深化科教融合與產教協同提升力學專業實踐教育的實效性

摘 要：科教融合和產教協同有助于激發學生的創新精神和創新思維，培養他們的綜合能力。在習近平總書記關于實踐育人的重要論述的指導下，上海大學力學學科繼承與發揚錢偉長先生的教育理念，以“寬口徑、厚基礎、求創新、重實踐”為指導思想，逐步完善課程進階遞進、多元融合、產學協同的實踐育人模式。積極開展科教融合，將最新的科研成果融入教學內容，使課程內容更加前沿、實用，提高教學的針對性和時效性。產教協同育人，為學生提供了更多實踐機會，幫助他們將理論知識轉化為實踐能力，從而提升學生的實踐能力和職業素養，并推動力學專業實踐教育質量不斷創新發展，培養出既掌握深厚專業知識，又秉持正確價值觀的高素質力學人才。

關鍵詞：科教融合；力學專業；實踐教育；創新能力；社會責任感

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）34-0097-04

Abstract： The integration of science and education and the collaboration of industry and education contribute to stimulating students' innovative spirit and thinking， as well as cultivating their comprehensive abilities. Guided by Xi Jinping， General Secretary of the CPC Central Committee， with important statement on practical education， Shanghai University's Mechanics subject inherits and develops Mr. Qian Weichang's educational philosophy， which is broad scope， solid foundation， pursuit of innovation， and emphasis on practice. It has gradually improved the practical education model featuring progressive curriculum advancement， diversified integration， and industry-academia collaboration. By actively promoting the integration of science and education， the latest scientific research achievements are integrated into teaching content， making the curriculum more cutting-edge and practical， which can improve the pertinence and timeliness of teaching. The collaboration between industry and education provides students with more practical opportunities， helping them transform theoretical knowledge into practical abilities， thereby enhancing their practical skills and professional qualities. Those also promote continuous innovation and development for the quality of practical education in Mechanics major， cultivating high-quality talents who not only possess profound professional knowledge but also uphold correct values.

Keywords： integration of science and education; collaboration of industry and education; practical education; innovation ability;social responsibility

黨的二十大報告強調了教育、科技、人才是全面建設社會主義現代化國家的基礎性、戰略性支撐。必須堅持科技是第一生產力、人才是第一資源、創新是第一動力，深入實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略，開辟發展新領域新賽道，不斷塑造發展新動能新優勢[1]。高校作為教育、科技和人才的交匯點，其科教融合、產教協同，培養實踐型人才十分重要[2-4]。

作為高校體系中的二級學院，需要堅持以習近平新時代中國特色社會主義思想為指引，圍繞立德樹人根本任務，把提升實踐育人實效作為學科建設的重點任務。通過科教融合，產教協同，不僅致力于傳授深厚的學科知識，更要著力于實踐教育的深化與拓展[5-7]，有效激發學生的創新潛能與實踐能力，培養出既有深厚專業素養，又具備高度社會責任感與創新精神的力學人才，為中國式現代化貢獻智慧與力量。

一 研究背景與意義

力學，研究力、運動和介質及其相互關系，不僅限于機械運動，還涉及與物理、化學、生物運動等現象的耦合。因此，它在多個工程領域如機械、土建、航空航天、船舶、水利、生物、能源、化工和材料等都有廣泛應用。在科學技術和新質生產力崛起的背景下，力學發揮著重要作用。

中國科學院院士錢偉長先生創立了上海大學力學學科。學科秉承為國民經濟建設服務的宗旨，強調從實踐中提煉問題，上升到理論高度來認識，將所獲得的成果回到實踐中檢驗和完善的學科建設理念。同時，錢偉長先生強調在出高水平學術成果的同時，需要培養學生的動手能力、自主性和創新能力。

面對力學領域新技術、新方法的不斷涌現，力學專業的實踐教育需要緊跟時代步伐和需求不斷推進，并逐步形成多方位、多層次的教育體系，以滿足不同階段學生的學習需求和目標[8-9]。在課程設置上，學科緊密結合通識教育、學科基礎、專業核心及實踐環節，不僅傳授扎實的力學理論知識，而且引導學生參與科研項目、各類競賽等活動，激發他們的創新熱情和創新潛能，使他們在實踐中不斷探索。同時，加強跨學科融合，促進力學與其他工程學科之間的交流與合作，拓寬學生的知識面和視野。注重將價值觀教育融入力學專業的實踐教育中。通過課程融合、實踐教學、校園文化活動等，讓學生在實踐中感悟、在探索中成長，培養學生的社會責任感、提高他們的綜合素質和創新能力[10]。

二 構建精細化的力學課程體系

在深化教育內涵過程中，教育不僅僅是傳授知識，更重要的是讓學生具備將知識應用于實踐的能力。通過實踐，學生可以更好地理解理論知識，掌握實際技能，從而在未來的工作和生活中更好地發揮作用。

上海大學力學學科的本科專業——理論與應用力學，是首批國家級一流專業建設點。學科的研究生階段的教育，依托四個二級學科方向，設計了核心課程與選修模塊的矩陣，確保學生都能在堅實的理論基礎上，掌握前沿的計算方法與實驗技術，培養獨立從事科學研究的能力。

從本科的啟蒙筑基，到碩士、博士階段的深研精造，學科的課程體系如階梯層層遞進。圖1給出學科培養目標和課程體系，既穩固學科知識的根基，又激發科研創新與探索未知的潛力，努力實現知識、能力與品德的全面發展。

圖1 不同階段學生培養目標和課程體系

以力學與實踐課程為例，探索進階式的專業實踐的教學路徑。本科階段，該課程作為與人工智能內容銜接的實踐課程，教師采用案例教學、情境教學等多元化教學方法，引導學生在解決實際問題的過程中，深化對算法的理解和應用能力，如激波、方腔流等復雜現象，引導學生深入探索并應用人工智能算法進行編程訓練，培養學生具備較為扎實的力學基礎和初步的人工智能知識，讓學生在實際操作中掌握人工智能算法在力學研究中的應用。研究生階段，深化專業實踐。課程進一步升級為綜合性的實踐平臺，要求學生完成從選題、研究設計、實驗方案到數據分析、課程小論文撰寫的全過程。研究生圍繞研究領域，根據教師設置的要求，提升文獻調研、研究方案制定等能力。同時，實踐教學注重跨學科融合，學生融合不同學科的研究方法，分析復雜問題。結合學術道德和科研誠信教育，引導學生關注科研倫理和社會責任，培養學生的科研規范和道德自律能力。

三 多元化、多方位探索專業實踐育人

（一） 科研成果轉化為教學內容，豐富專業實踐育人的內容

文中以人工智能與計算力學課程群建設為例，探索將前沿科研成果轉化為教學內容的實踐育人模式，取得了較好的成效。

提煉科學前沿進展和重大科研項目中的科學問題融入教學中，以提升課程的高階性、創新性和挑戰度。如將衛星帆板結構設計優化和3D打印引入有限元及其應用課程，將航空發動機的流場分析、計算引入空氣動力學課程，將人工智能算法引入湍流計算，在力學信息學課程中引入物理信息神經網絡和因果推斷作為教學內容。深度學習及其工程應用課程專注于深度學習的基礎理論與工程實踐，涵蓋了深層神經網絡、卷積神經網絡等前沿知識，并通過實際案例分析，強化學生的算法理解與開發能力。數值方法課程作為銜接理論與實踐的橋梁，該課程詳細講述數值計算方法及MATLAB應用，特別融入了簡單的人工智能算法，旨在提升學生編程與數值分析能力，培養其解決科學問題的能力。

以國防軍工重大科研項目中的科學工程問題為牽引，完善計算流體力學課程教學內容。如針對機翼湍流問題，開展計算流體力學的有限體積法、邊界條件、控制方程、差分格式和誤差分析等內容教學；針對飛行器輕量化和高強度結構設計，開展有限元法網格劃分、剛度矩陣、結構加載、破壞分析和結構優化教學。通過挑戰性項目與實戰編程，培養了學生的創新思維、邏輯思維及解決問題的能力。同時，課程融入思政元素，激發了學生打破技術壟斷、推動國產軟件發展的使命感。

通過人工智能與計算力學課程群的建設與實施，豐富了教學內容，更顯著提升了學生的實踐能力、創新思維及社會責任感，實現了科研成果向教學成果的有效轉化。

（二） 基于專業實踐教育基地，構建價值觀引導機制，擴展育人功能

1 專業實踐教育基地

學科積極開拓實踐教育基地，與中國商飛上海飛機設計研究院、中國空氣動力研究與發展中心、上海核工院共同建立了上海大學飛行器氣動與噪聲實習和實踐基地，為開展產教融合和實踐教育提供支撐。推進產學合作平臺，與中建八局、七局，艾郎風電等建立實踐基地，提升服務社會能級。

強化實踐基地聯動，打造高質量實驗教學體系：積極聯合多方力量，建立高水平的實踐教育基地，旨在通過加強實驗、實習與實訓等關鍵環節的教學質量，為學生搭建起從理論到實踐的橋梁。同時基于學科的科研平臺，上海市力學信息學前沿科學基地、上海市能源工程力學重點實驗室、力學國家級實驗示范中心（上海大學）等，通過引入綜合設計型實驗與個性化創新實驗項目，激發了學生的探索欲望和創新潛能，提升他們的綜合實驗能力和動手能力。針對力學專業的實踐性及跨學科融合性特點，在價值引領方面進行深入實踐。通過課程內容、方式的深度整合，使價值觀教育有機融入每一個教學環節，讓學生在掌握專業知識的同時，深刻理解并認同社會主義核心價值觀，實現專業技能提升與價值觀塑造的雙重提升。

2 推進導師制工作

在深化力學專業實踐教育的過程中，構建多維度的價值觀引導體系，促進學生形成正確的價值觀和人生觀。學科積極推行導師制工作，選拔一批德才兼備、經驗豐富的教師擔任學生導師。這些導師不僅在學業上給予學生專業的指導和幫助，更在職業規劃、生活上傾注精力。通過定期的個別輔導、課題組討論以及生活關懷，導師們以自身的言行舉止為榜樣，傳遞正能量，引導學生樹立正確的價值觀和人生觀。同時，導師帶領學生參與科研活動和社會實踐，培養學生的實踐能力，為他們的未來發展奠定堅實基礎。

導師鼓勵學生積極開展總結，內省于心，外化于行。鼓勵學生定期進行總結反思，對言行舉止、價值觀念進行深入的審視和調整。過程有助于學生更加清晰地認識自己，發現自身的優點和不足。同時，引導學生將反思轉化為實際行動，培養學生自我完善能力和自我發展意識。

通過構建高質量的實踐教育體系、強化教育內容的價值引領及舉辦多樣化的活動，為學生的成長成才奠定基礎。這不僅是對錢偉長先生教育理念的傳承與發揚，更是對新時代高等教育使命的積極回應。

（三） 考核與評價體系的多元化，提升專業實踐育人的成效

通過構建多元化的考核與評價體系，深化力學專業實踐教育與價值觀的融合，提升實踐育人的實效性。

摒棄單一的成績評價方式，采用平時考核、理論考核、項目任務考核等多種方式相結合的多元化考核模式。這一模式覆蓋了學生的知識掌握、技能應用、項目完成情況等多個方面。注重對學生知識轉化和實踐能力的評估。在實踐環節，為學生提供更多的實踐機會和展示平臺，通過組織科研項目、各類競賽等活動，鼓勵學生參加，并引導將所學知識應用于實際問題解決中，培養其提出、分析和解決問題能力。

在考核與評價過程中，關注學生的全面發展，通過綜合素質評價、德育表現等多維度考核，全面評估學生的道德品質、社會責任感及團隊協作能力等方面的表現。

（四） 完善專業實踐育人模式

錢偉長先生鼓勵學生進行自主性學習，自學、到實踐中去學習以及終生學習。同時，強調教師在教學過程中要引導學生學會學習，而不僅僅是傳授知識。通過激發學生的內在學習動力，為終身學習奠定基礎。

學科繼承與發展錢偉長先生的教育理念和科學精神，以“寬口徑、厚基礎、求創新、重實踐”為指導思想培養學生。逐步形成課程進階遞進、多方融合、協同育人的模式（圖2）。在教學模式上進行創新探索，采用課堂講述輔以研討式、項目驅動式等多元化教學方式，激發學生的學習興趣和主動性，提升教學效果。項目驅動式教學，選擇貼近實際且能涵蓋課程教學目標的項目作為教學內容，使學生在完成項目的過程中掌握知識和技能。基于實踐基地為學生提供的實習、實訓等機會，幫助他們了解產業發展趨勢、技術應用場景，了解技術突破和產業升級的瓶頸。舉辦學術講座等活動，結合專業背景介紹力學領域的最新前沿知識和發展史中的創新案例。通過組織專題研討，鼓勵學生提出問題、分析問題并尋求解決方案。在創新創業競賽等活動中，推行開放式教學，鼓勵學生跳出框架思考，通過多角度討論、跨學科項目合作等形式，深度參與學習過程，提升探究能力，促進創新思維與批判性思維提升，培養學生的團隊協作和解決實際問題的能力。

圖2 學科專業實踐育人的模式

四 專業實踐育人成效

力學專業是一個理論學習與工程實踐都很強的專業，2020班級本科學生潘寄予反饋道：“在專業體系上包含數理模塊、力學模塊、計算模塊和實踐模塊等，在課程設置上既注重夯實基礎理論知識，同時又提供了課程項目、聯合大作業等進課題組參與科研的實踐機會。”

近幾年，學科獲得4項教育部產學合作協同育人項目。教師們帶領學生積極參與國家自然“葉企孫”重點項目、國家自然重點項目、國防科工局XX工程、工信部民機專項和大型客機的型號項目等科研任務。

學生們積極參與中國國際“互聯網+”創新創業大賽、中國飛行器設計大賽、挑戰杯、國家創新創業大賽、全國周培源力學競賽和國際大學生工程力學競賽等各類競賽和科創活動，取得了較好的成果。本科生航模隊，參加2023年中國大學生飛行器設計創新大賽，設計報告獲東部賽區一等獎。學生主持國家級大學生創新創業項目“基于捕蠅草快速響應機制的軟體機械手的仿生設計”順利結項；“互聯網+”本科生創意組獲得第九屆中國國際大學生“互聯網+”創新創業大賽上海賽區的金獎（2023年）和國賽銅獎（2023年）。同時，獲得第十四屆全國周培源大學生力學競賽獲國家級二等獎3項、三等獎7項，市一等獎5項、二等獎6項、三等獎13項。第四屆國際大學生工程力學競賽（亞洲賽區）團隊賽一等獎1項、二等獎3項，個人賽一等獎2項、二等獎10項，團體二等獎1項。第五屆上海市大學生力學競賽：特等獎1項、一等獎3項、二等獎4項。本科生項目“振”定自“弱”——先進制造業的減振先鋒，獲得第十四屆“挑戰杯”上海市大學生創業計劃競賽銀獎。

力學學科學生培養質量優秀。2020級理論與應用力學專業畢業班，學生升學率77.3%，分別被上海大學、中國科學技術大學、中國科學院大學、同濟大學、蘭州大學和軍事科學院等國內高校和重要科研機構錄取。3人被美國伊利諾伊大學香檳分校、新加坡國立大學等海外高校錄取，5人簽約比亞迪、上汽通用等企業。班級先后榮獲上海大學“學風優秀示范班”“學生先進集體”，本科生書院“榮譽班級”等稱號。同時，2021年，“專業教育與思政教育融合的力學人才培養：錢偉長育人理念的傳承與實踐”，獲得上海大學教學成果一等獎。2022年“經典閱讀、課程研討、強基成才、固本見功，一般力學博士生培養新模式”獲得上海市優秀教學成果（高等教育類）一等獎。

五 結束語

隨著科技的不斷進步和新質生產力的崛起，對人才的素質要求日益提高，需要具備跨學科、綜合性的知識結構和實踐能力的創新人才。

上海大學力學學科圍繞立德樹人根本任務，不僅專注于對學生專業知識的傳授，更將塑造學生的價值觀視為一項重要使命。為此，上海大學力學學科繼承與發揚錢偉長先生的教育理念和科學精神，以“寬口徑、厚基礎、求創新、重實踐”為指導思想，為學生打造實踐育人平臺。采取一系列措施，包括優化課程體系、改革教學方法、深化價值觀的融入、加強實踐教學以及完善人才評價體系等。同時，跨學科、多維度，完善相關機制來提供保障。

在專業實踐教育方面，以知促行、以行求知，將學習實踐成果與理論體系、實驗技能、科研工作結合起來。以人工智能與計算力學課程群建設為例，積極探索融合與創新。該課程體系的設置分為人工智能模塊、計算力學模塊以及實踐課程模塊，三者相互補充，相得益彰。通過人工智能算法與傳統計算力學理論的相互滲透，以及理論教學與動手編程實踐的深度融合，注重實踐的育人方式，有效地提升了學生針對具體科學工程問題編寫算法程序的能力。

實踐育人，“讓學到的東西落到行動上”。學科逐步完善課程進階遞進、多元融合、產學協同的實踐育人模式，這不僅提升了學生的綜合素質和創新能力，為社會培養出更多具備高尚品德和社會責任感的優秀人才，為國家科技發展和國際競爭貢獻力學專業人才的力量。

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DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.34.023

基金項目：2022年教育部產學合作協同育人項目“橋梁結構模態測試虛擬實驗”（220602054282830）

第一作者簡介：丁玨（1973-），女，漢族，江西南昌人，博士，副教授，碩士研究生導師，學院黨委副書記。研究方向為高等教育、教師思政。