以社會需求為導向倒推人才培養定位

楊坤 趙同彬 譚濤 房凱 尹延春 邱月

摘要：隨著科技的發展，社會需求發生了巨大變化，企業需要工程技術人員具備能夠為其提出硬件改進及優化思路建議的能力，而這種能力依賴于畢業生具有對工程問題評價預測的能力。而評價能力的培養本應該被包含于工程力學專業課程體系中的，但卻被長期忽視了。本文以社會對工程力學人才需求為導向，倒推對在校生的培養定位，重置數值模擬課程體系，促進學生建模、計算、評價、建議四方面能力的協調發展，從而打造具有專業特色的教學課程和教學資源。

關鍵詞：社會需求；數值模擬；課程體系；工程評價；優化建議

中圖分類號：G646 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）42-0036-03

一、社會對工程力學人才的需求定位

社會經濟及企業發展是以盈利為目的的，具備將計算結果轉化為改進硬件或建議優化方案思路的能力，這是企業所需要的。因此，要在激烈的競爭中立于不敗之地，就要有符合企業需求的人才培養定位，如圖1所示。為此，本文以工程力學人才社會發展需求及出口反推對在校生的培養定位為出發點，根據建模分析評價的方法論，充分發揮山東科技大學力學專業培養特色，重新設置符合社會發展需求，真正反映本專業專長的數值模擬課程體系，促進學生建模、計算、評價、建議四方面能力的協調發展，從而培養學生解決其他專業解決不了的工程力學問題的能力，打造具有專業特色的教學課程和教學資源，提供專業生存和可持續發展的根本保證。[1]

二、目前工程力學專業數值模擬課程體系設置存在的弊端

在當今科學研究中，數值模擬計算已成為與科學試驗、理論研究相并列的三種重要方法之一。對于工程力學專業學生來說，扎實的計算能力在其未來的學習和工作發展中是不可或缺的基礎專業素質[2]。

力學專業的傳統優勢是計算其他專業解決不了的問題，但隨著計算硬件條件的提高及商用數值模擬軟件的普及，這一優勢已蕩然無存。力學畢業生的發展空間在哪里？力學中真正能夠屬于自己或者有別于其他專業的專長課程是什么？對學生各種能力的培養及考核標準如何制定？這些問題受到教育部門及企業單位的重視，同時也向傳統的教育模式發出了挑戰，而解決的前提是搞清楚社會經濟要求力學人才具有何種能力。

隨著科技的發展，社會需求發生了變化，企業需要工程技術人員具備能夠為其提出硬件改進及優化思路建議的能力，而這種能力依賴于畢業生具有對工程問題評價預測的能力，而評價能力的培養本來是應該被包含于力學課程體系中的（是力學方法論中的一環），但卻被長期忽略了。

目前國內力學專業的數值模擬課程體系設置存在以下三點弊端。

1.對建模、計算、評價、建議四方面的能力培養只偏重于計算能力方面，而對工程問題的提煉以及力學模型的訓練、結果的評價預測、根據企業需求轉化為優化建議等方面很少或基本沒有涉及。

2.課程內容的設置幾乎全部是正向思維，即給參數，求結果。但實際上很多企業需要的人才必須具有逆向思維能力，即給出結果需求，找出設計參數。

3.學生過分依賴數值模擬軟件。對工程問題進行數值模擬的正確步驟應該是首先通過理論來大致判斷結果，然后借助數值軟件來進一步細化、驗證和尋優。但目前學生在學習的過程中只會依賴商用軟件計算，而對其所計算結果的正確與否沒有概念，更談不上評價及建議了。

三、國內外其他高校數值模擬課程設置研究[3]

國外數值模擬比較普及，且在汽車制造業、航空航天等部門實現了工業應用。美國猶他大學工學院、加拿大多倫多大學、英國帝國理工學院等世界頂尖大學在力學學科的數值模擬課程設置上，都非常重視學生的基礎理論學習能力、建模能力以及解決實際工程問題的能力，這樣的培養環節貫穿于他們整個教學過程的始終。

近幾年，國內在數值模擬課程教學方面的研究也有一定的成就。唐春安教授在東北大學進行了很多嘗試，取得了不少成果，如討論了傳統巖石力學課程教學的局限性，利用他們自主研發的RFPA軟件對巖石力學實施數值模擬實驗進行輔助教學。隨后，西安交通大學等高校紛紛開展了數值模擬課程。但對于力學專業的數值模擬課程在我國尚處于起步階段，其課程體系、授課模式等基本問題還有待于完善。同時由于對數值模擬教學的重要性認識還不夠，在學生培養過程中疏忽理論分析與數值模擬結果的相互驗證，使得學生在畢業論文撰寫和答辯過程中會暴露出其力學基礎單薄、缺乏合理建模能力、評估預測能力及提出優化建議的能力的不足。

四、工程力學專業數值模擬課程體系重構

（一）課程體系重構內容

根據社會經濟發展的客觀需求，當前企業對高校人才的培養工作提出了更高的要求。力學學生數值模擬課程體系應主要包括下圖中的前三個環節，并適當涉及第四個環節，才能滿足社會需求，如圖2所示。而目前課程設置的范圍集中在第二個“分析計算”環節，因此要為我們培養的人才找到社會出口，必須根據建模分析評價的方法論以及工程需求的層次性，重新設置課程體系和內容。[4，5]

1.以山東科技大學工程力學專業“大巖土”為特色背景，從現場搜集第一手資料，如煤礦工程的巷道失穩、沖擊地壓、突水等問題，建設“工程有限元軟件應用”案例庫，開設對應課程，培養學生由工程問題提煉力學模型的能力。建模需要一定的工程經驗，應該在課程體系中得到體現，從某種意義上講，善于計算必須首先善于建模。

2.增設注重機理及評價思路培養的課程。關于“評價預測”能力的培養，無論思路還是方法，均與現行課程體系中已經開設的“分析計算”類課程相差甚遠，需要補充材料破壞或結構失效機理研究類的相關課程。

3.根據企業需求，增設數值模擬中由結果找參數的反分析逆向思維培養課程。目前高校大部分課程設置都是正向思維培養，即給參數，求結果，但實際上很多企業需要的人才要具有反分析能力，即給出產品現狀，通過分析計算找出影響因素，進而提出改進硬件或建議優化方案思路。

4.跟蹤國民經濟發展需求及專業技術領域發展前沿，優化整合數值模擬課程合理的知識結構體系。制定分層次、階段性的數值模擬課程安排，夯實學生應具備的基礎理論和基本能力，因為學生未來在數值仿真計算方面的發展程度，很大一部分取決于在學校時對基礎力學課程的理解程度。[6-8]

（二）課程體系重構目標

1.基于“工程有限元軟件應用”典型案例庫，形成面向工程力學專業的特色教學課程，豐富學生的建模經驗，突出善于計算必須首先善于建模的工程需求層次性。

2.增設材料強度類、工程反分析類、企業數值仿真工程師專業講座類課程，彌補目前課程設置中缺乏“工程評價預測能力”及“為企業提出優化建議能力”的培養模式缺陷，突出“解決工程中力學問題能力的關鍵是評價建議”的理念。

3.構建數值模擬課程合理的知識結構體系，將其整理為分層次、分階段的三部分，在實際教學中循序漸進地實行，突出力學基礎知識的重要性。[9-11]

五、結論

高校對人才的培養必須以社會出口為導向，這樣才能實現專業的可持續發展，本文以企業對工程力學人才的專業需求為出發點，倒推了對在校生的培養定位，為進一步探索并構建合理的數值模擬課程體系提供了依據。

參考文獻：

[1]以社會需求為導向推動新一輪高等教育改革[J].中國地質教育，2009，（4）.

[2]劉春鳳，楊愛民，馬醒花.研究生課程《數值分析》的教學改革[J].河北理工大學學報（社會科學版），2010，（3）：73.

[3]彭宇.國內外大學力學學科碩士研究生課程體系比較[J].教育現代化，2015，7（2）：44.

[4]許金泉.當前工程力學專業課程體系設置及教改中的一些問題.中國力學學會學術大會，2009.

[5]程國強，楊坤，趙同彬.力學專業數值實驗課程的知識體系及教學模式初探[J].科技視界，2013.

[6]曾國偉，磨季云，李欣宇.工程力學專業有限元教學及其實踐的教學改革探索[J].教育教學論壇，2015，（48）：113.

[7]田能瑾，鄧小青.面向21世紀的力學實驗教學改革[J].實驗室研究與探索，2001，（12）：12.

[8]劉春鳳，何亞麗.數值分析課程的教學改革研究與實踐[J].河北理工大學學報，2006，（8）：118-120.

[9]楊坤，趙同彬，程國強，工程類課程的“微課”教學模式創新與實踐-參加全國首屆高校教師微課比賽的思考[J].中國地質教育，2014，（6）.

[10]楊坤，趙同彬，程國強，房凱.工程力學特色專業背景下人才培養模式的探索與實踐——以山東科技大學工程力學專業為例[J].科教文匯，2015，（1）.

[11]朱術云，李小琴，樸春德，孫強.實例教學法在“巖土工程數值分析”課程中的應用探討[J].中國地質教育，2015，（04）：111.