“两强”特色引领下力学研究生育人格局多维构建研究与实践

杨坤 邱月 谭涛 赵同彬 周锡龙

摘  要：以数值模拟和试验创新的两强人才为培养特色，依托沿海区域汽车、船舶、家电等工业制造中的优势行业，与诸多企业开展育人合作，协同培养面向工业制造领域、有志于打造核心技术产品的创新型工程力学技术人才。并在培养过程中融入学科文化建设，培养研究生既有“学术”又有“学养”，为力学学科探索一条课程体系、实践创新、文化建设等内部耦合的多维育人格局模式。

关键词：数值模拟；试验创新；文化空间；多维育人；培养体系

中图分类号：G641        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）32-0160-04

Abstract： Taking the numerical simulation and the experiment innovation as the cultivation characteristic， and relying on the advantage industries in the coastal areas such as automobile， shipping， home appliances and so on， we carry out education cooperation with many enterprises to train innovative engineering mechanics talents who are oriented to the field of industrial manufacturing and are interested in creating core technical products. In the process of training， the discipline culture construction is integrated into the training process， and the training of postgraduates has both "academic" and "academic cultivation"， which explores a multidimensional education pattern for the mechanics discipline such as curriculum system， practice innovation and cultural construction.

Keywords： numerical simulation; experimental innovation; cultural space; multi-dimensional education；training system

基金项目：2021年山东省研究生教育优质课程建设项目“有限元方法”（SDYKC20064）；2021年山东科技大学研究生教育教学改革研究项目“两强引领特色，产教协同创新——力学研究生人才培养模式研究与构建”（Yzlts2021067）；2022年山东科技大学研究生教育教学改革研究项目“疫情防控长周期背景下，力学研究生培养‘大思政’格局多维构建的研究与实践”（无编号）；2022年山东科技大学群星计划项目“‘互联网+教育’融合背景下混合式教学精准评价机制探索与实践”（QX2022M01）；2022年山东科技大学虚拟仿真实验教学项目“基于数字孪生方法的杆系结构力学性能虚拟仿真实验”（XNFZ2022Z01）

第一作者简介：杨坤（1978-），女，汉族，河南新乡人，博士，教授，硕士研究生导师。研究方向为岩土力学。

*通信作者：邱月（1987-），女，汉族，江苏滨海人，博士，讲师，硕士研究生导师。研究方向为海洋岩土力学。

当前，全世界范围正在加速进行新一轮的产业变革及科技革命，随着中国经济的飞速增长，国家发展大方向开始进行调整，逐渐由之前“不掌握核心技术的制造中国”开始转向“核心技术必须要掌握在自己手中的创造中国”，基础学科研究开始受到更多的重视。而“力学”属于应用基础学科，在学科发展中有“工科之母”的说法。国家实施“中国制造2025”“创新驱动发展”等重大战略，高铁制造、飞机制造、船舶制造及新能源开发等诸多行业里都存在亟待解决的工程力学问题。“基础知识越扎实，创造能力越强”，这几乎是工科领域诸多专家学者得到的一个共识，也是近几年来力学研究生无论是就业还是继续攻读博士都受到企业以及高校欢迎的主要原因。

近二十年来，山东科技大学力学研究生人才培养随着学校整体部署与学科发展在不断进行着修订和调整。之前主要是以“大岩土”培养模式为特色，其目的是为了支撑采矿过程中出现的岩土力学问题研究。但近些年来，随着社会经济提升、青岛沿海区域环境影响以及力学学科培养出的人才效应逐渐凸显，学科开始向“两强”人才培养聚焦，与诸多企业开展育人合作，协同培养面向工业制造领域、有志于打造核心技术产品的创新型工程力学技术人才，着手打造以“强数值模拟、强试验创新”为特色的学科培养模式。

一  国内外高校力学研究生培养体系对比

美国在培养高水平工程人才方面处于世界领先地位，其在大学和研究生阶段的培养环节强调创新能力和解決工程实际问题的能力。例如，犹他大学工学院，在硕士生的力学课程设计上，要求学生到实验室担任不同教授的兼职科研助手，在学习知识、增强动手能力的同时，也掌握了各不同分支领域的最新发展趋势，为进一步的实践创新做好准备。

英国帝国理工学院的力学相关学科，其开设的选修课程多以就业为导向，包括理论背景和实用性的设计考虑。例如机械工程力学专业，除了必修课，还必须选修5门以上课程，其中包括结构有限元分析、计算结构力学及软件应用，培养学生基础知识向工程应用领域的渗透能力。

加拿大多伦多大学的力学学科，在计算力学与数值模拟这门课程上，教师要求学生必须进行至少20篇的知名杂志或期刊文献阅读。并且要求学生积极参与到工程项目中，需要完成项目选题、实验、提交报告等过程，这样的锻炼贯穿了其培养的全过程。

目前，国内设置力学学科的学校，如清华大学、大连理工大学等，学生在硕士一年级基本已经修满学校规定的学分，到二年级后主要以阅读文献和论文写作为主，但由于部分学生本科为非力学专业，学生学习的深度和广度与实际工作的应用存在较大差距。随着研究生二年级开始参与导师的科研项目，如果力学基本概念不清晰，很难及时正确解决所遇到的工程问题，而且对于合作者的工作也不能做出准确判断。由于在培养过程中疏忽理论分析、数值模拟、试验验证结果的相互验证，导致在毕业论文书写及答辩过程中，会暴露其力学基础单薄、缺乏合理数值分析能力及试验创新的能力。

此外，对于像力学这样偏基础的非热门学科，国内高校普遍缺乏自身文化空间建设。不搭建自身的文化平台，学生对专业认识和未来发展不自信、不认同，对未来发展定位模糊，极大影响研究生阶段的学习效能和成长意愿。与本科生不同，研究生群体具有特殊性，比如即使同一学科内，学生的本科专业背景也存在一定差异，从而导致学生对学科的理解与认识深度不同，归属感与认同感也存在较大差别。而学科文化空间可以作为研究生自我教育的重要载体，根据学科特点因地制宜地探索文化育人体系，对于高校人才培养和自身发展至关重要。

二  研究生育人格局的多维构建模式

通过多年实践，探索了三方面的构建和实践。①突出学科特色，构建“数值仿真课程体系”；②依托学科数值仿真以及试验研究方面的产业背景，以工程项目现场问题为依托，校内协同校外，构建了任务驱动型“实践创新体系”；③从认同感、参与感、价值感着手，构建“学科内涵与文化育人耦合”的文化空间建设体系。

（一）  育人目标与社会需求相协调的递进式数值仿真特色课程体系构建

随着社会经济的发展，当今企业亟需的工程技术人员要具备能够提出硬件改进及优化方案的能力，而这种能力来源于毕业生具有对工程问题评价预测的能力，但目前学生在学习过程中只会依赖商用软件计算，由于部分研究生本科阶段并非是力学专业，力学基础薄弱，对软件计算结果不会分析，更不要说评价建议了。

针对以上问题，根据学科“力学基础+数值计算+工程应用”的学科特色，有层次地遴选核心课程，以社会出口反推数值模拟课程知识体。根据企业要求，学科培养的研究生需在建模、计算、评价及建议四方面协调发展。但目前高校课程设置的范围一般集中在第二个“分析计算”环节，因此要为我们培养的人才找到社会出口，必须根据社会及企业需求的层次性，重新构建课程体系。

1）以核心课程为依托，以我校力学学科“大岩土”为特色工程背景，从现场搜集案例，如冲击地压、巷道突水、边坡失稳及支护等问题，围绕各门课程的专业育人目标，建设分层次、递进式、有特色的“工程数值模拟应用”案例库，开设对应课程，培养学生把工程问题提炼为计算模型的能力。此过程要注意和本科教学的区别，研究生课程更注重体现学科发展的视野高度，体现课程知识在行业和产业的紧密结合。通过构建覆盖全面、相互支撑、层次递进的课程体系，形成内容融入式、反思式、工程应用式等不同教学类别的工程数值模拟应用案例库。让研究生能够更加深入地理解和掌握工程实践规律，丰富学识、增长见识。

2）从社会需求的角度出发，开设力学机理评价和由结果倒推参数的逆向反分析能力培养课程。目前高校大部分课程设置，都与培养学生“评价预测”能力的目标相差甚远，且思维模式都是正向分析，但很多企业实际需要的是具有反分析能力的人才，即给出产品现状，找出影响因素，进而提出优化方案。

3）根据研究生培养规律，在本科知识结构的基础上，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。根据建模分析评价的方法论及工程需求的层次性，制定分层次、阶段性的数值模拟基础理论课程安排，因为学生未来在数值仿真计算方面的发展程度，很大程度取决于对基础力学理论的理解。

4）探索授课内容和教学方法的“基因式”融合，实现育人于无形。牵强、生硬、不直接的工程案例引入教学，会使教学过程不连贯，知识结构衔接混乱，直接影响教学效果。将知识点、案例教学、学科前沿进行多元融合，通过精心的课程设计，使得教学环节和目标导向相互促进、螺旋进阶，建立其内在契合关系，实现知识传授和能力培养相融合的育人理念。

（二）  校內静态与校外动态互动的实践创新体系建设

实践育人和课堂育人是一个整体，不可分割，工科研究生由于实践需求，很多时间身处现场、工地等校外环境，因此，亟需校内静空间与校外动空间的联合互动，体现系统育人在时间、空间及形式上的有机结合和统一。

1）推进线上GCDPES能力开拓小组学习模式。无论身处校内还是校外，实践创新与知识技能学习同步推进。此学习模式包含了分组（Group）、选题（Choose）、方案设计（Design）、小组讨论（Discuss）、实践探索（Practece）、成果展示（Present）、互相评价（Evaluate）和归纳总结（Summarize）八个步骤。由校内校外导师共同牵引，通过在线课程平台、互联网实时交流等手段，定期开展GCDPES小组学习进行研究生能力扩展。无论身处校内还是校外，学习过程中始终有导师的参与及同学之间的交流，通过对课题及设计理念开展讨论、互评及总结，把创新理念无形融合于学习与实践中。

2）盘活育人资源，邀请在企业实习研究生参与案例库建设。在外实习学生处于一个与社会接轨的动态空间，能接触到更多的社会行业信息、实际应用技术及发展创新理念，让其从自己的视角出发，通过切身体会，在实践中提炼应用、实践、创新等方面的工程数值模拟案例，并在线上小组学习期间和导师、同组同学进行讨论、设计及展示，达到专业学识性、产业现实性与创新价值性的统一，讨论通过的案例可以做成动画、视频的形式用来充实数值模拟案例库建设，形成校内静态与校外动态互动的多维格局构建。

3）科教、产教融合，构建任务驱动型实践模式。把专业老师的现场科研项目及校外合作企业和产学研基地的工程项目进行提炼，组建典型案例库，实现数值仿真，转化为教学资源培养学生的数值模拟能力和分析评价能力。深化产教融合，依托虚拟环境与仿真模型呈现实践场景，提高学生分析解决复杂工程力学问题的能力。另一方面，与企业进行联合开发设计相似模拟实验装置，促使学生了解从思维到仿真、试验，再到现场的全过程，探索任务驱动能力转换的途径。通过多种能力培养，实现数值模拟情景化、试验技能工程化和工程思维常态化，完成学生对知识结构的自主优化。

4）校内协同校外，构建问题研究型创新模式。山东科技大学力学学科是山东省重点学科，依托多个省部级重点实验，同时又与豪迈集团、赛轮集团、英特工程仿真技术（大连）有限公司等多个产学研教学基地进行合作，校内协同校外，以“问题研究”为主线，打造人才培养的立体化创新体系。

（三）  “学科内涵与文化育人耦合”的文化空间体系建设

学科文化会在潜移默化中影响和规范着学科成员的价值观念、情感态度和行为习惯。从认同感、参与感、价值感三个方面开展学科文化空间建设，体现学科文化自信，促进学科形成历史传承，有利于研究生在学科文化的浸润和激励下成长成才。

1）追溯力学科学及本校力学学科发展内涵，构建并强化学生力学身份的认同感。随着研究生招生规模的不断扩大，学科之间交叉融合的增强，越来越多本科阶段非力学专业的学生加入到了力学研究生的队伍，而这些同学对力学本身及本校力学学科的历史、发展特色等了解甚少，对学科认同感不高。通过力学公选课、力学讲座、整理学科发展过程中涌现出来的优秀老师、优秀校友及学科发展过程中的小故事等，并把这些事迹做成图册或者视频等多种宣传形式，让学生了解并感知力学科学的魅力及本校力学学科的发展内涵，强化学生对力学身份的认同感。

2）构建并凝练本校力学学科品牌活动，在活动中形成人人身在其中的参与感。根据学科发展历史和特色凝练“力学发展论坛”“力学20年活动”“力学优秀校友访谈”“力学与成长演讲比赛”“力学师生趣味运动会”，以及力学相关大赛等品牌活动，作为研究生开展各类团学活动的核心指导，促使学生不断确认并巩固自己的专业身份，进一步转化为投入专业学习、规范专业行为、形成专业情感的内在驱动力。

3）反哺社会，服务行业，在实践中获得自我价值感。和实验室老师一起进行实验室空间及制度建设、加大实验室开放力度；面对中小学生及周边社区设置力学科普宣传活动；和产学研合作基地进行施工建议及优化方案探讨，并推动创新成果转化为经济效益。研究生在实践中有获得感、价值感，并将职业道德规范内化，将其转化为正确行为，使自身得到不断升华。通过建设文化空间，在不知不觉中让研究生受到学科文化的熏陶。学科文化中所包含的学术道德、价值标准等，也以潜移默化的方式渗入学生的心灵，内化为其科学素养。

三  多维模式构建主要解决的问题

合理构建数值仿真特色课程体系，将其整理为分层次、分阶段的体系，并建成递进式、有特色的工程数值仿真案例库，在研究生教学中循序渐进地实行，解决力学人才“厚基础、宽出口”的专业本色与“两强”应用特色之间的关系。

在实践与创新的培养过程中，做到校内导师的科研项目及实验室资源、校外企业的工程项目、试验装置等不同类型创新实践平台之间的相互协作与促进，建立协同育人有效机制，通过数值仿真、试验创新，搭建学生从想法到办法的有效桥梁，提高学生解决实际复杂工程问题的创新能力，促进校企双赢，解决学校教学与产业需求的内外脱节问题。

“线上GCDPES能力开拓小组学习模式”+“线下实践中提炼工程案例”，研究生校内、校外学习实践不断线，避免长时间身处校外或离开导师而造成学习态度、实践创新等方面的行为偏差。

从认同感、参与感、价值感三方面出发进行力学学科文化空间建设，在潜移默化中影响和规范研究生的价值观念、情感态度和行为习惯，避免研究生有“学术”而无“学养”。

四  结束语

传统力学学科服务于国家新兴战略面临教学内容陈旧与产业需求更新的矛盾，稳定不变的专业架构往往无法适应变化发展的生产实践。山东科技大学力学学科以岩土工程及沿海地区工业制造产业为背景，根據企业实际需求，提出“工程项目的数值仿真以及试验创新”作为专业特色，并在人才培养过程中融入学科文化建设，一方面，使专业目标更为清晰，教学实践方式更为多元，明确力学学科本色与特色之间的关系；另一方面，及时丰富教学手段、创新教学理念，在课堂、校园、校外三位一体的教学空间中，采用线上线下等现代化技术，形成了课程体系、实践创新、文化建设等内部耦合的多维育人格局模式，为力学学科研究生高质量培养探索了一条新的道路。

参考文献：

[1] 方文彬.行业特色高校专业文化建设的价值意蕴与实践路径[J].长沙理工大学学报（社会科学版）2022，37（2）：16-22.

[2] 杨坤，赵同彬，谭涛，等.新工科背景下力学专业人才培养模式构建[J].教育教学论坛，2020（2）：243-245.

[3] 刘茜.论专业文化建设对当代高校校园文化建设的作用[J].中国新通信，2020，22（10）：198.

[4] 余寿文.工程力学办学的设问与刍议：多样性、目标、途径[J].力学与实践，2019（41）：65-71.

[5] 刘娟兰，景岩，提升岩土工程研究生科研试验创新能力的几点思考[J].教育现代化，2019，6（A3）：34-35.

[6] 杨坤，赵同彬，谭涛，等.基于工程教育认证理念的工程力学专业创新型人才培养体系构建[J].高教学刊，2019（19）：38-40.