“新工科”建設中力學專業人才培養模式探討

黃林沖 孫鵬飛 梁禹

【摘要】2017年《高等工程教育研究》最新提出的“新工科”的概念，旨在以項目形式對國內工科教育進行改進。目前全國正在進行雙一流大學的建設，也迫切需要力學人才培養模式、優化課程體系的改革。本文針對力學專業的特點，提出人才培養模式優化的思路和方向，概括為課程體系優化、與工程結合、創新精神的培養三點。

【關鍵詞】新工科 力學 人才培養 模式創新

【基金項目】2016年廣東省高等教育教學改革項目、2017年廣東省新工科研究與實踐項目資助。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）01-0236-02

一、引言

當前我國經濟發展正處于結構優化、轉型升級的新常態，經濟增長更趨平穩，增長動力更為多元，協同推進新型工業化、城鎮化、信息化、農業現代化。在此背景下，我國必須要優化工程人才培養模式以適應新環境。2017年第一期的《高等工程教育研究》在《加快發展和建設新工科主動適應和引領新經濟》一文中正式提出“新工科”概念。教育部在《通知》中將“新工科”的主要研究內容歸納為“五個新”，即工程教育的新理念、學科專業的新結構、人才培養的新模式、教育教學的新質量、分類發展的新體系[1]。

力學是各類工程技術的支柱學科，力學專業的建設和發展，充分體現了國民經濟和社會發展的需求。力學類專業屬于技術科學類，是工程技術的基礎。由于相關行業的發展與國民經濟和科學技術的發展同步，因此力學在其中多項技術的發展中起著重要的甚至是關鍵的作用。力學專業的畢業生既可以從事力學教育與研究工作，又可以從事基礎學科的研究工作，還可以從事與力學相關的技術學科的設計和應用工作。因此，力學專業培養人才的口徑寬、社會需求廣。為響應“新工科”的提出，力學專業人才培養應當發展出一套更加合理、穩定、成熟、先進的模式，落實到教育部提出的“五個新”。

二、力學專業簡介

力學是基礎科學，又是技術科學，其發展橫跨理科與工科，與很多行業的結合是非常密切的。其中，與力學相關的基礎學科有數學、物理、化學、天文、地球科學及生命科學等，與力學相關的工程學科有機械、土木、航空航天、交通、能源、化工、材料、環境、生物醫學、船舶與海洋等。

力學類專業的研究方向分支包括一般力學、固體力學、流體力學及工程力學。一般力學主要研究物體的靜止、運動及其動力學規律；固體力學主要研究物體的受力與變形規律；流體力學主要研究流體的靜止、運動，受力及其動力學規律；工程力學主要研究與工程密切相關的力學問題。設置的學科有理論力學，材料力學，結構力學，彈性力學。

三、培養模式的不足

從國外來看，發達國家和地區高等教育中的力學專業經歷了將近一個世紀的建設與發展過程，現已成為一個相對獨立、穩定和成熟的專業。美國斯坦福大學從20世紀30年代就開始設立力學專業。美國現有80多所院校設有力學系，另外很多大學沒有設立力學系，但是諸多工科專業都設置了大量的力學課程[2]。這些課程設置的特點為：加強基礎理論課程，加強文理工科課程的相互滲透，增加實踐性課程，設置綜合性課程以及大量增設選修課程。總之，這些發達國家或地區力學專業都形成了穩定、成熟的人才培育模式和課程體系，值得我們借鑒。

國內來看，我國高校、學者等對力學專業的所屬、培養目標、培養模式、教學計劃和課程體系進行了大膽的改革和大量的研究與實踐，取得了一系列的理論與實踐成果。伴隨著國家教育部對高等學校本科專業目錄的調整，力學專業在課程設置、教學內容和方法等方面，也進行了許多的調整、完善，獲得了巨大的發展。但已有的一些調整和完善相對于“雙一流”建設力學專業的人才培養要求來說，相距甚遠，特別是目前許多高校力學專業執行的本科培養方案基本上還是1998年制定的教學計劃，這套計劃包含公共基礎、學科基礎、專業方向和實踐教學四個模塊，但各模塊課程內容的構成以及比例不夠合理，而且技術類課程基本上是建立在傳統力學技術的基礎上，這種狹窄的力學概念和不太合理的課程設置不適應國內外形勢對力學人才的需要，與現在的力學專業課程體系也存在較大差別。

四、培養模式改革的思路

在大學期間，老師傳授的知識是有限的，而且當前科技飛速發展使知識快速更新換代，大學課堂上學到知識并不一定可以在工作中適用，因此從學生的長遠發展目標來看，大學的教育決不能僅僅是課程內容的傳授，而應更注重方法、思維的培養。在力學學生的職業發展中，力學講授的知識可能并不全面，但其方法論和科學思維會對工程實際問題的解決和創新具有持續引導作用[2]。

1.課程體系優化

課程體系的優化應遵循國家教育部對力學專業所屬、業務培養目標和培養要求的基本規定，以教育部力學專業指導委員會所制定的力學專業教學計劃為基礎，借鑒國內已通過教育部高等教育力學專業評估重點高等院校力學專業本科課程體系的經驗，同時體現出培養面向“雙一流”建設國際化力學人才的要求，提出該校力學專業課程體系的修訂原則；在此基礎上，對原力學專業課程體系進行科學的整合和優化，系統構建新的課程體系微觀結構。通過課程設置模塊化，重新設計課程體系，理順課程間接口，合理確定各課程學時，必修課和選修課的比例，以實現課程體系的整體優化。以主干課程為突破口，編制新的教學大綱和計劃，改革課程內容，編寫或選用優秀教材，做到學時少、內容新、水平高、效果好。強化實踐教學，增加實踐教學環節的時數，建立模擬實驗室。通過課程體系的優化體現力學專業多層次、多方向、學科相互滲透的特點，保證具有力學專業特色的多樣化人才的培養。

具體分為兩步，第一步，根據國際力學市場形勢和我國力學現狀，提出適應“雙一流”建設力學人才培養的新模式，制訂具體的培養措施和方案；第二步，以教育部力學專業指導委員會所制定的力學專業教學計劃為基礎，遵循國家教育部對力學專業所屬、業務培養目標和培養要求的基本規定，借鑒國內已通過教育部高等教育力學專業評估重點高等院校力學專業本科課程體系的經驗，從整體性、發展性、實效性和開放性角度對該校現有的力學專業課程體系進行優化，提出力學專業教學計劃和課程體系改革方案。從整體出發構建力學專業課程體系，提出經過整合與優化的課程體系微觀結構，確保改革后的課程體系必須符合整體性、發展性、實效性和開放性的特征。

課程體系的整體性是把邏輯相關的課程組織起來，形成課程鏈，從系統化的角度進行科學的整合。從高起點上對教學內容進行較大幅度的調整，增加新知識、新科技成果，做到內容既充實豐富、又少而精。使學生獲得全面的分析和解決問題的能力。

課程體系的發展性是指對傳統單一課程的改革，不采取全盤否定的態度，而是批判地繼承和發展。課程體系應始終以培養學生能力為出發點，為學生的成長和個性發展提供良好的平臺，并使學生有機會參與課程體系的實施和評價活動。

課程體系的實效性是指要科學界定和協調理論性內容與實踐性內容的關系。課程體系的理論性內容要授予學生某一知識領域或相關知識領域的系統知識，培養學生多種理論思維與想象力；而實踐性內容旨在發展學生的多種實踐能力，從社會背景或社會生產和生活出發研究問題。只有這樣，才能使學生充分展示其才華并貢獻于社會，才能在較高層次上發揮課程體系的效率而取得較好效果。

課程體系的開放性是指課程體系的設計應使學生容易根據自己需要和興趣獲得某些知識與技能，并積極主動地去規劃自己的學習進程。課程體系設計的宗旨是按照社會的需求向每一個學生提供盡可能多的選擇。應在一個適當的范圍內，允許學生改變某些課程方案，并幫助學生有效地適應這種轉變。學生可以依據自己的學習特點或能力狀況，自由地選擇某些課程的學習計劃。學生既可以在教師的指導下學習，也可以根據自己的需要和可能而不必接受教師的指導，學生只要完成了某課程所要求的學習任務，就實現了其學習目標。

另外，在校期間應多安排學生實踐的課程任務，將理論與實際結合起來，提高學生的動手、動腦能力，也能助于理解所學知識。

2.與工程結合

高校在教育與工程結合方面有許多困難。重學輕術應該是一個世界性高等教育現象，在絕大多數高等教育系統中，學術型機構總比技術型、職業型機構享有更高的社會地位，更受政府、企業、學生及家長的青睞。技術教育、職業教育的地位一直低于學科教育、科學教育，現在明確地將技術型人才當作培養目標的多是職業院校。另外，課程內容更新滯后是課程建設最突出的問題。當前受觀念和資源等多種條件制約，我們的工程課程仍以學科教育為主，與產業的結合有待深入，課程開發周期長，前沿性、實質性內容更新不多，這樣的課程很難適應學科發展和產業升級的要求[3]。

面對這些挑戰，高校應緊跟“新工科”建設的思想潮流，更新教育觀念，完善教師培養機制。

我們常把力學比喻為建立在工程實際與數學理論之間的橋梁，課堂教學中少不了對工程問題進行理論分析的過程[4]，教師應有意識地培養學生對于工程的認知，以理論力學為例，理 論力學針對工程問題，力學模型均有清晰的工程背景。但實際教學情況則是，剛剛步入大學的學生對于工程實際認知較為缺乏，因此在這一環節應有意識地補充和加強。在教學伊始，應該讓學生對眾多工程實例有初步的認識與了解，進而從工程實際出發提出問題和假定，進行力學模型的抽象。在講授每個知識點前，我們采用大量原版教材的實例，鼓勵學生大膽假定，簡化力學模型。通過對實際工程結構力學模型的抽象，不僅培養了學生簡化解決問題的能力，還讓學生認識到力學知識的重要，增加了學習的積極性。此外，在習題設置上，每個力學模型都給出實例，并對求解的結果進行討論，指出理論模型在工程實踐中的意義。通過力學與工程實踐的緊密結合，也為在教學中貫徹科學方法論的策略奠定堅實的基礎。

3.創新精神的培養

對于工科生，創新精神是教育重要的組成內容。培養大學生科技創新能力是時代賦予工科教師的本質要求。同濟大學在面向全校的理論力學教學中，始終以學生創新能力的培養為導向：一方面以邏輯方法為基礎，在課堂教學中灌輸科學方法論的思想；另一方面，積極吸收先進研究理論，綜合多種教學手段，在理論力學教學過程中，注重培養學生健全的人格，鼓勵學生的創新精神，最終實現創新能力的全面發展與提高，一年一度的應用力學競賽，也在引導學生利用理論知識解決實際生活中的力學問題，取得名次的同學則可獲得創新學分的認定[5]。這種創新精神的培養方式值得各地高校學習，當然不可完全照搬他人的方法，以人為本，應材施教才是根本。

力學專業是一項邏輯嚴謹的學科，在注重創新能力提高的前提是要把握好現代完整的科學理論體系，熟能生巧，只有在熟練掌握了科學知識后，體會到其中的精髓，才具有更進一步的可能性，因此，創新能力對于專業知識的掌握程度具有很高的要求，教師應牢牢把握這一點再對教育工作進行升華。其次，要注重團隊。教師可能會太過專注于自己與學生的交流，學生之間的交流也極為重要。在解決一個難題時，往往團隊協作會達到意想不到的效果，這也更符合現代科學發展規律，科技發明的重大突破都是出于某個團隊的協作。

五、結語

教育乃國之根本，切不可一概而語，人人都有各自的思路，各地有當地的習慣，本文在談到力學專業人才培養上只是對培養模式的探討，對教育改革思路的研究，實踐是檢驗真理的唯一標準，對于教育的改進需要在一步步地摸索中前進。

在培養模式的思路上，用課程體系改革、與工程結合、創新精神的培養三點進行概括，實際上三者并非相互獨立，而是互相影響，互相包容的關系，例如課堂上教師在將專業知識與工程進行結合，從另一個角度看，也是一種對創新精神的培養，開闊了學生的思維。當三者融為一體共同作用時，便達到了目的。

我國高校工科教師長期以來普遍將主要精力放在項目研究和論文發表上，將主要時間用于工程教育教學研究者占比很低，盡管近年來這種狀況有所改進，但與歐美發達國家的工科教師對工程教育教學研究的重視程度相比，還存在很大的差距。“新工科”的提出，將非常有利于促進教師對教育研究的重視，這也是一項長期的有意義的事業。

參考文獻：

[1]李華，胡娜，游振聲.新工科：形態、內涵與方向[J].高等工程教育研究，2017，（04）：16-19+57.

[2]吳艾輝.研究型大學工科專業力學課程教學方法創新與實踐[J].力學與實踐，2017，（03）：299-301.

[3]王存文，韓高軍，雷家彬.高等工程教育如何回歸工程實踐——以省屬工科類高校為例[J].高等工程教育研究，2012，（04）：34-39.

[4]馮維明.力學教學中的寬與窄、深與淺[J].力學與實踐，2016，（06）：670-673.

[5]湯可可，王華寧.以創新能力培養為導向的理論力學教學體系探索[J].力學與實踐，2017，（01）：68-70+67.

作者簡介：

黃林沖（1980-），男，教授，從事工程力學的研究與教學工作。