在基礎理論課程教學中培養學生的應用能力

張淼溶

（泰州學院船舶與機電工程學院，江蘇 泰州 225300）

應用能力是應用思想方法、基礎理論、知識技能解決實際問題的能力。簡單來說就是“需求+方法”，即用先進的符合規律的方法來滿足相關的人的重要的需求。應用能力從需求起步，再通過尋找方法、理解方法、判斷方法、比較方法、選擇方法、掌握方法、使用方法、改進方法八步，最終解決實際問題。應用能力的前提是儲備必要的思想理論、知識技能，應用能力的核心是解決實際問題。

應用型本科院校指以應用型為辦學定位，而不是以理論研究、原理研究為辦學定位的本科院校。2014年3月，教育部改革方向已經明確：全國1200所普通本科高等院校中，將有600多所逐步向應用技術型大學轉變，轉型的本科院校正好占高校總數的50%［1-3］。可以預見：應用型本科院校的建設對于滿足中國經濟社會發展對高層次應用型人才需要以及推進中國高等教育大眾化進程將起到積極的促進作用。

應用型本科院校重在“應用”二字，在教學過程上其核心環節是實踐教學，在培養目標上強調學生的實踐能力［4］。那么，應用型本科院校是否需要進行基礎理論的教學？應用型本科院校基礎理論的教學必須達到怎樣的要求？應用型本科院校如何進行基礎理論的教學？在基礎理論教學中如何培養學生的應用能力？本文將以工科類應用型本科院校理論力學教學為例探索學生應用能力培養的問題。

一、應用型本科院校是否需要進行基礎理論的教學

我國本科生的培養目標是：培養較扎實地掌握本門學科的基礎理論，專門知識和基本技能，并具有從事科學研究工作或擔負專門技術工作初步能力的高級人才。研究型本科院校側重于學生從事科學研究的素養培育，應用型本科院校側重于學生擔負專門技術工作的能力培養。

掌握基礎理論是所有本科教學必須實現的首要目標，顯然，應用型本科院校必須進行基礎理論的教學。但是，普遍培養目標與側重培養目標的必然聯系并不能得到一些人的肯定，要確定應用型本科院校基礎理論教學的必要性還需要從生成學生應用能力的過程確認。

桁架是一種由細長直桿在兩端用焊接、鉚接、榫接或螺栓連接等方式連接而成的幾何形狀不變的結構，廣泛應用于工程中房屋的屋架、橋梁、起重機、各類鐵塔等。現以理論力學課程中的桁架內力計算為教學案例，進一步論證基礎理論教學對于生成學生應用能力的必要性。

【例1】圖1（a）為某典型建筑的頂蓋，其中各桿的長度確定，現需要給各桿選用合適的材料并設計其截面形狀，使其在外載荷F的作用下處于安全狀態。

圖1 典型建筑的頂蓋模型

更適應的方法是理論力學“系統+節點”的研究方法，即先以整體為研究對象，受到的外載荷有，建立直角坐標系，列平衡方程：得到未知約束。再以局部（三角架）為研究對象，如圖1（b）所示，桿1，2，5均為二力桿，三角架受到桿1，2，5的作用力均沿桿的方向，可以求出在此基礎上對各節點研究可以得到所有桿的內力。

由上述例證可知：系統化是尋找方法的重要途徑，原理化是理解方法的基礎，精確化是判斷方法、比較方法、選擇方法的關鍵，理論推演又常常為改進方法指明了正確的方向。而系統化、原理化、精確化、邏輯化正是基礎理論課教學的基本內容，因此，基礎理論課的教學對應用型本科院校是必須的。

二、應用型本科院校基礎理論的教學必須達到怎樣的要求

在應用型本科院校，基礎理論課的教學目標是：培養學生的學科理論素養，夯實應用能力基礎，為學生深入應用研究提供必要的理論支撐。由于應用能力發展是應用型本科院校的培養重點，因此，在應用型本科院校，基礎理論課教學的時間不可能太多，難度要求也不能太高。與此相對應，掌握合理的教學要求十分必要。

應用型本科院校基礎理論教學必須達到怎樣的要求呢？從培養目標和必要性分析可知，對于每一基礎理論課，都必須達到以下要求：

第一，讓學生掌握該課程的知識體系、知識結構與學科思想方法、思維方法，掌握該系統知識的相關知識與衍生知識，由需求與現象回歸到相應的理論知識范疇。

第二，讓學生掌握該課程知識的基本原理、知識板塊之間的內在邏輯，能應用原理解釋相關的現象、選擇應用方向，建立初步的應用模型與范式，看懂簡單的設計原理。

第三，讓學生掌握該課程的基本知識推演方法及基礎運算方法，能進行理論性概算與測算，掌握以基本參數為載體進行測試、校正、優化的方法。

第四，為學生進行深入的應用設計、優化設計預留必要的文獻出口與原理出口，為學生進行綜合的設計整合、設計提檔提供必要的文獻入口與原理入口。

【例2】剛體對于任一軸的轉動慣量，等于剛體對于通過質心、并與該軸平行的軸的轉動慣量，加上剛體的質量與兩軸間距離平方的乘積，即平行軸定理。僅以該定理教學在研究型、應用型本科院校教學要求為例，見表1，具體說明兩者的區別。

表1 平行軸定理教學在研究型、應用型本科院校教學要求對比表

三、應用型本科院校應如何進行基礎理論的教學

根據應用型本科院校基礎理論教學的必要性與培養目標，其基礎理論課教學必須在以下原則上選擇教學方法。

第一，從解決實際問題的需要出發引入學科概念，在學科界定的前提下幫助學生建立學科知識系統，在概述學科知識體系的基礎上教給學生學科思想方法和思維方法，通過分部的知識講解回答（解決）簡單的、單純的實際問題。

第二，通過系統的知識原理認識具體的工程原理，通過板塊原理分析判斷獨立設計的正確性，通過問題分析查找問題所涉及的知識板塊與問題歸因，通過條件的關聯性分析檢驗理論設計的完備性，通過加入條件建立初步的應用模型與范式并改進方法。

第三，通過基本知識推演了解機構的運動回程，通過基礎運算掌握正常運動的參數波動范圍，確保系統在控制范圍內運行，通過數據變化規律研判運動回程的可靠性，進行方法的比較、選擇和優化，提高設計與運行的效率。

第四，在基礎理論教學的過程中給學生留下深入思考的問題點，讓他們在應用操作中能由問題快速進入過程診斷，在基礎理論教學的過程中延伸問題方向，提供大量文獻及鏈接，讓他們在今后的設計優化與系統提高中及時找到切入點與方向。

【例3】《理論力學·靜力學應用專題·摩擦·摩擦角與自鎖現象》［5］教學示例

自鎖現象在生產實踐中分布十分廣泛，教學這一知識點按以下四步流程實施。

第一步：由實際問題引入全約束力、摩擦角、摩擦錐和自鎖的概念。

第二步：由概念進入各種數量關系的演繹。

上述兩步常常穿插教學，即由一般概念引入物理量，由物理量特定數量關系再到相關概念的精確表述。

第三步：應用概念和數理關系解決實際問題。

圖2（a）所示為凸輪機構［6］。已知推桿（不計自重）與滑道間的靜摩擦因數為，滑道寬度為b。設凸輪與推桿接觸處的摩擦忽略不計。在該機構設計中，凸輪著力點偏移推桿中心軸距離a控制在什么范圍內，推桿才不致被卡住？

圖2 凸輪機構

分析：凸輪逆時針轉動，驅使推桿右側上升并向左傾斜，滑道左側上方A點以及右側下方B點與推桿接觸，發生作用。（快速反應）推桿被卡住，即自鎖，全約束力的方向角滿足。推桿處于平衡，受到三個作用力：。根據三力平衡匯交定理，F的作用線必定通過作用線的交點C，確定a的極限值。設全約束的方向角為推桿發生自鎖，此時C點位于圖2（b）陰影部分。若a≥a極限，無論F多大，也不能推動推桿。

拓展：如何通過控制參數，使a極限增大一些？能否對機構進行改進，使a極限增大一些？

第四步：向學生提供自鎖現象相關文獻索引及深入探討的理論鏈接。

縱觀上述教學過程，應用型本科院校所教的基礎理論是應用所迫切需要的理論，是完整而又簡約的系統理論。系統的規律提供設計的依據、診斷設計的問題。運算公式是系統規律的集中體現，掌握重要的運算公式、通過運算和參數比較，學生的應用更快捷、更準確、更簡單。當設計需要提升、控制需要更精準的時候，學生能及時索引到所需的知識時，基礎理論的深度和廣度得到了躍升。

四、在基礎理論教學中如何培養學生的應用能力

在應用型本科院校基礎理論教學的要求和方法探索中，如何培養學生的應用能力問題已有分散解決，為方便能力培養，這里再做總結歸并。

第一，在基礎理論教學中培養應用能力要從問題入手。問題是最有效的驅動力，解決問題的過程就是運用的過程。理論是解決問題所需要的，把問題集中在一起，找到問題的共同點，引入基礎理論，掌握基礎理論，將理論應用到實際的問題，找到了理論就是找到了方法。

第二，在基礎理論教學中培養應用能力要抓住規律。基礎理論的核心是規律，理解了規律就理解了設計原理與工藝流程。應用型本科院校不應對規律的發現過程進行繁瑣推演，但對規律的各個節點必須進行充分的展示。要讓學生反復運用規律解釋實際的現象、查找實際的原因、回答實際的問題。

第三，在基礎理論教學中培養應用能力要重視公式教學。公式是規律最簡約的表達形式，老師要引導學生建立公式關聯因素間的聯系通道，由此因素迅速聯想到彼因素。要通過公式估算、計算參數的變化范圍，對方法進行判斷、比較，從而選擇方法、掌握方法、使用方法。

第四，在基礎理論教學中培養應用能力要養成學生應用習慣。不但要重視學生應用理論解決實際問題習慣的養成，還必須養成學生自覺地由現象尋找理論、選擇方法解決問題的習慣。即不僅重視學生運用原理規律的習慣，而且重視學生挖掘新應用、建立新模型、解決新問題的習慣。

五、在基礎理論教學中培養學生應用能力的反思

2016年，泰州學院將應用型本科院校作為自己的辦學定位，作為工科基礎理論課教師，筆者就開始關注應用型本科院校是否應該開設基礎理論課、課程要求如何定位、課程教學如何實施等問題。兩年來的探索與實踐給人的思考是多方面的。

首先，應用型本科院校不是一張標簽，而是一個人才的類型標準。大學培養人才既要靠大學精神的熏陶，更要依托大學課程的實施。在具體的學科教學中著力培養學生的應用能力，這是應用型本科院校實現人才培養目標的關鍵所在，這樣的培養意識只有深入每門課教師的目標深處，應用型本科院校才能培養出實實在在的應用型人才。

其次，在應用型本科院校，通過專業課程進行應用能力培養是基本任務，這一點容易取得共識，但在基礎理論課教學中發展學生的應用能力，這并不能讓所有人所認可。囿于認識的偏頗，有人甚至呼吁在應用型本科院校取消基礎理論課的設置，更談不上在基礎理論課教學中進行應用能力培養。而事實上，扎實的基礎理論不僅利于學生應用能力的培養，更利于學生應用能力的可持續發展。基于這樣的思考，筆者的探索與實踐才得以進行，并將持續下去。

最后，在基礎理論課教學中培養學生的應用能力，這是一個復雜而艱難的課題，本文以理論力學教學為例所展現的探索只是初步的，但必要性研究、標準研究、原則方法研究、操作流程研究構成系統研究的框架，這一研究思路是可行的、能夠初步確認的。隨著研究的深入，應用型本科院校的基礎理論課教材必將更加特色化、基礎理論教學的過程必將更加應用化，基礎理論教學的評價必將更加能力化，為了這樣的期待，探索的帷幕已經打開。