錢學森與中國科大近代力學系的建立與初期發展

王安軼

摘要1958年前后，錢學森參與籌備和創辦中國科學技術大學，并親自擔任近代力學系主任，推動了尖端科技人才的培養和力學學科的建設和發展。在近代力學系的創辦特別是前三屆學生的培養過程中，錢學森實踐了他所倡導的“技術科學”思想中關于人才培養的理念，從辦學理念、培養目標、教學計劃等方面探索了“技術科學家”的培養路徑，成為中國科大的一項辦學特色。

關鍵詞中國科學技術大學近代力學系 錢學森 人才培養 力學思想

一前言

中國科學技術大學近代力學系創建于1958年建校伊始，建系之初稱“力學和力學工程系”，1961年改稱“近代力學系”，以培養國家急需的尖端科技人才為目標。建系之后，系主任一職由發起和創辦科大的主要成員之一——錢學森擔任，直至1978年。在建系過程中，錢學森把“技術科學”思想融入到近代力學系的人才培養目標、教學計劃、課程設置當中，形成了“理工結合”的技術科學人才培養體系，在中國“技術科學”理論化過程中起了非常重要的作用。

中國科學院力學所、中國科學技術大學檔案館保存了一些錢學森與科大建校的檔案資料，如錢學森參與制訂教學計劃的會議記錄、《火箭技術概論》的備課手稿、講義以及當年錢學森與科大有關領導的書信等，都為研究錢學森與近代力學系的創辦提供了良好的史料基礎。另外，親歷者特別是近代力學系師生如童秉綱、尹協遠、黃吉虎、張瑜等，回顧了錢學森在創辦近代力學系過程中的辦學理念、課程設置、人文關懷的點點滴滴。

應該說，前人在錢學森及其科學思想的研究方面已經成果頗豐，作為錢學森一段重要的工作經歷——在錢學森與科大這一專題中，亦有不少回憶和紀念性文章。但是，很少有人基于近代力學系存有的材料對錢學森從力學人才培養的角度加以研究。本文在前人研究的基礎上，嘗試以錢學森與科大近代力學系為研究對象，通過對現有檔案等各種史料的梳理，對錢學森的“技術科學思想”在近代力學系的實踐及其效果進行研究。

二醞釀創辦科大力學系的背景

力學作為工科專業的基礎學科，是自然科學與工程技術之間的橋梁，是航空航天、機械工程、土木工程等諸多工程技術的基礎，可以說一個國家的力學水平在很大程度上體現了一個國家的工業實力。1949年之前，中國僅在如機械、土木、水利等工科專業里開展力學課程，沒有專門培養力學人才的專業和研究機構，力學人才和研究基礎都非常薄弱。中華人民共和國成立后，由于中國工業現代化和國防現代化建設的龐大需求，近代力學學科的重要性尤為凸顯。

特別是在1956年國家制定的《一九五六——九六七年科學技術發展遠景規劃》（以下簡稱“十二年科學規劃”）中，原子能和火箭技術被列為尖端技術。為此，圍繞基礎學科規劃的部分，十分強調力學學科的發展，確定了發展空氣動力學、建立物理力學等學科以支援航空工業發展的目標。并且，為了保證大量工程建設在理論上的要求，如固體力學、流體力學等學科均成為重點發展的學科（頁147-158）。也就是說，力學的重要性被國家科技戰略提到了前所未有的高度。然而，學科基礎的薄弱和國家需求之間的巨大差距，隨即被錢學森等力學專家們所認識到。此時“力學研究所高初研究員86人，全國能稱得上第一流的（具有世界水平）力學專家僅五人，北大辦的力學專業每年畢業的僅40余人，過一兩年后連同其學校的畢業生亦不過300人左右。這樣的人才狀況顯然不能滿足國家工農業生產發展的需要，特別是十二年科學規劃提出的科學任務對力學專業人才的巨大需求”。

1958年，在全國“大躍進”形勢的推動下，力學所提出了若干以任務為目標的發展方向，并按“上天、人地、下海、服務工農業生產”這四個方面的要求組織研究工作。同時，我國“兩彈”研制任務正處于起步階段，因此中國科學院更急需大批優秀的科研人才。這樣，在錢學森、郭永懷、嚴濟慈等科學家的建議下，趁著“教育大躍進”蓬勃開展的形勢，中國科學院院黨組于1958年5月9日向聶榮臻和中宣部呈送了由中國科學院開辦大學的請示報告。后來，錢學森在寫給朱清時的信中也提到了這一背景：“回想40年前，國家制訂了12年科學技術遠景規劃，要執行此規劃需要科學與技術相結合的人才；航空航天技術是工程與力學的結合，所以成立了中國科學技術大學。”（頁102）中國科學技術大學近代力學系的創辦就是在這樣的背景下醞釀的。

三科大力學系創辦動議與辦學理念

事實上，為了落實十二年科學規劃中與力學相關的發展計劃，從1957年開始，中國科學院與高等教育部已經合作在清華大學創辦了工程力學研究班。隨后，大連工學院、交通大學、哈爾濱工業大學等工科院校以及復旦大學、中山大學等綜合性大學相繼創辦了力學系或者力學專業。那么，錢學森等人為何建議要建立一所全新的學校和學系？建立中國科學技術大學近代力學系的必要性又在何處？這可以從國家需求和高等教育體系兩個方面來分析。

1.理工結合是現代科學技術發展的趨勢

從20世紀初期開始，科技的各個領域都有了突破性的進展，特別是第二次世界大戰后，在各國對高科技的迫切需求下，科學基礎理論轉化為工程和技術應用的周期大大縮短。到了20世紀中期，科學和技術在相互刺激中迅速發展，逐步趨向于統一的科學技術體系。一方面，技術發明越來越依靠科學，在很多領域，基礎科學的研究已經到達完整的階段，其理論基礎不斷為技術的進步開辟新的方向，并且以更快的速度向應用開發和產業化方向轉化。另一方面，現代科學的進步有賴于技術裝備的支持。就當時國內的情況來看，隨著第一個五年計劃任務的提前完成，國家進一步提出了“向科學進軍”的號召。從經濟發展上看，長遠經濟目標的實現有賴于科學技術的發展；而受國際政治環境的影響，是否能在短時間內掌握與國防相關的尖端科技關乎國家安全，這對當時還很薄弱的科技工作提出了很高的要求。

十二年科學規劃的制定把國家對科技發展的要求提上日程，旨在盡可能迅速地補足國家最短缺的國防建設急需的門類，迅速趕上世界先進國家科技水平，并堅持“重點發展，迎頭趕上”的方針。其中，國家在高技術產業和國防事業急需的科技，如原子能技術、航空航天技術、計算機、自動化等的發展都需要理工結合的人才。在繼承哥廷根應用力學學派思想和長期從事科學研究與教學工作后，錢學森較早地認識到這一點。在他看來，20世紀科學發展的趨勢導致世界工程技術發生了革命性變化，尤其是二戰期間導彈、高速飛機、雷達、核武器等重要武器裝備的發明和使用，從根本上改變了人類生產與戰爭的面貌。這些重大發明與以前的發明創造有著明顯的區別，它們不是依靠工程實踐積累和經驗判斷設計出來的，而是需要數學、力學、物理學等理論科學作為設計依據，是科學家和工程師密切合作的產物。在這個認識的基礎上，錢學森提出了“技術科學”的觀點，他指出技術科學是一個科學研究領域，是自然科學與工程技術結合的產物，他的研究對象是工程技術實際中具有共性和規律性的問題。他提出：“能夠綜合自然科學和工程技術、要產生有科學依據的工程理論則需要另一種專業的人。而這個工作內容本身也成為人們只是的一個新部門：技術科學。由此看來，為了不斷地改進生產方法，我們需要自然科學、技術科學和工程技術三個部門同時并進，缺一不可。這三個部門的分工是必需的，我們肯定地要有自然科學家，要有技術科學家，也要有工程師。”尤其直接服務于工程技術的應用力學，想要在航空航天等關鍵領域取得突破性的成就，技術科學家是不可或缺的。而在當時中國的高等教育體系中，技術科學家作為人才培養的缺門，急需一所大學來探索其培養模式。

2.高等教育人才培養目標中的缺失

1952年院系調整之后，我國按照蘇聯模式重塑了高校教育體系，其方針是整頓和加強綜合型大學，以培養工業建設人才和師資為重點，重點發展工業院校尤其是單科性的專門學院。其特點是高等技術教育得到了加強，工科學校為引進蘇聯技術提供人才保障。就當時的人才培養目標來看，主要是為了適應蘇聯援助項目所需的師資和工程技術人才，對基礎研究的重視不足，而理工分家亦是這次院系調整的一大特點。具體從力學學科看，根據蘇聯大學模式，力學專業是被放在綜合性大學的數學力學系內，主要培養具有理科背景的力學人才，如北大數學力學系的人才培養目標（頁91）。而工學院則把培養目標定位為工程師，按照行業或產品設置專業。力學學科雖是各類工科專業的必修課程，但由于工業發展急需工程技術人才，工科教育的專業被細化、學制被縮短、相應的基礎課程如力學科目也根據專業需求被盡可能壓縮和簡化。這樣的培養模式雖然以最快的速度為工業部門培養了工程師和技術人員，推動了工業的快速發展，但也導致了工科學生在基礎學科上的薄弱。李佩教授在回憶科大建立時談到了這個問題：“1958年4月，錢老與郭永懷先生、楊剛毅先生一起在北京西山討論中國科學院力學研究所應承擔的12年科學技術發展遠景規劃綱要任務時，都感到力學研究需要一批新型的、年輕的科技人員。郭先生是力學所的副所長，楊先生是力學所的黨委書記，他們都感到近年來分配到力學所的大學畢業生使用起來不稱手，北大的偏理，清華的偏工，而急切需要的是介于兩者之間的科學技術工作者，也就是需要一批介于科學家和工程師之間的人才。”（頁460）因此，利用中國科學院的自身優勢創辦一所培養理工結合的尖端科技人才的新型大學，是中國科學院許多科學家們的共同期望。

從這兩點來看，中國科學技術大學的建立并非是教育革命浪潮中的即興之作，而是在考慮到當時高等學校人才培養目標和國家對人才需求中間的盲區而建立的一所極具特色和時代意義的新型大學，是錢學森的技術科學思想與國家需求不謀而合所產生的火花。

四錢學森技術科學思想在近代力學系培養模式上的實踐

建系之初，錢學森即按照“技術科學”人才培養思想制訂近代力學系的人才培養目標和培養計劃。在當時的條件下，錢學森提出，“理”的方面要像北大那樣，“工”的方面要像清華那樣的目標。為了實現這樣的目標，在創系過程中的難題如專業如何設置、課程如何開設、甚至任課教師，都有錢學森的意見和建議。錢學森在近代力學系開設了四個專業，分別是高速空氣動力學、高溫固體力學、巖石力學及土力學以及化學流體力學這幾個反映力學學科發展方向的專業。他親自為近代力學系的1958級學生制訂了教學計劃，提出的培養目標是：“一個技術科學工作者的知識面必然是很廣闊的，從自然科學一直到生產實踐，都要懂得。”為此，他從課程設置的多個重要方面做出了與其他高校不同的嘗試。

1.重視理論基礎課與技術基礎課

1959年5月26日，錢學森在《人民日報》發表文章《中國科學技術大學的基礎課》，詳細闡述了學習基礎課的意義、內容和學習的方法。他認為，中國科學技術大學基礎課除了公共基礎課之外，還可以分為理論基礎課和技術基礎課兩個方面，這樣的安排是基于科大力學系的“技術科學”人才培養目標，“科技大學的學生將來要從事于新科學、新技術的研究；既然是新科學、新技術，要研究它就是要在尚未完全開辟的領域里去走前人還沒有走過的道路，也就是去摸索，摸索當然不能是盲目的，必須充分利用前人的工作經驗”。前人的工作經驗即成熟的基礎學科體系。“中國科學技術大學是為我國培養尖端科學研究技術干部的，因此學術必須在學校里打下將來作研究工作的基礎”，新科學、新技術的研究要求“理工結合”的人才，理論和技術并重是力學系課程的一大特點。

以高速空氣動力學和高溫固體力學兩個專業為例（表1），兩個專業的基礎課內容和學時是一致的，主要分為基礎理論和基礎技術兩個部分，基礎理論主要包括高等數學、普通物理和普通化學。強調基礎學科，是因為力學作為技術科學中的典型學科，是根植于基礎學科之上的，主要是以物理學的基本理論為指南，以數學為研究工具的，物理學為力學提供了最基礎、最根本的原理，而數學是力學研究中不可或缺的工具與手段，技術科學是工程技術的理論，有它的嚴密組織，研究它就離不了作為人們理論工具的數學，這個工具在技術科學的研究中是非常重要的，每一個技術科學的工作者首先必須掌握數學分析和計算方法。因此，在科大建校的第三次系主任會議時，就重點討論了關于基礎課學時的分配問題，高等數學分兩個類型：第一類型學習兩年半，430學時；第二類型為一年半計260學時，力學系即與應用數學和計算技術系等系一起被歸為第一類型中。從高速空氣動力學和高溫固體力學兩門學科來看，復雜的化學變化現象也是要被充分考慮的學科。特別是在尖端工程技術的發展的過程中，力學工作者為了能解決生產中提出的問題，需要充分利用目前物理，化學上已有的成果，要掌握這些新的力學分支是與良好的數學、物理、化學知識基礎分不開的。考慮到實際工程問題是復雜的，往往涉及到多學科，因此，為了從中提煉和研究工程科學問題，研究者必須具備廣博而扎實的基礎科學知識。

基礎課的另一個方面是基礎技術課，包括工程設計技術（機械制圖、機械設計）、實驗技術（電工電子學、非電量電測）和計算技術（計算方法、電子計算機）。錢學森認為：“在新科學、新技術的研究工作中，常常要設計比較復雜的實驗裝置，例如研究高速氣動力問題就得有超聲速的風洞，研究基本粒子物理就得有高能加速器了要設計這些設備就不能用敲敲打打的辦法，必需進行比較正規的技術設計。因此基礎技術的訓練就非常必要了。”機械制圖和機械設計、實驗技術和計算技術皆是工科學生最基本的訓練，是工程實施的工具，如物理、數學之于理科研究一樣道理。因此，只有掌握了工程技術的基本工具，才能在應用基礎科學知識解決工程科學問題中考慮到實際工程問題，從而使實驗數據不僅僅停留在實驗室，在實際工程中發揮其作用。尤其是錢學森提到的“在尚未開辟的領域里走前人還沒有走過的路”，在探索的道路上無人領航，那么尖端儀器、設備都需要自己獨立設計、研發和制造，這就需要工程技術知識的支撐，這也是創新人才所必備的條件。

這兩類都包括在中國科學技術大學的甲型公共基礎課之中，在前三年的時間，主要是以基礎課為主。從學時上來看，公共基礎課占總學時的一半，而基礎理論和基礎技術兩類課程都占較大比重。與綜合類大學的力學系如北大數學力學系，和多科性工科學校如清華大學工科專業相比，科大力學系的基礎理論課要比以工程設計為主的清華大學相關學科課時量大，而基礎技術課又遠超過以數理計算為重點的北京大學數學力學系，體現了“技術科學”教育思想中有別于基礎學科和工程學科人才培養的“理工結合”的課程安排特色。

2.重視專業課與國防科研重點的需求結合

專業課的學習時段，從三年級下學期開始成為重點。全系必修的有工程力學（含材料力學）、理論力學、火箭技術概論，再加上各個專業的特殊專業課程（總計約800學時）；在當時而言，這些新專業在國內其他高校都沒有開設過，因此如高速空氣動力學等專業的課程設置都是實驗性的嘗試。從課程設置上，可以看出錢學森在為力學系各專業安排課程時注意從以下幾個方面考慮與國防科研重點需求的結合：一是強調專業課程的前沿性，錢學森親自設置并講授了《火箭技術概論》，這門課程在當時來說無疑是非常前沿的。通過這門課的講授，讓學生了解到所學之將來的應用領域，以最為前沿的國家科研重點激發學生們學習基礎知識的熱情。

二是既有公共專業課，各個專業亦各有側重，比如高速空氣動力學專業，由于十二年科學規劃中有噴氣和火箭技術的建立的規劃需求，其中的高超聲速問題是火箭技術中的一大難點，近年來高速飛行器的飛行速度已經突破了聲速的限制，在氣流接近聲速的情況下，氣體的壓縮性便開始顯現出來，這就使問題比低速情況下要復雜得多。到了超聲速，氣流就要產生激波，當飛行器以超過十倍聲速的速度前進時，飛行器周圍的氣體的溫度將高達幾千度甚至一萬多度，這時候一部分空氣分子便會產生分離及電離，在分離及電離的情況下，飛行器的固體壁與周圍空氣的熱交換如何進行是一個具有重要實際意義而至今尚待研究的問題。因此，在專業設置中，高超聲速空氣動力學是一門重點課程，為進一步研究高超聲速問題做準備。又如高溫固體力學專業，當時的火箭技術、原子能工業、動力機械中都會遇到不少固體在高溫情況下的強度問題，比如如何解決發動機燃燒溫度的問題從而提高噴氣速度，如何控制超聲速飛行時飛行器的表面溫度過高、原子核反應堆中的構件溫度過高所產生的問題。由于固體在高溫下的力學問題與一般溫度下的問題不同，因此，高溫固體力學專業開設了熱應力專題、高塑性力學、固體力學等課程。

三是倡導交叉學科的發展，錢學森對專業課程的設置也有意識地引導學生在更寬的學科領域內獲取知識，比如固體力學專業需要修習空氣動力學課程，但又比高速空氣動力學專業所修習的空氣動力學課程要簡單和寬泛一些。

四是由科學院的研究員和該領域的專家授課，如郭永懷開設了粘性流體力學、林同驥開設了高超聲速空氣動力學、李敏華開設了塑性力學、胡海昌開設了桿與桿系，夾層板結構專題兩門課程等，這些專家都承擔著國家最前沿的科研項目，對學科的知識體系都有比較成熟和特有的看法，對待解決的技術問題有著深刻的認識。他們的授課讓學生能夠接觸到該專業領域最前沿的研究成果和困境，如果結合自身所學和專家的啟發，就能以最快的速度進入前沿科學研究領域（表2）。

3.重視傳授理工結合的精髓和方法

錢學森認為，雖然自然科學是工程技術的基礎，但它又不能包括工程技術中的規律。而從技術科學的研究方法來看，也是自然科學與工程技術研究方法的綜合。但是，要把自然科學的理論應用到工程技術上去，并不是一個簡單的推演工作，而是應該做科學理論和工程技術的綜合工作。因此，有科學基礎的工程理論既不是自然科學也不是工程技術，而是兩部分有機組織的總和。結合他自身在麻省理工學院和加州理工學院的經歷，他認為，麻省理工學院的培養模式是把基礎理論與專業技術割裂開的，前兩年是按照培養科學家的模式，而從第三年開始又變成了培養工程師的模式。因此，在近代力學系的課程設置中，錢學森刻意強調了如何做到真正的“理工結合”。如在參考書的選取上，《理論力學》補課課程采用錢學森建議的馮·卡門和比奧合著的《工程中的數學方法》作為參考書。這本書在方法上采取的是選取實際的、具有代表性的工程問題，并且通過解決這些問題來表明如何學習應用數學（頁180-197），從而引導學生運用科學規律和恰當的數學方法計算求解，得出具體的數據結果，然后和事實觀測數據對比，以檢驗建立的工程技術理論是否正確Ⅲ。換句話說，這本書代表了技術科學的教學理念：從實際問題出發，用數學方法解決實際工程問題，即傳授“實際——理論——實際”的研究方法的精髓。

同時，錢學森十分強調技術科學家要對工程技術有足夠的認識與理解，要求學生學習有關的工程技術知識，并與工程師交朋友，要與他們有共同語言，要有工程觀點，對工程問題要有數量的概念。這些能力都要從學習領會工程設計原理和實踐的過程中逐步獲得。因此，在錢學森的支持和指導下，科大力學系在結合產學研結合和大搞群眾科學運動的社會風潮成立了以學生為主要參與者的火箭研制小組，并將研制成果運用到了實際生產中，作為降雨催化劑的運載工具，成功實現了人工降雨（頁36）。在這一過程中，產學研結合并未流于一場運動，而是實實在在地為生產所服務。并且，借此培養了學生理論聯系實際的能力，從而在畢業以后能夠較快地在適應科研崗位的需求。

錢學森對科大力學人才的培養傾注了大量心血，多次就近代力學系人才培養的方方面面撰寫介紹，提出指導性意見或建議，如“力學和力學工程系介紹”“力學的現狀及其發展方向”“中國科學技術大學里的基礎課”“科學技術的研究工作和外文”“1961年在中國科學技術大學報告的提高”“談談工作與學習”“近代力學的內容和任務”“如何做好畢業論文”以及“在近代力學系畢業論文導師會上的發言”等。僅從標題就可以看出，錢學森從第一屆力學系招生開始，便悉心照料、伴隨著學生們的成長，這也是中國科學技術大學近代力學系建立過程的見證，足可反映出錢學森對中國科大力學系建設的深刻影響。

五錢學森技術科學人才培養思想在當代的價值

1964年1月，延期畢業半年的科大近代力學系1958級學生開始分配派遣。從分配方案看，將近三分之一的同學分配到中國科學院力學研究所，三分之一的同學分配到國防科研系統，其余三分之一的一半分配在部隊，另一半分配在中央與省市機關或留校任教。第一屆近代力學系畢業生留校同學有21人，其中4位在學校機關工作，另有17名在近代力學系里任教，較好地滿足了各教研室、實驗室在籌建過程中對專業人才的急需。在1958-1960級力學系各專業方向的學生中，先后走出了10多名科技將軍、7名中國科學院院士和中國工程院院士（表3）以及許多國內外的知名教授、學者，不負錢學森當年“上天攬月、下洋捉鱉”的期望，他們在各個領域獨當一面，成績斐然。

應該說，中國科學技術大學是錢學森傾注精力最多的高校，他從加快我國航天事業后備人才培養的戰略高度出發，實踐了其“技術科學”人才教育理念，即科學和工程相結合，培養能適應不斷變化的工程技術前沿的、具有良好的自然科學基礎和領導能力的研究型工程師。回顧這段建系歷史，可以發現在當時的高等教育培養目標下，在以專才教育理念為主的時代里，強調“理工結合和通才教育的培養模式”是極具探索精神的，而事實也證明這樣的探索在科研型人才的培養上是成功的。

縱觀21世紀的科技發展，人工智能、清潔能源、無人控制技術、量子信息技術、虛擬現實以及生物技術等新興技術逐漸成為科技發展主流。現代科學技術本身衍生出來的需求和研究領域的交叉，進一步地推動了科學和技術的深度融合，“技術科學”的思想從科技發展的各個方面得到了驗證。從人才需求的角度來看，培養理工結合，寬口徑、交叉學科的人才，不僅是對尖端技術領域的前沿性學科，對工科學校的影響也非常明顯。近些年來提出的“卓越工程師”培養計劃以及“新工科”，都是在看到傳統的理科和工科已不足以應對時代變革之后做出的調整。歷史已證明，錢學森技術科學思想是適應科技發展的趨勢的，回顧錢學森與科大近代力學系建立和初步發展的過程，結合現代科技發展的趨勢和高等教育改革的方向，可以得到以下啟示：一是高等教育仍要從世界科技發展的趨勢和國家需求出發。目前來看各個學科的壁壘正在逐漸被打破，只有結合科技發展的趨勢和國家的需求，才能形成人才培養方向的指示牌。二是既要重視基礎科學，也要注重理工結合。在探索新科學、新技術的無人區域方面，基礎科學是摸索過程中的指南針。三是要培養學生理論聯系實際的能力，也就是從實際問題出發，運用理論建立模型，再將其應用到實際問題之中的能力。

有幸的是，在錢學森的“技術科學”人才培養思想的探索下，中國科學技術大學近代力學系成為了“理工結合”型人才培養教育理念探索的排頭兵，中國科學技術大學其他各系科也受其影響，在培養復合型科技人才方面取得了豐碩的成果。在中國科大建校五十年時，錢學森曾提出希望科大能夠培養“世界一流科學家和科技領軍人才”。在中國科大建校六十年之際，學校再一次強調和深化了理工結合的培養理念，堅持“基礎寬厚實，專業精新活”的培養特色，推行大類教育、專業培養的“2+x”培養模式，形成了具有科大特色的一流科技創新人才培養體系，離錢學森的期望又近了一步。