(xué)生加課程增加學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān),而是“擠水煉金”的過程,關(guān)鍵在于提升品味,能夠區(qū)分什么是“水”、什么是“金”,學(xué)生的負(fù)擔(dān)不但沒有增加,反而會有涵泳或深思。

“理論力學(xué)”課程的改革實踐從2020年開始持續(xù)到現(xiàn)在,取得了一定的效果。從學(xué)生的課堂表現(xiàn)來看,抬頭率明顯提高,說明所采取的講授方式是學(xué)生樂于接受的,所選取的理論載體是學(xué)生喜聞樂見的,消除了以前由于知識重疊和闡述方式千篇一律給學(xué)生帶來的疲憊感;從平時作業(yè)來看,學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性在逐步提高,特別是與實踐聯(lián)系緊密的開放性題目最能激發(fā)大家的求解興趣;從期末成績來看,與未改革時的2019年對比(見表1)發(fā)現(xiàn),卷面不及格率在逐步降低,處于中等和良好等次的學(xué)生比例在逐步增加。

表1 西北農(nóng)林科技大學(xué)“理論力學(xué)”課程近三年期末成績

結(jié)語

創(chuàng)新人才培養(yǎng)是高等教育的永恒使命,其方式方法無固定模式可循,只能匯總經(jīng)驗摸索前行,幸運(yùn)的是雖無一定之規(guī),卻有厚基礎(chǔ)寬口徑的共識?；A(chǔ)課程是創(chuàng)新人才之根本,創(chuàng)新能力為其末枝,只有本末正置,將基礎(chǔ)理論內(nèi)化為己有,沃其根方能繁其枝,才能培養(yǎng)出具有跨學(xué)科能力的創(chuàng)新人才。

本文從教材建設(shè)、課堂模式及課程間的協(xié)同等方面嘗試摸索出一條路徑,以使“理論力學(xué)”這類基礎(chǔ)課程在農(nóng)業(yè)院校創(chuàng)新人才培養(yǎng)中更充分地發(fā)揮其固本培元作用,以圖為新農(nóng)科建設(shè)輸送更多具有厚基礎(chǔ)和跨學(xué)科能力的優(yōu)秀人才。