开源力学活水，建设农业大学新工科，助乡村振兴

王正中 李宝辉 李会军

摘    要：乡村振兴战略需要跨领域综合性创新型人才作保障，这既是农业院校中工科专业人才培养的历史使命，也是农业院校新工科应该瞄准的方向。力学作为工科专业创新人才培养的基础核心，由于诸多原因其教学还不适应创新人才培养的要求，这影响着农业院校新工科人才培养质量，难以支撑乡村振兴战略的实施。文章就农业院校中力学专业如何为乡村振兴战略培养创新人才提出了几点建议。

关键词：乡村振兴战略;农业大学;新工科;创新人才培养

中图分类号：G642.0          文献标识码：A          文章编号：1002-4107（2021）01-0004-03

习近平总书记在党的十九大上首次将乡村振兴提升到国家战略的高度，坚持农业农村优先发展，按照产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效和生活富裕的总要求，全面建设社会主义新农村。乡村振兴给新时代青年创造了施展抱负奉献祖国的舞台和机遇，它是一个巨大的系统工程，涉及到诸多新领域和新行业，需要方方面面的综合性创新型人才。青年人才培养质量的高低决定着这一战略目标的实现进程。近年来，“新工科”的概念在全国高校之间大力推行，其目的就是为应对未来新一轮的产业和科技革命，着力培养具有创新创业能力、跨界整合能力和高素质的学科交叉复合型卓越工程科技人才[1]。在当前国际国内形势下对创新人才的需求比任何历史时期都更加迫切，只有培养出掌握核心技术的创新人才和未来人才，才能够在未来的国际竞争中占据优势，才能实现未来的行业兴盛产业繁荣。

“新工科”的本质是面向未来国家发展需求定位创新人才培养，其培养模式并非全国统一，而是面向未来强调多样化和个性化的需求引领，对于行业高校则要突出学科专业特色，这样才能百花齐放、百家争鸣。从这个意义上讲，农业院校中的工科就必须瞄准乡村振兴战略中的各种需求培养人才，而不是照搬其他工科院校或综合院校的模式亦步亦趋。力学作为工科根基和创新思维的原动力不可或缺，同时力学教学也必须围绕时代需求和革新发展才能发挥更大的指导作用，笔者结合自身教学体验和国家战略要求归纳出以下几条力学教学及创新人才培养的基本点，以期起到抛砖引玉的作用。

一、提高力学学科地位是农业院校新工科创新人才培养的前提

力学具有基础科学和工程应用的双重属性，它既要研究前沿科学问题又要解决工程实际问题[2-3]，因此，力学学科在工科院校中的作用是有目共睹的，故而力学学科在一流的综合型大学及理工科大学均处于重要的地位。然而，在农业院校中力学是处于从属地位的边缘学科，不仅缺少专门的力学师资而且还缺少必要的实验设备保障，在农业院校力学的定位是服务专业课及专业基础课程教学，力学人员鲜有机会参与农业相关课题的研究，也甚少了解涉农工程中亟待解决的工程实际问题，不能在课堂教学中反映最新的工程动态，这是不利于创新人才培养的。力学作为沟通数学与工程的桥梁，从“上九天揽月到下五洋捉鳖”，无一不闪耀着力学的光芒，历史实践证明，力学作为人类认识未知世界的有力工具已带领人类进入了无数个崭新天地，使人类的认识能力一次又一次跃升，在“天外有天”的认识进程中，从落后走向先进，从与自然抗争走向和谐共处。可以毫不夸张地说，一个领域的力学渗透程度代表著该领域的现代化水平。乡村振兴最终要实现农业和农村现代化，然而，不可否认目前力学在乡村振兴及农业现代化中的参与度较低，要跨越式发展就必须改变力学从属学科的现状，全面释放这一源头活水的巨大能量，从而支撑农业工程学科升级及乡村振兴战略落地。

二、创新力学课程教学组织是农业院校新工科的保障

目前，农业院校力学师资紧缺、力量分散，力学课程教学面临不少共性难题。长期以来的教学实践表明，农业院校力学课程教学中的这些问题，如果没有及时很好地解决会直接影响到工科专业人才创新能力培养乃至整个专业培养目标的达成，导致学生知识结构和创新能力的缺陷。

创新教学组织模式，参考重点开放实验室的管理模式，以固定人员为核心骨干，流动人员为主要成员，以课程教学任务为牵引，打破校院、院系、教研室界限，打通课程组，组建跨校、跨院系的力学结构类系列课群平台，加强区域教学研讨交流活动。实行循环承担力学结构系列课程的纵向贯通式循环主讲教学模式，使每门力学课程由多人共同承担，也使每人能循环承担多门力学结构系列课程教学的开放式教学组织模式。这不仅能解决师资紧缺的问题，而且能打开教师向一专多能方向成长发展的门窗，既能促进实现竞争上岗统一考核，又能使教师更加全面准确掌握系列课程关键知识结构的支撑体系，更加明晰系列课程之间的逻辑关系，确保课程内容的合理取舍及课程体系的优化，有利于针对性更强的精准高效教学活动。教学资源组织上，充分利用网络时代及多媒体条件，组织各种优质力学教学多媒体课件、电子教案和教学软件，特别是力学教学名师指导、参与教学，共享国际国内优质力学教学资源。在教学方法上，针对抽象的力学理论和丰富的工程实践，采取生活实例、工程案例引导，第一课堂与第二课堂结合，“板书、多媒体、实验、MOOC”多手段多层次有机交互、灵活多样和按需施法的高效教学方法，充分共享网络时代信息资源与手段，力求以最少的学时取得最好的教学效率和教学效果。

三、培养力学思维是跨行业、跨领域创新人才培养的动力源泉

马克思说“力学是大工业真正的科学基础”，力学是科技进步的原动力，力学与工程技术不断进步相互促进，工程技术进步既牵引了力学发展方向又反哺了力学学科不断发展，从而使力学与工程技术形成螺旋式共进和跨越式发展。力学思维是“从工程到数学，再从数学到工程双向互馈的思维方式”，“工程问题力学化，力学问题数学化”的正向逻辑思维过程，体现的是聚焦归纳，从数学到力学，再从力学到工程的逆向逻辑思维过程讲求的是发散演绎。这些都是“举一反三”“触类旁通”的创造能力培养过程。因此，力学是“新工科”综合创新人才培养的重要基础和理论源泉，是实证思维和理论思维的有机结合。新时代乡村振兴战略赋予了农业院校工科专业的新任务，更应强化力学思维和创新思维的培养;同时，力学又是所有工科专业关键理论基础，必然成为培养跨行业、跨领域创新人才的理论源泉。

但是，目前多数农业院校力学教学仍存在不少困境。从课程特点及教师方面讲力学课是基础课，力学系列课程相对较难，学时多、教学工作量大，而这些课往往是刚进校的非力学科班出身的青年教师承担，青年教师刚从高校毕业又进高校，本身缺乏实践经验，尚且对力学思维理解体验不够深刻生动，讲课难免就事论事，那又怎么指望其培养出具有力学思维和综合创新能力的学生呢？从学生及培养方案方面讲，农业院校力学课时一再压缩，不少学生对力学课程兴趣不高，考试不及格率极高，而培养方案中有不少挑战度极低的“水课”，挤占学时也腐蚀了学生刻苦钻研的学习生态;另外，学生整天处于满课运行状态，没有精力充分领会、涵泳骨干力学课程内容，更无法深刻理解体验力学思维，强化创新能力培养。

鉴于此，要培养具有跨学科跨行业基础理论坚实的卓越创新人才，应先解决以下两个问题。第一，给学生松绑。无关宏旨的“水课”压缩学时挤干水分，还给学生充分思考的时间和体会力学思想、感受力学原理的自由。第二，力学类基础课应由有实践经验的教授或力学科班出身的副教授来上。教授具有丰富的工程实践经验和开阔的学术视野，力学科班出身的副教授功底扎实，入木三分，能够结合实际深入浅出地讲活力学理论与原理，这样的理论才会有血有肉有生命力，学生自然更感兴趣。

四、拓展力学学科内涵是生态宜居新农村建设的科学灵魂

乡村振兴面对的无疑是新问题，新问题必然具有综合性复杂性，解决问题也必然要有创新性。那么原来只重知识和专业技能传授的人才培养模式是不能滿足新要求的。因为国家要建设的是绿色环保的新农村，是具有鲜明人文特色和人与自然和谐共生的新农村。那么，在专业知识传授的同时还必须浸润以人文情怀和环保理念，这正是近来蓬勃发展的环境力学的用武之地[4-5]，力学学科正在自觉地扩展它的外延与内涵，这是学科活力的体现，正好与乡村振兴的理念要求不谋而合。另外，跨行业是人才培养末端的一种能力，在人才培养过程中必须形成怎样的知识结构才能具备这种能力呢？笔者认为只有厚基础的人才才具备此种能力，力学作为工科的根基是每个工科人才必须精通的专业知识。

目前，农村基础设施建设严重滞后，乡村振兴必须加大建设力度。这种建设不同于以往，应该是低能耗的、绿色环保的、与自然协调发展的乡土型、设施化和现代化新农村。

1.单就农居房屋建筑材料而言，农村普遍使用烧土材料、混凝土材料等，这些建筑材料不可分解，最终会成为建筑垃圾破坏环境。那么，就应该在农村推广绿色环保的材料与乡土建筑以及新型和轻型环保的钢结构、木结构装配式建筑。这就要拓宽相应的力学课程，增开乡土建材及金属和木材力学性能课程，打通力学与结构课程，增加钢结构、木结构及区域乡土民居房屋的延伸专题，将这种房屋的建造工业化，工厂生产构件，农户现场组装，学校提供组装培训。根据地域环境的不同，还需要开发隔热保温等辅助建筑材料，这不仅是材料专业的任务而且是力学的任务，因为材料功能的丰富如何影响其力学性能，这是力学要回答的问题。

2.就农居房屋的功能而言，目前农村房屋功能单一，人们更多地追求高和大，造成外观豪华却使空间浪费。这里有观念的原因，但作为房屋设计人员来说，很少为农居房屋提供设计方案，所以农民也没有选择的余地。后续要围绕既具有乡土特色又具有现代韵味还具备丰富功能的理念设计现代农居房屋[6-7]，将文明乡风和缕缕乡愁凝固在空间中。力学应该参与到农居房屋的功能优化与设计中来，在保证安全的前提下追求人文情怀。

3.对于人口分散地区，根据当地气候条件，研究相应的能量俘获装备，将风能、太阳能以及生物物质能加以储备利用。这一方面会避免电能输送途中的损耗;另一方面可减少污染物排放，为绿水青山的理想人居环境提供技术保障。风能和太阳能受季节影响随机性较强，在大力研发能量转换装置的同时也需要开发相应的储能设备以平衡不同时段的能量供应，这里面有大量力学课题亟待开展。生物物质能在农村利用非常普遍，但是大都是粗放式利用，效率很低，要做到真正的绿色清洁关键核心问题是如何提高能源转换效率，这是一个需要生物学、化学和力学等多学科交叉融合才能有望解决的难题。

4.目前，农村劳动力不足且偏老弱化，生产模式以个体种植为主，效率低下。这一方面要求改变生产模式;另一方面，应该加强农业机械化研究以提高农机装备水平，这正是动力学的用武之地，也是智慧农业的重要特征。我国地域辽阔、地形多样、气候迥异、作物多样，需要设计因地制宜的设施农业及农业机械，不仅要追求农业机械大型化而且要追求灵巧化，这样才能让每一片地域的农业都插上智慧的翅膀。以上这些农机设计开发都涉及到许多方面的力学科学问题，然而研制这些农机产品的意义并不局限于农业本身，而且具有藏技于农的军事意义，是战争与和平这对矛盾的统一，是新时代背景下的铸剑为犁。所以，从这个角度讲农业现代化还能够孕育国防现代化，归根结底是因为引入了力学这一渠活水。

五、交叉融合力学是现代农村水利建设的技术创新宝库

农村水利工程在防洪排涝、灌溉供水及维护生态中发挥着重要作用，所以，农业兴旺必须依靠水利[8]。当下全球气候变暖进一步加剧了我国水资源分配不均的程度，加之生态环境恶化、可利用耕地面积持续减少使得农田水利设施建设成为影响农业稳产和国家粮食安全的最大因素，因此要实现农业现代化就只能依靠发达的农村水利工程[9]。相较于高坝大库，这些水利工程规模小但需要将循环发展和环保理念贯穿始终，因此，农村水利应该是生态水利、环境水利和绿色水利。这将给建设者提出新课题，这些问题的解决有赖于力学与其他学科的交叉融合。

目前，我国农田水利工程老旧失修，灌溉方式粗放浪费，水资源污染严重。因此，一方面要建设一批新的综合性水利工程，不仅仅满足某一方面的农业需水要求，还有兼顾水资源治理和生态保护作用;另一方面要改变灌溉方法，开发农业高效节水灌溉手段与设备。不论是新工程的建设或者是新设备的开发都需要力学发挥作用，并且要将可持续发展与绿色环保理念融入力学中，本着人与自然和谐共生的最高目标实施工程建设。传统渠道在输水过程中损失严重，应大力发展防渗渠道和管道的输水手段以提高水资源利用率[10]，在跨流域调水工程中渠首、渠道、渡槽、倒虹和涵洞等输配水建筑物及现代灌区建设中都离不开许多水力学、土力学、土壤水动力学、泥沙运动力学、热力学、冻土力学、散粒体力学和固体力学问题。在节水灌溉的喷灌和微灌等技术上需要开发研制简单、可靠、节能的灌溉装备，这些工作都与流体力学、理论力学、材料力学、结构力学和振动力学的理论与原理息息相关。

这些力学问题有的要针对性地开设相关课程，有的要成为研究生课题，总之，要以乡村振兴中将会遇到的实际问题为导向，针对性地培养学生力学素养和以力学思维为核心的创新性综合性解决问题的能力。

六、结论

力学学科的活水源源不断、生生不息，这泓清泉已渗透到社会发展及人类生活的角角落落，流经之处天朗气清、草木葱茏，它是实现人类现代文明及科技、产业的大繁荣、大发展的不竭动力源泉，更是乡村振兴战略和未来农业农村现代化建设的科技支撑。或许在粗放农业时代农业与力学还可以形同陌路、各行其是，但在现代农业、智慧农业时代，农业必将与力学情同手足、深度交融，所以，是时候在农业院校清淤力学这渠活水并释放其巨大能量了。

参考文献：

[1]吴莹，徐志敏，张陵.适应“新工科”人才培养需求的力学实验教学新模式[J].力学与实践，2019（41）.

[2]张小钢，姜华.大连理工大学力学学科发展规律探析[J].高教发展与评估，2020（36）.

[3]杨卫.中国力学60年[J].力学学报，2017（49）.

[4]刘青泉，郑晓静.专题：环境力学[J].中国科学：G辑：物理学 力学 天文学，2008（38）.

[5]黄宁.环境力学专题序[J].力学学报，2020（52）.

[6]范泽琳，袁源.乡村振兴背景下的农村住宅改良设计与研究——以湘西地区为例[J].农村·农业·农民，2020（5）.

[7]王伟，杨豪中，李岚，等.生态建筑技术在新农村建设中的应用[J].西北大学学报：自然科学版，2015（45）.

[8]吴军安.加快水利工程建设，推动乡村振兴——评《水利，农业的命脉：农田水利与乡村治理》[J].人民黄河，2020（4）.

[9]倪文进.中国农村水利发展状况与科技需求[J].农业工程学报，2010（26）.

[10]隋斌，张庆东，张正尧.论乡村振兴战略背景下农业工程科技创新[J].农业工程学报，2019（35）.