杨坤 赵同彬 谭涛 房凯 尹延春 邱月

摘要：随着科技的发展，社会需求发生了巨大变化，企业需要工程技术人员具备能够为其提出硬件改进及优化思路建议的能力，而这种能力依赖于毕业生具有对工程问题评价预测的能力。而评价能力的培养本应该被包含于工程力学专业课程體系中的，但却被长期忽视了。本文以社会对工程力学人才需求为导向，倒推对在校生的培养定位，重置数值模拟课程体系，促进学生建模、计算、评价、建议四方面能力的协调发展，从而打造具有专业特色的教学课程和教学资源。

关键词：社会需求；数值模拟；课程体系；工程评价；优化建议

中图分类号：G646 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）42-0036-03

一、社会对工程力学人才的需求定位

社会经济及企业发展是以盈利为目的的，具备将计算结果转化为改进硬件或建议优化方案思路的能力，这是企业所需要的。因此，要在激烈的竞争中立于不败之地，就要有符合企业需求的人才培养定位，如图1所示。为此，本文以工程力学人才社会发展需求及出口反推对在校生的培养定位为出发点，根据建模分析评价的方法论，充分发挥山东科技大学力学专业培养特色，重新设置符合社会发展需求，真正反映本专业专长的数值模拟课程体系，促进学生建模、计算、评价、建议四方面能力的协调发展，从而培养学生解决其他专业解决不了的工程力学问题的能力，打造具有专业特色的教学课程和教学资源，提供专业生存和可持续发展的根本保证。[1]

二、目前工程力学专业数值模拟课程体系设置存在的弊端

在当今科学研究中，数值模拟计算已成为与科学试验、理论研究相并列的三种重要方法之一。对于工程力学专业学生来说，扎实的计算能力在其未来的学习和工作发展中是不可或缺的基础专业素质[2]。

力学专业的传统优势是计算其他专业解决不了的问题，但随着计算硬件条件的提高及商用数值模拟软件的普及，这一优势已荡然无存。力学毕业生的发展空间在哪里？力学中真正能够属于自己或者有别于其他专业的专长课程是什么？对学生各种能力的培养及考核标准如何制定？这些问题受到教育部门及企业单位的重视，同时也向传统的教育模式发出了挑战，而解决的前提是搞清楚社会经济要求力学人才具有何种能力。

随着科技的发展，社会需求发生了变化，企业需要工程技术人员具备能够为其提出硬件改进及优化思路建议的能力，而这种能力依赖于毕业生具有对工程问题评价预测的能力，而评价能力的培养本来是应该被包含于力学课程体系中的（是力学方法论中的一环），但却被长期忽略了。

目前国内力学专业的数值模拟课程体系设置存在以下三点弊端。

1.对建模、计算、评价、建议四方面的能力培养只偏重于计算能力方面，而对工程问题的提炼以及力学模型的训练、结果的评价预测、根据企业需求转化为优化建议等方面很少或基本没有涉及。

2.课程内容的设置几乎全部是正向思维，即给参数，求结果。但实际上很多企业需要的人才必须具有逆向思维能力，即给出结果需求，找出设计参数。

3.学生过分依赖数值模拟软件。对工程问题进行数值模拟的正确步骤应该是首先通过理论来大致判断结果，然后借助数值软件来进一步细化、验证和寻优。但目前学生在学习的过程中只会依赖商用软件计算，而对其所计算结果的正确与否没有概念，更谈不上评价及建议了。

三、国内外其他高校数值模拟课程设置研究[3]

国外数值模拟比较普及，且在汽车制造业、航空航天等部门实现了工业应用。美国犹他大学工学院、加拿大多伦多大学、英国帝国理工学院等世界顶尖大学在力学学科的数值模拟课程设置上，都非常重视学生的基础理论学习能力、建模能力以及解决实际工程问题的能力，这样的培养环节贯穿于他们整个教学过程的始终。

近几年，国内在数值模拟课程教学方面的研究也有一定的成就。唐春安教授在东北大学进行了很多尝试，取得了不少成果，如讨论了传统岩石力学课程教学的局限性，利用他们自主研发的RFPA软件对岩石力学实施数值模拟实验进行辅助教学。随后，西安交通大学等高校纷纷开展了数值模拟课程。但对于力学专业的数值模拟课程在我国尚处于起步阶段，其课程体系、授课模式等基本问题还有待于完善。同时由于对数值模拟教学的重要性认识还不够，在学生培养过程中疏忽理论分析与数值模拟结果的相互验证，使得学生在毕业论文撰写和答辩过程中会暴露出其力学基础单薄、缺乏合理建模能力、评估预测能力及提出优化建议的能力的不足。

四、工程力学专业数值模拟课程体系重构

（一）课程体系重构内容

根据社会经济发展的客观需求，当前企业对高校人才的培养工作提出了更高的要求。力学学生数值模拟课程体系应主要包括下图中的前三个环节，并适当涉及第四个环节，才能满足社会需求，如图2所示。而目前课程设置的范围集中在第二个“分析计算”环节，因此要为我们培养的人才找到社会出口，必须根据建模分析评价的方法论以及工程需求的层次性，重新设置课程体系和内容。[4，5]

1.以山东科技大学工程力学专业“大岩土”为特色背景，从现场搜集第一手资料，如煤矿工程的巷道失稳、冲击地压、突水等问题，建设“工程有限元软件应用”案例库，开设对应课程，培养学生由工程问题提炼力学模型的能力。建模需要一定的工程经验，应该在课程体系中得到体现，从某种意义上讲，善于计算必须首先善于建模。

2.增设注重机理及评价思路培养的课程。关于“评价预测”能力的培养，无论思路还是方法，均与现行课程体系中已经开设的“分析计算”类课程相差甚远，需要补充材料破坏或结构失效机理研究类的相关课程。

3.根据企业需求，增设数值模拟中由结果找参数的反分析逆向思维培养课程。目前高校大部分课程设置都是正向思维培养，即给参数，求结果，但实际上很多企业需要的人才要具有反分析能力，即给出产品现状，通过分析计算找出影响因素，进而提出改进硬件或建议优化方案思路。

4.跟踪国民经济发展需求及专业技术领域发展前沿，优化整合数值模拟课程合理的知识结构体系。制定分层次、阶段性的數值模拟课程安排，夯实学生应具备的基础理论和基本能力，因为学生未来在数值仿真计算方面的发展程度，很大一部分取决于在学校时对基础力学课程的理解程度。[6-8]

（二）课程体系重构目标

1.基于“工程有限元软件应用”典型案例库，形成面向工程力学专业的特色教学课程，丰富学生的建模经验，突出善于计算必须首先善于建模的工程需求层次性。

2.增设材料强度类、工程反分析类、企业数值仿真工程师专业讲座类课程，弥补目前课程设置中缺乏“工程评价预测能力”及“为企业提出优化建议能力”的培养模式缺陷，突出“解决工程中力学问题能力的关键是评价建议”的理念。

3.构建数值模拟课程合理的知识结构体系，将其整理为分层次、分阶段的三部分，在实际教学中循序渐进地实行，突出力学基础知识的重要性。[9-11]

五、结论

高校对人才的培养必须以社会出口为导向，这样才能实现专业的可持续发展，本文以企业对工程力学人才的专业需求为出发点，倒推了对在校生的培养定位，为进一步探索并构建合理的数值模拟课程体系提供了依据。

参考文献：

[1]以社会需求为导向推动新一轮高等教育改革[J].中国地质教育，2009，（4）.

[2]刘春凤，杨爱民，马醒花.研究生课程《数值分析》的教学改革[J].河北理工大学学报（社会科学版），2010，（3）：73.

[3]彭宇.国内外大学力学学科硕士研究生课程体系比较[J].教育现代化，2015，7（2）：44.

[4]许金泉.当前工程力学专业课程体系设置及教改中的一些问题.中国力学学会学术大会，2009.

[5]程国强，杨坤，赵同彬.力学专业数值实验课程的知识体系及教学模式初探[J].科技视界，2013.

[6]曾国伟，磨季云，李欣宇.工程力学专业有限元教学及其实践的教学改革探索[J].教育教学论坛，2015，（48）：113.

[7]田能瑾，邓小青.面向21世纪的力学实验教学改革[J].实验室研究与探索，2001，（12）：12.

[8]刘春凤，何亚丽.数值分析课程的教学改革研究与实践[J].河北理工大学学报，2006，（8）：118-120.

[9]杨坤，赵同彬，程国强，工程类课程的“微课”教学模式创新与实践-参加全国首届高校教师微课比赛的思考[J].中国地质教育，2014，（6）.

[10]杨坤，赵同彬，程国强，房凯.工程力学特色专业背景下人才培养模式的探索与实践——以山东科技大学工程力学专业为例[J].科教文汇，2015，（1）.

[11]朱术云，李小琴，朴春德，孙强.实例教学法在“岩土工程数值分析”课程中的应用探讨[J].中国地质教育，2015，（04）：111.