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对力学教育的若干思考 胡海岩 （北京理工大学力学系 100081 北京） （南京航空航天大学结构工程与力学系 210016 南京） 摘要：从国家工业化对工程师的需求出发，讨论力学教育所涉及的若干问题。 一是以航空科技工业所需要的飞行器结构设计师为例，分析人才数量、知识结构的变化情况，指出我国既需要大批以应用现有技术为主、研制开发产品的工程师以适应当前以集成创新、引进消化吸收再创新为主的工业发展模式，又需要一批以技术创新为主的研究工程师去适应未来以原始创新、集成创新为主的工业发展模式。 二是从培养研究工程师的目标出发，对人才培养模式进行分析，建议积极采用本硕贯通的培养方案，提高人才的培养质量和培养成效。三是从技术科学统一性的角度看待力学理论教学环节，对技术科学体系所具有的统一性特征进行分析，建议进一步对专业基础课程体系进行改革，通过深化力学教育来带动专业基础课程教学质量的提高。四是从实践与创新统一性的角度看待力学实践教学环节，建议对大作业、考试、毕业设计、课外科技活动进行改革，增加创新内容和要求。 1、引言 近年来，我国高校的力学教师积极投身于力学教学改革，尤其在课程体系、教学内容、教学手段、知识与技能竞赛等方面进行了许多探索，取得了积极成效。与此同时，力学教师对于力学课程的学时不断压缩、众多学生的学习兴趣不浓等问题深感困惑。更加值得深思的是，工业界对近年来高校毕业生的英语水平和计算机技能给予了肯定，但对其力学等专业基础知识的掌握状况和应用能力评价不高，甚至还有不少严厉的批评。 力学属于技术科学或工程科学，力学教育是高等工程教育的重要组成部分。本文拟从建设创新型国家对高等工程教育的需求出发，以高等工程教育的培养目标和定位作为主要参照，讨论力学教育所涉及的若干问题。 2、建设创新型国家对高等工程教育的需求 新中国成立后，我国的高等工程教育方面自上世纪50年代起全盘学习苏联模式，以比较窄的专业化教育为主；上世纪80年代后又转向主要学习美国模式，在拓宽专业的基础上增加了部分通识教育。近年来，我国高等工程教育界正日益关注法国、德国的高等工程教育，借鉴其成功的经验。但从教育理念和教育实践层面看，我国尚未形成适应本国工业化发展需求的高等工程教育体系，开辟出一条自己的道路。据报道，我国工科毕业生数量大约是美国的4倍、德国的10倍，但我国工程师人均参与创造的产值却仅仅是美国、德国工程师的5~10%。这说明，我国的高等工程教育还存在突出的问题。 任何一个国家的高等工程教育必须瞄准该国工业化进程的当前和未来需求去定位、去改革、去发展。我国是一个发展中国家，目前的工业化水平还不高，特别是自主创新能力不强；而且大型骨干企业、中小型企业的发展水平参差不齐，对工程师的需求具有多种层次和类别。因此，我国高等工程教育体系应该是一个多层次、多类别的教育体系，需要根据各类企业的不同需求培养不同层次和类别的工程师。对于高等工程教育中起着基础性作用的力学教育，自然应该围绕不同的层次和类别的培养目标而进行设计，开展实践。 目前，老一辈力学教师普遍怀念上世纪50~60年代力学教育在高等工程教育中所处的显赫地位，而中青年力学教师则怀念上世纪80年代所接受的坚实的力学教育。然而，我们必须正视时代发生了巨大变化。与上世纪50~60年代相比，航空、航天、机械、动力、土木、水利等行业对工程师的要求发生了巨大变化。笔者曾参与中国航空工业第一集团公司科技委员会对航空科技人才需求所作的调研，获得若干资料。现以航空科技工业所涉及的飞行器结构设计人员为例作如下简要分析。一是人才类型的变化：当年，航空科技工业需要大量具有坚实力学基础的结构设计师、工程师从事结构强度设计、计算和校核。今天，这些工作仅需少量会使用NASTRAN、ANSYS进行结构强度计算的普通工程师就可以完成。二是知识结构的变化：当年，飞行器结构设计师需要掌握坚实的理论力学、材料力学、结构力学知识，熟练地使用计算尺、手摇计算机、设计手册。今天，飞行器结构设计师仅需要不多的理论力学、材料力学、结构力学知识，更多的需要有限元知识，能熟练地运用计算机及其软件。上述现象似乎表明：当今航空科技工业所需要的结构设计师数量减少，知识结构趋于扁平，他们所需要的力学知识似乎远远不及英语、计算机技能重要。 然而，上述变化仅仅是表象。事实上，面对需要通过独立探索、自主创新研制的新一代飞机，总设计师、副总设计师、主任设计师则需要既宽又深的知识结构，需要坚实的力学知识，还需要对材料、制造、控制、隐身等技术的深刻理解。以研制新一代军机为例，结构设计师需要深入考虑发动机矢量推力、内埋武器弹舱开闭、飞机大机动飞行等复杂载荷条件下的结构强度、振动、声疲劳等力学问题。至于研制高超声速飞行器，结构设计师还需要深入考虑如何从结构设计角度对气动热进行防护、避免热颤振，甚至