開源力學活水，建設農業大學新工科，助鄉村振興

王正中 李寶輝 李會軍

摘? ? 要：鄉村振興戰略需要跨領域綜合性創新型人才作保障，這既是農業院校中工科專業人才培養的歷史使命，也是農業院校新工科應該瞄準的方向。力學作為工科專業創新人才培養的基礎核心，由于諸多原因其教學還不適應創新人才培養的要求，這影響著農業院校新工科人才培養質量，難以支撐鄉村振興戰略的實施。文章就農業院校中力學專業如何為鄉村振興戰略培養創新人才提出了幾點建議。

關鍵詞：鄉村振興戰略;農業大學;新工科;創新人才培養

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2021）01-0004-03

習近平總書記在黨的十九大上首次將鄉村振興提升到國家戰略的高度，堅持農業農村優先發展，按照產業興旺、生態宜居、鄉風文明、治理有效和生活富裕的總要求，全面建設社會主義新農村。鄉村振興給新時代青年創造了施展抱負奉獻祖國的舞臺和機遇，它是一個巨大的系統工程，涉及到諸多新領域和新行業，需要方方面面的綜合性創新型人才。青年人才培養質量的高低決定著這一戰略目標的實現進程。近年來，“新工科”的概念在全國高校之間大力推行，其目的就是為應對未來新一輪的產業和科技革命，著力培養具有創新創業能力、跨界整合能力和高素質的學科交叉復合型卓越工程科技人才[1]。在當前國際國內形勢下對創新人才的需求比任何歷史時期都更加迫切，只有培養出掌握核心技術的創新人才和未來人才，才能夠在未來的國際競爭中占據優勢，才能實現未來的行業興盛產業繁榮。

“新工科”的本質是面向未來國家發展需求定位創新人才培養，其培養模式并非全國統一，而是面向未來強調多樣化和個性化的需求引領，對于行業高校則要突出學科專業特色，這樣才能百花齊放、百家爭鳴。從這個意義上講，農業院校中的工科就必須瞄準鄉村振興戰略中的各種需求培養人才，而不是照搬其他工科院校或綜合院校的模式亦步亦趨。力學作為工科根基和創新思維的原動力不可或缺，同時力學教學也必須圍繞時代需求和革新發展才能發揮更大的指導作用，筆者結合自身教學體驗和國家戰略要求歸納出以下幾條力學教學及創新人才培養的基本點，以期起到拋磚引玉的作用。

一、提高力學學科地位是農業院校新工科創新人才培養的前提

力學具有基礎科學和工程應用的雙重屬性，它既要研究前沿科學問題又要解決工程實際問題[2-3]，因此，力學學科在工科院校中的作用是有目共睹的，故而力學學科在一流的綜合型大學及理工科大學均處于重要的地位。然而，在農業院校中力學是處于從屬地位的邊緣學科，不僅缺少專門的力學師資而且還缺少必要的實驗設備保障，在農業院校力學的定位是服務專業課及專業基礎課程教學，力學人員鮮有機會參與農業相關課題的研究，也甚少了解涉農工程中亟待解決的工程實際問題，不能在課堂教學中反映最新的工程動態，這是不利于創新人才培養的。力學作為溝通數學與工程的橋梁，從“上九天攬月到下五洋捉鱉”，無一不閃耀著力學的光芒，歷史實踐證明，力學作為人類認識未知世界的有力工具已帶領人類進入了無數個嶄新天地，使人類的認識能力一次又一次躍升，在“天外有天”的認識進程中，從落后走向先進，從與自然抗爭走向和諧共處。可以毫不夸張地說，一個領域的力學滲透程度代表著該領域的現代化水平。鄉村振興最終要實現農業和農村現代化，然而，不可否認目前力學在鄉村振興及農業現代化中的參與度較低，要跨越式發展就必須改變力學從屬學科的現狀，全面釋放這一源頭活水的巨大能量，從而支撐農業工程學科升級及鄉村振興戰略落地。

二、創新力學課程教學組織是農業院校新工科的保障

目前，農業院校力學師資緊缺、力量分散，力學課程教學面臨不少共性難題。長期以來的教學實踐表明，農業院校力學課程教學中的這些問題，如果沒有及時很好地解決會直接影響到工科專業人才創新能力培養乃至整個專業培養目標的達成，導致學生知識結構和創新能力的缺陷。

創新教學組織模式，參考重點開放實驗室的管理模式，以固定人員為核心骨干，流動人員為主要成員，以課程教學任務為牽引，打破校院、院系、教研室界限，打通課程組，組建跨校、跨院系的力學結構類系列課群平臺，加強區域教學研討交流活動。實行循環承擔力學結構系列課程的縱向貫通式循環主講教學模式，使每門力學課程由多人共同承擔，也使每人能循環承擔多門力學結構系列課程教學的開放式教學組織模式。這不僅能解決師資緊缺的問題，而且能打開教師向一專多能方向成長發展的門窗，既能促進實現競爭上崗統一考核，又能使教師更加全面準確掌握系列課程關鍵知識結構的支撐體系，更加明晰系列課程之間的邏輯關系，確保課程內容的合理取舍及課程體系的優化，有利于針對性更強的精準高效教學活動。教學資源組織上，充分利用網絡時代及多媒體條件，組織各種優質力學教學多媒體課件、電子教案和教學軟件，特別是力學教學名師指導、參與教學，共享國際國內優質力學教學資源。在教學方法上，針對抽象的力學理論和豐富的工程實踐，采取生活實例、工程案例引導，第一課堂與第二課堂結合，“板書、多媒體、實驗、MOOC”多手段多層次有機交互、靈活多樣和按需施法的高效教學方法，充分共享網絡時代信息資源與手段，力求以最少的學時取得最好的教學效率和教學效果。

三、培養力學思維是跨行業、跨領域創新人才培養的動力源泉

馬克思說“力學是大工業真正的科學基礎”，力學是科技進步的原動力，力學與工程技術不斷進步相互促進，工程技術進步既牽引了力學發展方向又反哺了力學學科不斷發展，從而使力學與工程技術形成螺旋式共進和跨越式發展。力學思維是“從工程到數學，再從數學到工程雙向互饋的思維方式”，“工程問題力學化，力學問題數學化”的正向邏輯思維過程，體現的是聚焦歸納，從數學到力學，再從力學到工程的逆向邏輯思維過程講求的是發散演繹。這些都是“舉一反三”“觸類旁通”的創造能力培養過程。因此，力學是“新工科”綜合創新人才培養的重要基礎和理論源泉，是實證思維和理論思維的有機結合。新時代鄉村振興戰略賦予了農業院校工科專業的新任務，更應強化力學思維和創新思維的培養;同時，力學又是所有工科專業關鍵理論基礎，必然成為培養跨行業、跨領域創新人才的理論源泉。

但是，目前多數農業院校力學教學仍存在不少困境。從課程特點及教師方面講力學課是基礎課，力學系列課程相對較難，學時多、教學工作量大，而這些課往往是剛進校的非力學科班出身的青年教師承擔，青年教師剛從高校畢業又進高校，本身缺乏實踐經驗，尚且對力學思維理解體驗不夠深刻生動，講課難免就事論事，那又怎么指望其培養出具有力學思維和綜合創新能力的學生呢？從學生及培養方案方面講，農業院校力學課時一再壓縮，不少學生對力學課程興趣不高，考試不及格率極高，而培養方案中有不少挑戰度極低的“水課”，擠占學時也腐蝕了學生刻苦鉆研的學習生態;另外，學生整天處于滿課運行狀態，沒有精力充分領會、涵泳骨干力學課程內容，更無法深刻理解體驗力學思維，強化創新能力培養。

鑒于此，要培養具有跨學科跨行業基礎理論堅實的卓越創新人才，應先解決以下兩個問題。第一，給學生松綁。無關宏旨的“水課”壓縮學時擠干水分，還給學生充分思考的時間和體會力學思想、感受力學原理的自由。第二，力學類基礎課應由有實踐經驗的教授或力學科班出身的副教授來上。教授具有豐富的工程實踐經驗和開闊的學術視野，力學科班出身的副教授功底扎實，入木三分，能夠結合實際深入淺出地講活力學理論與原理，這樣的理論才會有血有肉有生命力，學生自然更感興趣。

四、拓展力學學科內涵是生態宜居新農村建設的科學靈魂

鄉村振興面對的無疑是新問題，新問題必然具有綜合性復雜性，解決問題也必然要有創新性。那么原來只重知識和專業技能傳授的人才培養模式是不能滿足新要求的。因為國家要建設的是綠色環保的新農村，是具有鮮明人文特色和人與自然和諧共生的新農村。那么，在專業知識傳授的同時還必須浸潤以人文情懷和環保理念，這正是近來蓬勃發展的環境力學的用武之地[4-5]，力學學科正在自覺地擴展它的外延與內涵，這是學科活力的體現，正好與鄉村振興的理念要求不謀而合。另外，跨行業是人才培養末端的一種能力，在人才培養過程中必須形成怎樣的知識結構才能具備這種能力呢？筆者認為只有厚基礎的人才才具備此種能力，力學作為工科的根基是每個工科人才必須精通的專業知識。

目前，農村基礎設施建設嚴重滯后，鄉村振興必須加大建設力度。這種建設不同于以往，應該是低能耗的、綠色環保的、與自然協調發展的鄉土型、設施化和現代化新農村。

1.單就農居房屋建筑材料而言，農村普遍使用燒土材料、混凝土材料等，這些建筑材料不可分解，最終會成為建筑垃圾破壞環境。那么，就應該在農村推廣綠色環保的材料與鄉土建筑以及新型和輕型環保的鋼結構、木結構裝配式建筑。這就要拓寬相應的力學課程，增開鄉土建材及金屬和木材力學性能課程，打通力學與結構課程，增加鋼結構、木結構及區域鄉土民居房屋的延伸專題，將這種房屋的建造工業化，工廠生產構件，農戶現場組裝，學校提供組裝培訓。根據地域環境的不同，還需要開發隔熱保溫等輔助建筑材料，這不僅是材料專業的任務而且是力學的任務，因為材料功能的豐富如何影響其力學性能，這是力學要回答的問題。

2.就農居房屋的功能而言，目前農村房屋功能單一，人們更多地追求高和大，造成外觀豪華卻使空間浪費。這里有觀念的原因，但作為房屋設計人員來說，很少為農居房屋提供設計方案，所以農民也沒有選擇的余地。后續要圍繞既具有鄉土特色又具有現代韻味還具備豐富功能的理念設計現代農居房屋[6-7]，將文明鄉風和縷縷鄉愁凝固在空間中。力學應該參與到農居房屋的功能優化與設計中來，在保證安全的前提下追求人文情懷。

3.對于人口分散地區，根據當地氣候條件，研究相應的能量俘獲裝備，將風能、太陽能以及生物物質能加以儲備利用。這一方面會避免電能輸送途中的損耗;另一方面可減少污染物排放，為綠水青山的理想人居環境提供技術保障。風能和太陽能受季節影響隨機性較強，在大力研發能量轉換裝置的同時也需要開發相應的儲能設備以平衡不同時段的能量供應，這里面有大量力學課題亟待開展。生物物質能在農村利用非常普遍，但是大都是粗放式利用，效率很低，要做到真正的綠色清潔關鍵核心問題是如何提高能源轉換效率，這是一個需要生物學、化學和力學等多學科交叉融合才能有望解決的難題。

4.目前，農村勞動力不足且偏老弱化，生產模式以個體種植為主，效率低下。這一方面要求改變生產模式;另一方面，應該加強農業機械化研究以提高農機裝備水平，這正是動力學的用武之地，也是智慧農業的重要特征。我國地域遼闊、地形多樣、氣候迥異、作物多樣，需要設計因地制宜的設施農業及農業機械，不僅要追求農業機械大型化而且要追求靈巧化，這樣才能讓每一片地域的農業都插上智慧的翅膀。以上這些農機設計開發都涉及到許多方面的力學科學問題，然而研制這些農機產品的意義并不局限于農業本身，而且具有藏技于農的軍事意義，是戰爭與和平這對矛盾的統一，是新時代背景下的鑄劍為犁。所以，從這個角度講農業現代化還能夠孕育國防現代化，歸根結底是因為引入了力學這一渠活水。

五、交叉融合力學是現代農村水利建設的技術創新寶庫

農村水利工程在防洪排澇、灌溉供水及維護生態中發揮著重要作用，所以，農業興旺必須依靠水利[8]。當下全球氣候變暖進一步加劇了我國水資源分配不均的程度，加之生態環境惡化、可利用耕地面積持續減少使得農田水利設施建設成為影響農業穩產和國家糧食安全的最大因素，因此要實現農業現代化就只能依靠發達的農村水利工程[9]。相較于高壩大庫，這些水利工程規模小但需要將循環發展和環保理念貫穿始終，因此，農村水利應該是生態水利、環境水利和綠色水利。這將給建設者提出新課題，這些問題的解決有賴于力學與其他學科的交叉融合。

目前，我國農田水利工程老舊失修，灌溉方式粗放浪費，水資源污染嚴重。因此，一方面要建設一批新的綜合性水利工程，不僅僅滿足某一方面的農業需水要求，還有兼顧水資源治理和生態保護作用;另一方面要改變灌溉方法，開發農業高效節水灌溉手段與設備。不論是新工程的建設或者是新設備的開發都需要力學發揮作用，并且要將可持續發展與綠色環保理念融入力學中，本著人與自然和諧共生的最高目標實施工程建設。傳統渠道在輸水過程中損失嚴重，應大力發展防滲渠道和管道的輸水手段以提高水資源利用率[10]，在跨流域調水工程中渠首、渠道、渡槽、倒虹和涵洞等輸配水建筑物及現代灌區建設中都離不開許多水力學、土力學、土壤水動力學、泥沙運動力學、熱力學、凍土力學、散粒體力學和固體力學問題。在節水灌溉的噴灌和微灌等技術上需要開發研制簡單、可靠、節能的灌溉裝備，這些工作都與流體力學、理論力學、材料力學、結構力學和振動力學的理論與原理息息相關。

這些力學問題有的要針對性地開設相關課程，有的要成為研究生課題，總之，要以鄉村振興中將會遇到的實際問題為導向，針對性地培養學生力學素養和以力學思維為核心的創新性綜合性解決問題的能力。

六、結論

力學學科的活水源源不斷、生生不息，這泓清泉已滲透到社會發展及人類生活的角角落落，流經之處天朗氣清、草木蔥蘢，它是實現人類現代文明及科技、產業的大繁榮、大發展的不竭動力源泉，更是鄉村振興戰略和未來農業農村現代化建設的科技支撐。或許在粗放農業時代農業與力學還可以形同陌路、各行其是，但在現代農業、智慧農業時代，農業必將與力學情同手足、深度交融，所以，是時候在農業院校清淤力學這渠活水并釋放其巨大能量了。

參考文獻：

[1]吳瑩，徐志敏，張陵.適應“新工科”人才培養需求的力學實驗教學新模式[J].力學與實踐，2019（41）.

[2]張小鋼，姜華.大連理工大學力學學科發展規律探析[J].高教發展與評估，2020（36）.

[3]楊衛.中國力學60年[J].力學學報，2017（49）.

[4]劉青泉，鄭曉靜.專題：環境力學[J].中國科學：G輯：物理學 力學 天文學，2008（38）.

[5]黃寧.環境力學專題序[J].力學學報，2020（52）.

[6]范澤琳，袁源.鄉村振興背景下的農村住宅改良設計與研究——以湘西地區為例[J].農村·農業·農民，2020（5）.

[7]王偉，楊豪中，李嵐，等.生態建筑技術在新農村建設中的應用[J].西北大學學報：自然科學版，2015（45）.

[8]吳軍安.加快水利工程建設，推動鄉村振興——評《水利，農業的命脈：農田水利與鄉村治理》[J].人民黃河，2020（4）.

[9]倪文進.中國農村水利發展狀況與科技需求[J].農業工程學報，2010（26）.

[10]隋斌，張慶東，張正堯.論鄉村振興戰略背景下農業工程科技創新[J].農業工程學報，2019（35）.