楊坤 趙同彬 譚濤 房凱 尹延春 邱月

摘要：隨著科技的發(fā)展，社會(huì)需求發(fā)生了巨大變化，企業(yè)需要工程技術(shù)人員具備能夠?yàn)槠涮岢鲇布倪M(jìn)及優(yōu)化思路建議的能力，而這種能力依賴于畢業(yè)生具有對(duì)工程問(wèn)題評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)的能力。而評(píng)價(jià)能力的培養(yǎng)本應(yīng)該被包含于工程力學(xué)專業(yè)課程體系中的，但卻被長(zhǎng)期忽視了。本文以社會(huì)對(duì)工程力學(xué)人才需求為導(dǎo)向，倒推對(duì)在校生的培養(yǎng)定位，重置數(shù)值模擬課程體系，促進(jìn)學(xué)生建模、計(jì)算、評(píng)價(jià)、建議四方面能力的協(xié)調(diào)發(fā)展，從而打造具有專業(yè)特色的教學(xué)課程和教學(xué)資源。

關(guān)鍵詞：社會(huì)需求；數(shù)值模擬；課程體系；工程評(píng)價(jià)；優(yōu)化建議

中圖分類號(hào)：G646 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）42-0036-03

一、社會(huì)對(duì)工程力學(xué)人才的需求定位

社會(huì)經(jīng)濟(jì)及企業(yè)發(fā)展是以盈利為目的的，具備將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為改進(jìn)硬件或建議優(yōu)化方案思路的能力，這是企業(yè)所需要的。因此，要在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，就要有符合企業(yè)需求的人才培養(yǎng)定位，如圖1所示。為此，本文以工程力學(xué)人才社會(huì)發(fā)展需求及出口反推對(duì)在校生的培養(yǎng)定位為出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)建模分析評(píng)價(jià)的方法論，充分發(fā)揮山東科技大學(xué)力學(xué)專業(yè)培養(yǎng)特色，重新設(shè)置符合社會(huì)發(fā)展需求，真正反映本專業(yè)專長(zhǎng)的數(shù)值模擬課程體系，促進(jìn)學(xué)生建模、計(jì)算、評(píng)價(jià)、建議四方面能力的協(xié)調(diào)發(fā)展，從而培養(yǎng)學(xué)生解決其他專業(yè)解決不了的工程力學(xué)問(wèn)題的能力，打造具有專業(yè)特色的教學(xué)課程和教學(xué)資源，提供專業(yè)生存和可持續(xù)發(fā)展的根本保證。[1]

二、目前工程力學(xué)專業(yè)數(shù)值模擬課程體系設(shè)置存在的弊端

在當(dāng)今科學(xué)研究中，數(shù)值模擬計(jì)算已成為與科學(xué)試驗(yàn)、理論研究相并列的三種重要方法之一。對(duì)于工程力學(xué)專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，扎實(shí)的計(jì)算能力在其未來(lái)的學(xué)習(xí)和工作發(fā)展中是不可或缺的基礎(chǔ)專業(yè)素質(zhì)[2]。

力學(xué)專業(yè)的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)是計(jì)算其他專業(yè)解決不了的問(wèn)題，但隨著計(jì)算硬件條件的提高及商用數(shù)值模擬軟件的普及，這一優(yōu)勢(shì)已蕩然無(wú)存。力學(xué)畢業(yè)生的發(fā)展空間在哪里？力學(xué)中真正能夠?qū)儆谧约夯蛘哂袆e于其他專業(yè)的專長(zhǎng)課程是什么？對(duì)學(xué)生各種能力的培養(yǎng)及考核標(biāo)準(zhǔn)如何制定？這些問(wèn)題受到教育部門及企業(yè)單位的重視，同時(shí)也向傳統(tǒng)的教育模式發(fā)出了挑戰(zhàn)，而解決的前提是搞清楚社會(huì)經(jīng)濟(jì)要求力學(xué)人才具有何種能力。

隨著科技的發(fā)展，社會(huì)需求發(fā)生了變化，企業(yè)需要工程技術(shù)人員具備能夠?yàn)槠涮岢鲇布倪M(jìn)及優(yōu)化思路建議的能力，而這種能力依賴于畢業(yè)生具有對(duì)工程問(wèn)題評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)的能力，而評(píng)價(jià)能力的培養(yǎng)本來(lái)是應(yīng)該被包含于力學(xué)課程體系中的（是力學(xué)方法論中的一環(huán)），但卻被長(zhǎng)期忽略了。

目前國(guó)內(nèi)力學(xué)專業(yè)的數(shù)值模擬課程體系設(shè)置存在以下三點(diǎn)弊端。

1.對(duì)建模、計(jì)算、評(píng)價(jià)、建議四方面的能力培養(yǎng)只偏重于計(jì)算能力方面，而對(duì)工程問(wèn)題的提煉以及力學(xué)模型的訓(xùn)練、結(jié)果的評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)、根據(jù)企業(yè)需求轉(zhuǎn)化為優(yōu)化建議等方面很少或基本沒(méi)有涉及。

2.課程內(nèi)容的設(shè)置幾乎全部是正向思維，即給參數(shù)，求結(jié)果。但實(shí)際上很多企業(yè)需要的人才必須具有逆向思維能力，即給出結(jié)果需求，找出設(shè)計(jì)參數(shù)。

3.學(xué)生過(guò)分依賴數(shù)值模擬軟件。對(duì)工程問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值模擬的正確步驟應(yīng)該是首先通過(guò)理論來(lái)大致判斷結(jié)果，然后借助數(shù)值軟件來(lái)進(jìn)一步細(xì)化、驗(yàn)證和尋優(yōu)。但目前學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中只會(huì)依賴商用軟件計(jì)算，而對(duì)其所計(jì)算結(jié)果的正確與否沒(méi)有概念，更談不上評(píng)價(jià)及建議了。

三、國(guó)內(nèi)外其他高校數(shù)值模擬課程設(shè)置研究[3]

國(guó)外數(shù)值模擬比較普及，且在汽車制造業(yè)、航空航天等部門實(shí)現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用。美國(guó)猶他大學(xué)工學(xué)院、加拿大多倫多大學(xué)、英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院等世界頂尖大學(xué)在力學(xué)學(xué)科的數(shù)值模擬課程設(shè)置上，都非常重視學(xué)生的基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)能力、建模能力以及解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，這樣的培養(yǎng)環(huán)節(jié)貫穿于他們整個(gè)教學(xué)過(guò)程的始終。

近幾年，國(guó)內(nèi)在數(shù)值模擬課程教學(xué)方面的研究也有一定的成就。唐春安教授在東北大學(xué)進(jìn)行了很多嘗試，取得了不少成果，如討論了傳統(tǒng)巖石力學(xué)課程教學(xué)的局限性，利用他們自主研發(fā)的RFPA軟件對(duì)巖石力學(xué)實(shí)施數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行輔助教學(xué)。隨后，西安交通大學(xué)等高校紛紛開(kāi)展了數(shù)值模擬課程。但對(duì)于力學(xué)專業(yè)的數(shù)值模擬課程在我國(guó)尚處于起步階段，其課程體系、授課模式等基本問(wèn)題還有待于完善。同時(shí)由于對(duì)數(shù)值模擬教學(xué)的重要性認(rèn)識(shí)還不夠，在學(xué)生培養(yǎng)過(guò)程中疏忽理論分析與數(shù)值模擬結(jié)果的相互驗(yàn)證，使得學(xué)生在畢業(yè)論文撰寫和答辯過(guò)程中會(huì)暴露出其力學(xué)基礎(chǔ)單薄、缺乏合理建模能力、評(píng)估預(yù)測(cè)能力及提出優(yōu)化建議的能力的不足。

四、工程力學(xué)專業(yè)數(shù)值模擬課程體系重構(gòu)

（一）課程體系重構(gòu)內(nèi)容

根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀需求，當(dāng)前企業(yè)對(duì)高校人才的培養(yǎng)工作提出了更高的要求。力學(xué)學(xué)生數(shù)值模擬課程體系應(yīng)主要包括下圖中的前三個(gè)環(huán)節(jié)，并適當(dāng)涉及第四個(gè)環(huán)節(jié)，才能滿足社會(huì)需求，如圖2所示。而目前課程設(shè)置的范圍集中在第二個(gè)“分析計(jì)算”環(huán)節(jié)，因此要為我們培養(yǎng)的人才找到社會(huì)出口，必須根據(jù)建模分析評(píng)價(jià)的方法論以及工程需求的層次性，重新設(shè)置課程體系和內(nèi)容。[4，5]

1.以山東科技大學(xué)工程力學(xué)專業(yè)“大巖土”為特色背景，從現(xiàn)場(chǎng)搜集第一手資料，如煤礦工程的巷道失穩(wěn)、沖擊地壓、突水等問(wèn)題，建設(shè)“工程有限元軟件應(yīng)用”案例庫(kù)，開(kāi)設(shè)對(duì)應(yīng)課程，培養(yǎng)學(xué)生由工程問(wèn)題提煉力學(xué)模型的能力。建模需要一定的工程經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)該在課程體系中得到體現(xiàn)，從某種意義上講，善于計(jì)算必須首先善于建模。

2.增設(shè)注重機(jī)理及評(píng)價(jià)思路培養(yǎng)的課程。關(guān)于“評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)”能力的培養(yǎng)，無(wú)論思路還是方法，均與現(xiàn)行課程體系中已經(jīng)開(kāi)設(shè)的“分析計(jì)算”類課程相差甚遠(yuǎn)，需要補(bǔ)充材料破壞或結(jié)構(gòu)失效機(jī)理研究類的相關(guān)課程。

3.根據(jù)企業(yè)需求，增設(shè)數(shù)值模擬中由結(jié)果找參數(shù)的反分析逆向思維培養(yǎng)課程。目前高校大部分課程設(shè)置都是正向思維培養(yǎng)，即給參數(shù)，求結(jié)果，但實(shí)際上很多企業(yè)需要的人才要具有反分析能力，即給出產(chǎn)品現(xiàn)狀，通過(guò)分析計(jì)算找出影響因素，進(jìn)而提出改進(jìn)硬件或建議優(yōu)化方案思路。

4.跟蹤國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求及專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展前沿，優(yōu)化整合數(shù)值模擬課程合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系。制定分層次、階段性的數(shù)值模擬課程安排，夯實(shí)學(xué)生應(yīng)具備的基礎(chǔ)理論和基本能力，因?yàn)閷W(xué)生未來(lái)在數(shù)值仿真計(jì)算方面的發(fā)展程度，很大一部分取決于在學(xué)校時(shí)對(duì)基礎(chǔ)力學(xué)課程的理解程度。[6-8]

（二）課程體系重構(gòu)目標(biāo)

1.基于“工程有限元軟件應(yīng)用”典型案例庫(kù)，形成面向工程力學(xué)專業(yè)的特色教學(xué)課程，豐富學(xué)生的建模經(jīng)驗(yàn)，突出善于計(jì)算必須首先善于建模的工程需求層次性。

2.增設(shè)材料強(qiáng)度類、工程反分析類、企業(yè)數(shù)值仿真工程師專業(yè)講座類課程，彌補(bǔ)目前課程設(shè)置中缺乏“工程評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)能力”及“為企業(yè)提出優(yōu)化建議能力”的培養(yǎng)模式缺陷，突出“解決工程中力學(xué)問(wèn)題能力的關(guān)鍵是評(píng)價(jià)建議”的理念。

3.構(gòu)建數(shù)值模擬課程合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，將其整理為分層次、分階段的三部分，在實(shí)際教學(xué)中循序漸進(jìn)地實(shí)行，突出力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的重要性。[9-11]

五、結(jié)論

高校對(duì)人才的培養(yǎng)必須以社會(huì)出口為導(dǎo)向，這樣才能實(shí)現(xiàn)專業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，本文以企業(yè)對(duì)工程力學(xué)人才的專業(yè)需求為出發(fā)點(diǎn)，倒推了對(duì)在校生的培養(yǎng)定位，為進(jìn)一步探索并構(gòu)建合理的數(shù)值模擬課程體系提供了依據(jù)。

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