“新工科”建设中力学专业人才培养模式探讨

黄林冲 孙鹏飞 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，旨在以项目形式对国内工科教育进行改进。目前全国正在进行双一流大学的建设，也迫切需要力学人才培养模式、优化课程体系的改革。本文针对力学专业的特点，提出人才培养模式优化的思路和方向，概括为课程体系优化、与工程结合、创新精神的培养三点。

【关键词】新工科 力学 人才培养 模式创新

【基金项目】2016年广东省高等教育教学改革项目、2017年广东省新工科研究与实践项目资助。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）01-0236-02

一、引言

当前我国经济发展正处于结构优化、转型升级的新常态，经济增长更趋平稳，增長动力更为多元，协同推进新型工业化、城镇化、信息化、农业现代化。在此背景下，我国必须要优化工程人才培养模式以适应新环境。2017年第一期的《高等工程教育研究》在《加快发展和建设新工科主动适应和引领新经济》一文中正式提出“新工科”概念。教育部在《通知》中将“新工科”的主要研究内容归纳为“五个新”，即工程教育的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量、分类发展的新体系[1]。

力学是各类工程技术的支柱学科，力学专业的建设和发展，充分体现了国民经济和社会发展的需求。力学类专业属于技术科学类，是工程技术的基础。由于相关行业的发展与国民经济和科学技术的发展同步，因此力学在其中多项技术的发展中起着重要的甚至是关键的作用。力学专业的毕业生既可以从事力学教育与研究工作，又可以从事基础学科的研究工作，还可以从事与力学相关的技术学科的设计和应用工作。因此，力学专业培养人才的口径宽、社会需求广。为响应“新工科”的提出，力学专业人才培养应当发展出一套更加合理、稳定、成熟、先进的模式，落实到教育部提出的“五个新”。

二、力学专业简介

力学是基础科学，又是技术科学，其发展横跨理科与工科，与很多行业的结合是非常密切的。其中，与力学相关的基础学科有数学、物理、化学、天文、地球科学及生命科学等，与力学相关的工程学科有机械、土木、航空航天、交通、能源、化工、材料、环境、生物医学、船舶与海洋等。

力学类专业的研究方向分支包括一般力学、固体力学、流体力学及工程力学。一般力学主要研究物体的静止、运动及其动力学规律；固体力学主要研究物体的受力与变形规律；流体力学主要研究流体的静止、运动，受力及其动力学规律；工程力学主要研究与工程密切相关的力学问题。设置的学科有理论力学，材料力学，结构力学，弹性力学。

三、培养模式的不足

从国外来看，发达国家和地区高等教育中的力学专业经历了将近一个世纪的建设与发展过程，现已成为一个相对独立、稳定和成熟的专业。美国斯坦福大学从20世纪30年代就开始设立力学专业。美国现有80多所院校设有力学系，另外很多大学没有设立力学系，但是诸多工科专业都设置了大量的力学课程[2]。这些课程设置的特点为：加强基础理论课程，加强文理工科课程的相互渗透，增加实践性课程，设置综合性课程以及大量增设选修课程。总之，这些发达国家或地区力学专业都形成了稳定、成熟的人才培育模式和课程体系，值得我们借鉴。

国内来看，我国高校、学者等对力学专业的所属、培养目标、培养模式、教学计划和课程体系进行了大胆的改革和大量的研究与实践，取得了一系列的理论与实践成果。伴随着国家教育部对高等学校本科专业目录的调整，力学专业在课程设置、教学内容和方法等方面，也进行了许多的调整、完善，获得了巨大的发展。但已有的一些调整和完善相对于“双一流”建设力学专业的人才培养要求来说，相距甚远，特别是目前许多高校力学专业执行的本科培养方案基本上还是1998年制定的教学计划，这套计划包含公共基础、学科基础、专业方向和实践教学四个模块，但各模块课程内容的构成以及比例不够合理，而且技术类课程基本上是建立在传统力学技术的基础上，这种狭窄的力学概念和不太合理的课程设置不适应国内外形势对力学人才的需要，与现在的力学专业课程体系也存在较大差别。

四、培养模式改革的思路

在大学期间，老师传授的知识是有限的，而且当前科技飞速发展使知识快速更新换代，大学课堂上学到知识并不一定可以在工作中适用，因此从学生的长远发展目标来看，大学的教育决不能仅仅是课程内容的传授，而应更注重方法、思维的培养。在力学学生的职业发展中，力学讲授的知识可能并不全面，但其方法论和科学思维会对工程实际问题的解决和创新具有持续引导作用[2]。

1.课程体系优化

课程体系的优化应遵循国家教育部对力学专业所属、业务培养目标和培养要求的基本规定，以教育部力学专业指导委员会所制定的力学专业教学计划为基础，借鉴国内已通过教育部高等教育力学专业评估重点高等院校力学专业本科课程体系的经验，同时体现出培养面向“双一流”建设国际化力学人才的要求，提出该校力学专业课程体系的修订原则；在此基础上，对原力学专业课程体系进行科学的整合和优化，系统构建新的课程体系微观结构。通过课程设置模块化，重新设计课程体系，理顺课程间接口，合理确定各课程学时，必修课和选修课的比例，以实现课程体系的整体优化。以主干课程为突破口，编制新的教学大纲和计划，改革课程内容，编写或选用优秀教材，做到学时少、内容新、水平高、效果好。强化实践教学，增加实践教学环节的时数，建立模拟实验室。通过课程体系的优化体现力学专业多层次、多方向、学科相互渗透的特点，保证具有力学专业特色的多样化人才的培养。

具体分为两步，第一步，根据国际力学市场形势和我国力学现状，提出适应“双一流”建设力学人才培养的新模式，制订具体的培养措施和方案；第二步，以教育部力学专业指导委员会所制定的力学专业教学计划为基础，遵循国家教育部对力学专业所属、业务培养目标和培养要求的基本规定，借鉴国内已通过教育部高等教育力学专业评估重点高等院校力学专业本科课程体系的经验，从整体性、发展性、实效性和开放性角度对该校现有的力学专业课程体系进行优化，提出力学专业教学计划和课程体系改革方案。从整体出发构建力学专业课程体系，提出经过整合与优化的课程体系微观结构，确保改革后的课程体系必须符合整体性、发展性、实效性和开放性的特征。

课程体系的整体性是把逻辑相关的课程组织起来，形成课程链，从系统化的角度进行科学的整合。从高起点上对教学内容进行较大幅度的调整，增加新知识、新科技成果，做到内容既充实丰富、又少而精。使学生获得全面的分析和解决问题的能力。

课程体系的发展性是指对传统单一课程的改革，不采取全盘否定的态度，而是批判地继承和发展。课程体系应始终以培养学生能力为出发点，为学生的成长和个性发展提供良好的平台，并使学生有机会参与课程体系的实施和评价活动。

课程体系的实效性是指要科学界定和协调理论性内容与实践性内容的关系。课程体系的理论性内容要授予学生某一知识领域或相关知识领域的系统知识，培养学生多种理论思维与想象力；而实践性内容旨在发展学生的多种实践能力，从社会背景或社会生产和生活出发研究问题。只有这样，才能使学生充分展示其才华并贡献于社会，才能在较高层次上发挥课程体系的效率而取得较好效果。

课程体系的开放性是指课程体系的设计应使学生容易根据自己需要和兴趣获得某些知识与技能，并积极主动地去规划自己的学习进程。课程体系设计的宗旨是按照社会的需求向每一个学生提供尽可能多的选择。应在一个适当的范围内，允许学生改变某些课程方案，并帮助学生有效地适应这种转变。学生可以依据自己的学习特点或能力状况，自由地选择某些课程的学习计划。学生既可以在教师的指导下学习，也可以根据自己的需要和可能而不必接受教师的指导，学生只要完成了某课程所要求的学习任务，就实现了其学习目标。

另外，在校期间应多安排学生实践的课程任务，将理论与实际结合起来，提高学生的动手、动脑能力，也能助于理解所学知识。

2.与工程结合

高校在教育与工程结合方面有许多困难。重学轻术应该是一个世界性高等教育现象，在绝大多数高等教育系统中，学术型机构总比技术型、职业型机构享有更高的社会地位，更受政府、企业、学生及家长的青睐。技术教育、职业教育的地位一直低于学科教育、科学教育，现在明确地将技术型人才当作培养目标的多是职业院校。另外，课程内容更新滞后是课程建设最突出的问题。当前受观念和资源等多种条件制约，我们的工程课程仍以学科教育为主，与产业的结合有待深入，课程开发周期长，前沿性、实质性内容更新不多，这样的课程很难适应学科发展和产业升级的要求[3]。

面对这些挑战，高校应紧跟“新工科”建设的思想潮流，更新教育观念，完善教师培养机制。

我们常把力学比喻为建立在工程实际与数学理论之间的桥梁，课堂教学中少不了对工程问题进行理论分析的过程[4]，教师应有意识地培养学生对于工程的认知，以理论力学为例，理 论力学针对工程问题，力学模型均有清晰的工程背景。但实际教学情况则是，刚刚步入大学的学生对于工程实际认知较为缺乏，因此在这一环节应有意识地补充和加强。在教学伊始，应该让学生对众多工程实例有初步的认识与了解，进而从工程实际出发提出问题和假定，进行力学模型的抽象。在讲授每个知识点前，我们采用大量原版教材的实例，鼓励学生大胆假定，简化力学模型。通过对实际工程结构力学模型的抽象，不仅培养了学生简化解决问题的能力，还让学生认识到力学知识的重要，增加了学习的积极性。此外，在习题设置上，每个力学模型都给出实例，并对求解的结果进行讨论，指出理论模型在工程实践中的意义。通过力学与工程实践的紧密结合，也为在教学中贯彻科学方法论的策略奠定坚实的基础。

3.创新精神的培养

对于工科生，创新精神是教育重要的组成内容。培养大学生科技创新能力是时代赋予工科教师的本质要求。同济大学在面向全校的理论力学教学中，始终以学生创新能力的培养为导向：一方面以逻辑方法为基础，在课堂教学中灌输科学方法论的思想；另一方面，积极吸收先进研究理论，综合多种教学手段，在理论力学教学过程中，注重培养学生健全的人格，鼓励学生的创新精神，最终实现创新能力的全面发展与提高，一年一度的应用力学竞赛，也在引导学生利用理论知识解决实际生活中的力学问题，取得名次的同学则可获得创新学分的认定[5]。这种创新精神的培养方式值得各地高校学习，当然不可完全照搬他人的方法，以人为本，应材施教才是根本。

力学专业是一项逻辑严谨的学科，在注重创新能力提高的前提是要把握好现代完整的科学理论体系，熟能生巧，只有在熟练掌握了科学知识后，体会到其中的精髓，才具有更进一步的可能性，因此，创新能力对于专业知识的掌握程度具有很高的要求，教师应牢牢把握这一点再对教育工作进行升华。其次，要注重团队。教师可能会太过专注于自己与学生的交流，学生之间的交流也极为重要。在解决一个难题时，往往团队协作会达到意想不到的效果，这也更符合现代科学发展规律，科技发明的重大突破都是出于某个团队的协作。

五、结语

教育乃国之根本，切不可一概而语，人人都有各自的思路，各地有当地的习惯，本文在谈到力学专业人才培养上只是对培养模式的探讨，对教育改革思路的研究，实践是检验真理的唯一标准，对于教育的改进需要在一步步地摸索中前进。

在培养模式的思路上，用课程体系改革、与工程结合、创新精神的培养三点进行概括，实际上三者并非相互独立，而是互相影响，互相包容的关系，例如课堂上教师在将专业知识与工程进行结合，从另一个角度看，也是一种对创新精神的培养，开阔了学生的思维。当三者融为一体共同作用时，便达到了目的。

我国高校工科教师长期以来普遍将主要精力放在项目研究和论文发表上，将主要时间用于工程教育教学研究者占比很低，尽管近年来这种状况有所改进，但与欧美发达国家的工科教师对工程教育教学研究的重视程度相比，还存在很大的差距。“新工科”的提出，将非常有利于促进教师对教育研究的重视，这也是一项长期的有意义的事业。

参考文献：

[1]李华，胡娜，游振声.新工科：形态、内涵与方向[J].高等工程教育研究，2017，（04）：16-19+57.

[2]吴艾辉.研究型大学工科专业力学课程教学方法创新与实践[J].力学与实践，2017，（03）：299-301.

[3]王存文，韩高军，雷家彬.高等工程教育如何回归工程实践——以省属工科类高校为例[J].高等工程教育研究，2012，（04）：34-39.

[4]冯维明.力学教学中的宽与窄、深与浅[J].力学与实践，2016，（06）：670-673.

[5]汤可可，王华宁.以创新能力培养为导向的理论力学教學体系探索[J].力学与实践，2017，（01）：68-70+67.

作者简介：

黄林冲（1980-），男，教授，从事工程力学的研究与教学工作。