工程科學教育中的力學
——以法國工程師教育為例1)

李真珍 胡更開

(北京理工大學宇航學院, 北京 100081)

當今中國的科技和產業正經歷著從中國制造到中國創造的跨越，在內部發展動力與國際環境壓力的共同牽引下，工程領域不斷對專業人才提出新要求。工程技術的發展期待未來的領軍人才擔負起迎接科技和工程挑戰的重任，在不斷探索科學前沿的同時，將科學發現轉化成生產力，推動工業和社會發展。錢學森先生提出的工程科學[1]，是連接自然科學與工程技術的橋梁。工程科學家將從工程實際中提煉出關鍵科學問題，再運用科學的分析方法解決阻礙工程技術發展的難題。

力學是一門基礎學科，在諸多工業領域起到至關重要的作用，尤其對航空航天領域產生了深遠影響，是工程科學一個重要的范式。錢學森先生對工程科學家的能力培養提出了三點建議[2]：（1）掌握工程設計和實施的手段；（2）具備科學基礎；（3）運用數學方法。也就是說，工程科學家需要在常規工程師能力范圍之外，對于物理、化學等科學問題有更多維度、更深層面的理解，能夠善于利用數學工具進行推演，從而在實際工程問題中提煉新問題，提出新理論，建立新模型，從根本上推動技術革新。此外，錢老還提出，成熟的工程科學家還需具有豐富的實踐經驗。因此，培養一個工程科學家需要經歷七到八年的漫長過程。

工程科學領域的教育者秉承和發展錢老的工程科學思想，面向國家需求，正在為培養中國下一代工程科學家做積極的探索與改革。例如，鄭泉水院士主持成立的清華大學錢學森班[3]，以工科基礎為定位，為發掘和培養工科創新型人才實行了一套教育改革舉措，并取得了顯著成效；李家春院士提出的中國科學院大學工程科學學院的培養模式，通過強基礎、闊領域、重實踐、促創新，實現復合型工程科學人才的培養[4]，為探索工程教育提供了新思路。近年來，胡海巖院士在北京理工大學主持工程科學實驗班改革，強調力學基礎地位，致力于培養具有強烈的責任感，寬厚的學術基礎，突出的實踐創新能力，能夠實現科學、工程、經濟、藝術完美融合的工程科學家，并親自實踐，出版了《振動力學——研究性教程》[5]，書中內容遵循工程科學的研究思路，引導學生以問題為導向，通過研究型學習形成清晰的基本概念并夯實理論基礎。針對人才基礎科學能力和創新能力培養的需求，胡院士強調需遵循人才成長、認知學習和實踐創新的螺旋式上升規律，為課程體系優化、教材編著、實踐創新提出了對策[6]。面向工程科學實驗班的培養目標，北京理工大學宇航學院對力學教學體系和與之銜接的專業教育進行了梳理和重塑。在制訂相關的培養方案時，法國的工程師教育體系具有很強的啟發性，因此形成此文進行介紹。

法國工程師教育始于18世紀中葉的歐洲工業革命前夕，經過較長時間的積累和革新，形成了一套從選拔、培養到職業發展的人才培養機制，支撐了法國工業體系的創新發展。所培養的具有創新能力的工程師，在科學和工程領域具備寬闊的視野、深刻的學科認知、深厚的理論功底，以及突出的實踐能力，成為工業和社會發展的重要推動力量。法國工程師教育在教學體系、內容、模式等方面的一系列具體舉措，可為正在探索工程科學家培養模式的國內工程教育提供一定參考。值得注意的是，力學作為一門重要的基礎課，在國內工程教育中多局限于在力學、機械或相關領域和專業進行講授，在其他工科專業并不受重視。但力學在法國工程師院校被作為通識課，體現了法國工業界及高等院校對所培養人才應具有力學基礎認知的重視程度。

本文將通過介紹法國工程師教育模式，尤其其中的力學教學概況，闡述力學在普通工科教育中的重要性。

1 法國工程師教育中的力學課程簡介

傳統的法國工程師院校在學制上有鮮明特色。法國的高中畢業生經過會考，將會進入普通高校(université)就讀大學，另有小一部分成績優秀的學生，將會進入大學校（grande école）預科班（classe préparatoire）就讀。預科班設立在知名高中內，由預科班教師講授大學前兩年的基礎課。這一學制與國內一些大學正在實施的書院制有共同的特點，即本科初期進行通識教育，較晚進入專業學習。工程師大學校（école d’ingénieur）的預科班學生，將接受2～3年高強度的數學、物理、化學、信息等基礎課的學習，為之后參加工程師大學的入學競考（concours）做準備。法國不統一設立工程師大學的競考內容，不同大學可根據自身側重點制定考卷內容及考試時長，每位考生也根據自身情況安排參加幾所大學的競考。

在預科班和競考體系中，有3點值得注意。（1）競考中所涉及的大學基礎課內容，兼具深度和廣度；同時競考具備高競爭屬性，單科目的考試時長通常不少于3～4小時，例如個別頂尖高校的數學與物理方向競考中，將單場數學考試時長定為6小時，或兩場4小時。其所選拔人才的方式，相較于國際上其他高校直接從高中畢業生中選拔人才的方式，在專業基礎、思維、抗壓能力等方面更具針對性。（2）預科班教師大多數畢業于法國高等師范學校（école normale supérieure），其與下文將要介紹的巴黎綜合理工學校一樣，匯聚了法國最具代表的青年精英人才，分別為法國高等教育在理科和工科的代表。預科班教師具備堅實的大學基礎課理論功底，他們經過嚴格的培訓和選拔之后上崗，且專注于教學，這可以確?？既牍こ處煷髮W的學生在基礎學科具有扎實的知識儲備，是法國工程科學人才培養的重要保障。（3）競考中的題目形式以綜合題為主，一道大題下設若干小問，在引導考生完成題目的同時，考察考生在知識掌握、閱讀理解、靈活思維等方面的綜合能力?？荚嚦煽兊姆植伎缍容^大，有利于選拔出概念掌握深入、綜合素質強、具備創新潛質的人才。同時，此類考試形式要求出題人對于考察內容有較深入的理解，并通常需要結合領域前沿，因此需要較長時間的積累和摸索。

通過競考并被法國工程師大學錄取的學生，此后將進行3～4年的工程師階段培養，獲得法國工程師文憑（在國際上通常被認定為等同碩士的文憑）。在眾多法國工程師院校中，本文將選取兩所具有代表性的院校，分別對其教學體系的設置和力學教學內容進行介紹。

1.1 巴黎市立物理化學高等工業學校（ESPCI)[7]

ESPCI 始建于1882年，是一所以物理、化學、生物學前沿交叉領域為主要專業的工程師學校。自創建以來，該校為推動科技和工業發展做出了突出貢獻，先后培養了居里夫婦、約里奧-居里、朗之萬、de Gennes、Charpak等卓越科學家，獲得6個諾貝爾物理、化學獎。目前該校擁有11所法國國家實驗室（CNRS），其中直接與力學相關的包括材料物理實驗室、非均勻介質物理與力學實驗室、波動與圖像學院、軟材料實驗室、多孔材料實驗室等。實驗室研究與授課的深度融合，使得學生在上課時能感受到濃郁的科研氛圍，為研究型學習提供土壤。該校70%的畢業生選擇攻讀博士學位，而后多數進入科研院所和企業的研發部門工作。許多法國著名企業與ESPCI保持良好合作，包括能源行業的道達爾、斯倫貝謝，化工領域的蘇威，化學品行業的液化空氣，美妝行業的歐萊雅，材料行業的圣戈班，汽車零部件行業的米其林，食品行業的達能，環境行業的威立雅等。ESPCI的畢業生在以上行業備受青睞，主要受益于他們在物理、化學、力學、材料學，及其相關領域寬闊的視野，扎實的基礎，以及突出的實踐能力。

ESPCI每年招收85～100名本科生。目前，該校有約400名攻讀工程師文憑的本科生和530名研究人員，其中包括教師、研究員、博士生和博士后。此外，為配合該校的人才培養需求，也從校外聘請領域資深研究員及企業人士進行教學及輔助工作。較高的師生比例保證了小班教學的高質量開展，符合人才多樣化發展的培養目標。該校在教學方面，緊跟科技和工業發展步伐，致力于培養適合時代發展需要的創新型科技人才。為此，教學內容的制定尤其重視理論體系的建立和多學科交叉融通。在教學方法上，投入較多學時及實驗室資源進行學生實踐能力的培養，同時營造科研氛圍，激發學生從事創新工作的熱情。經過多年沉淀和持續改進，形成了一套獨特的培養體系。下面，將對ESPCI的學制概況做一介紹。

1.1.1 ESPCI教學體系

ESPCI招收已完成大學前兩年基礎課程學習的預科班畢業生，這些學生經過預科班的數學、物理、化學等課程的強化學習，通過競考進入ESPCI就讀。ESPCI的總體學制規劃如圖1，前兩年（相當于國內本科三、四年級）是以物理和化學為主的通識基礎課學習，可為學生建立學科的基礎構架，使學生掌握基本的理論分析能力和實踐要領。第三年起，學生將進行為期半年的工業部門實習（進入法國各大企業的研發部門，從事工程師工作的實習）。此次工業實習雖然歷時較長，但很大程度上開闊了學生的視野，為前兩年的理論學習提供了實踐場所，也及時激發了學生的學習興趣，為實習結束返校后的專業分流提供了依據。同時，學生將書本所學的基礎理論知識應用于生產實踐，為企業的研發項目做出了一定的貢獻，也成為校企合作的重要橋梁。工業實習返校后的學生將在第三學年的下半年進行專業分流，ESPCI為學生提供物理、化學、物理化學、生物等四個專業的選擇。專業分流后，學生將進行為期三個月的專業領域內的課程學習。而后，第三學年的最后三個月將在實驗室中進行科研實習。至此，學生完成了在ESPCI的工程師本科學業，可以獲得ESPCI的工程師文憑。然而大多數同學選擇繼續第四年的碩士階段學習，可以在ESPCI或其他兄弟學校進行更深入的專業學習，并且專業選擇多樣。第四年后，學生可以獲得ESPCI和兄弟院校頒發的兩個碩士學位，性質等同于聯合培養碩士學位。

圖1 ESPCI學制安排

ESPCI的專業領域是物理、化學和生物，因此在課程設置方面，包含了以上三個領域的專業基礎課。這意味著要在有限的時間內盡可能地涵蓋三個領域的重要理論基礎，因此對于每門課程進行了內容的萃取和課時的縮減，但仍然保留力學在教學總學時中占有的重要比重。下面將對ESPCI的課程內容，尤其是力學的教學內容進行介紹。

1.1.2 ESPCI的力學教學

ESPCI第一、二年所設課程的學分分布如圖2所示。其中力學的11學分數占到總學分數的10%，僅次于物理大類（41學分）、化學大類（16學分），以及數學理論和數值方法（13學分）。將力學從物理大類中獨立，建立一個課程群，并在通識基礎課中占據高比重，從一個側面體現了法國研發部門對于力學重要性的認識。無論是力學起到舉足輕重作用的行業，如航空、能源、材料等，還是力學扮演看似次要角色的領域，如化學、生命科學等，對工程師和研究人員都有較高力學素養要求。

圖2 ESPCI第一、第二學年通識基礎課的課程學分分布圖

力學課程被分配在第一學期和第四學期，如圖3。第一學期共56.5學時，包括19學時的固體力學理論課和37.5學時的應用力學實踐課。第四學期共84學時，包括24學時固體力學理論課，22學時流體力學理論課，以及38學時固體力學和流體力學實驗課。將力學領域課程組合為固體力學和流體力學兩個門類，這與近些年來北京理工大學宇航學院實施的力學核心貫通課的思路相一致。從ESPCI的理論課教學內容上來看，第一學年的固體力學主要是將材料力學及彈性力學內容進行縮減和融合，目的是使學生在該領域建立基本概念，形成解決基本問題、深入自學的能力，以便其在未來能根據研究需要做進一步的學習和探索。 第一學期的理論課分為兩部分，第一部分從連續介質（固體）的常見變形入手，通過列舉拉伸/壓縮、剪切、彎曲和扭轉等作用引起的材料變形，幫助學生認識材料的力學性質。其中涉及到連續介質的定義，之后過渡到彈性的表現形式，引出應力和變形的概念。最后具體討論梁的彎曲與扭轉問題。 第二部分針對彈性理論進行更深入的講解，包括基本方程和彈性理論的應用。首先介紹應力，包括內力、應力張量、法向和切向應力、莫爾圓、平衡方程等；隨后介紹變形，包括應變張量，及其各項所對應的平移、變形和轉動；然后講授本構關系；再后講解彈性變形能；最后簡單介紹赫茲接觸。以上內容共分配19學時。后續力學理論課內容將在第四學期進行講授。第一學期的應用力學實踐課圍繞所學理論被分為兩條主線。其中之一是實操材料力學的一些基礎實驗，旨在加深學生對于上述理論課內容的理解。該類實驗包括：桿件的各類變形及對應的一系列彈性系數；對于雙折射材料進行光學變形測試；通過圖像相關性測量材料形變與應力等實驗。第二條主線面向工程實踐設立，包括設計構件與繪圖，以及在車床上制作所設計的構件等。這類工程實踐課程的設立，可以使學生大致了解機械工程領域的部分工作內容，從而培養其與機械師、技術員進行高效交流的能力。

圖3 ESPCI第一、第二學年的力學授課內容與學時分布

分配于第四學期（大學第八學期）的力學課程群，包括部分固體力學、流體力學和實驗課程。本學期的固體力學課程在第一學期所學基礎上進一步深入，即探討材料的力學性質及其物理根源。依次是：(1) 深入講解線彈性問題，涉及能量原理、穩定性分析，并介紹量綱分析方法；(2) 討論波和振動的彈性動力學問題；(3) 學習黏彈性的內容，包括流變模型、時間與頻率響應，以及時溫等效；(4) 介紹彈塑性內容，包括塑性準則、理想塑性、冷鍛、黏塑性等；(5) 講解斷裂的線彈性理論，包括Irwin應力強度因子準則和Griffith能量準則；(6) 講授脆性和延展性的內容，以及裂紋的擴展；(7) 討論非均勻材料；(8) 介紹接觸問題，包括黏附及摩擦。以上內容分配24學時。理論課中未得到充分展開的問題將通過大作業的形式進行延伸。

第四學期通過22學時講授流體力學。首章內容通過討論不同尺度的流動引出雷諾數的概念。接著介紹連續介質動力學的基本原理，同時介紹黏性應力，并推導Navier–Stokes方程。接下來的章節分別在黏性流動、界面問題、低雷諾數物體移動、潤滑理論、邊界層、伯努利方程、渦流、升力與阻力、自由表面波等問題進行探討。 可以看出，基于ESPCI的物理、化學、生物專業領域，課程中增加了表界面流動等章節，探討物理化學性質在流體流動中起到的作用。該課程是對于流體力學的精簡概論，著重加強學生對基本概念的掌握，以及從物理和力學角度對流動的理解。教學中還重視通過標度量方法估算數量級，從而簡化Navier–Stokes方程和求解過程。值得注意的是，為提高學習主動性，近期ESPCI流體教研組對于教學模式進行改革，用翻轉課堂代替以往的理論大課授課模式。教師將重要知識點匯編入一系列習題中，學生提前自學課程知識點并做題，課堂上教師和同學共同探討習題的解法，此間教師可將重要知識點進行穿插講解。例如在關于潤滑理論的翻轉課堂中[8], 教師選取薄膜流動中的兩種具有代表性的流動：兩固體平板之間的擠壓流動和薄膜自由表面的瑞利–泰勒不穩定性問題。課堂中以問題的形式引導學生通過潤滑層假設進行運動學及動力學描述，最后為此類潤滑層問題提出理論模型。這種教學方法或許在理論深度和知識連貫性上有些許降低，但提升了學生的參與度，達到為學生建立基本概念、激發學習動力的目的。

第三年的專業分流之后，另有三門流體力學的相關課程可供學生選擇，分別是微尺度流體力學、流體輸運問題和流動穩定性，各門課約10學時。

1.1.3 ESPCI對于實踐課的重視

力學教學的第二部分實踐課是固體力學與流體力學實驗課，共38學時，被分配在第四學期進行。兩名學生被分成一組，每節課針對一個有特色的實驗題材，根據教師提供的實驗規程進行操作，同時在教師的幫助下對所觀察現象進行歸納匯總和理論分析。所涉及實驗內容包括流場的測量、毛細現象與物理化學、顆粒流、斷裂、振動等問題的實際操作與數值模擬。這些題目與該?？蒲袌F隊的研究內容十分相關，因此實踐課可以用到科研中運用的先進實驗手段和儀器，使教學實踐和科研保持同步。實踐課的打分流程主要考察實驗過程中的記錄和課后歸納總結寫成的實驗報告。實踐課是ESPCI具有特色的教學模式之一，所有課程（包括力學）的實踐部分占據所有學時數的1/2，這體現了教研團隊對于培養學生實踐與協作能力的重視。實踐課的目的不僅僅是簡單的演示和將理論課所學知識進行驗證，而是在于引導學生以探索的視角看待、分析、解決科學問題，從而培養其從事科研的能力。這要求教研團隊投入足夠的精力和人力在課程內容更新、實驗設備搭建，以及課上指導等方面上，為學生提供有實際收獲的實驗教學，真正契合理論與實踐并駕齊驅的創新工程師培養目標。

1.1.4 研究型學習

ESPCI另一具有特色的教學模式是研究型輔導課（Préceptorat），由1992年諾貝爾物理獎得主，時任校長的P.G. de Gennes提出并延續至今。該課程聘請校內和校外的研究人員，將本人熟悉的一項研究課題提煉成為一套大綜合題的形式，在課堂上與學生分享并討論，其目的在于引導學生從理論課所學知識出發，向前沿延伸。例如，為配合固體力學課程，一位教師將自己博士生的關于薄膜裂紋的課題[9]整理成大作業，在科研輔導課中與本科生探討。另一節輔導課中，教師配合流體力學理論課內容，將實驗室發表的一篇關于自由液面Marangoni鋪展的工作[10]凝練成一系列問題，在輔導課中進行討論。本文將以后者為例，簡述題目內容。這項工作所涉及到的流體現象是將異丙醇與水的混合物滴在葵花油的基底表面，異丙醇在油–異丙醇與水混合液–空氣的三相接觸線處更顯著地蒸發，引起了自由表面的表面張力的不均勻分布，進而引發Marangoni鋪展，鋪展過程中觀察到三相接觸線處不穩定性的發展，導致產生許多微小液滴。在科研工作中，通過研究異丙醇的蒸發，結合表面張力梯度引起的Marangoni鋪展機理，解釋了這個現象的物理根源。這項大作業 (1) 從實驗環節開始，要求學生首先嘗試滴一滴水在葵花籽油基底表面，觀察現象；接下來滴一滴醇類在油基底表面；最后利用醇類和水的混和液滴做相同的實驗，并總結實驗現象。(2) 探究現象的物理內涵。首先需要討論的是該現象的產生條件，需要定性解釋為什么醇類濃度須達到一定臨界濃度。接下來定性討論醇類在液滴中的濃度分布對于鋪展動力學過程的影響。而后針對科研文章中的一張關于液滴鋪展半徑隨時間變化的圖，要求學生通過標度量分析出液滴鋪展半徑的表達式。最后一部分討論三相接觸線處的不穩定性的產生，要求學生提出不穩定性的物理根源。這項大作業是理論課中有關潤滑理論和界面流動的補充及前沿延伸。

該研究型輔導課的意義不僅僅在于“提前”讓學生體驗科研，更在于結合本科生已學知識程度，培養本科階段應該發展出來的科學精神，包括懷疑與論證、表達見解、參與討論的意識和能力。該課程分配給每組學生的教師和題材均不同，從而促進了學生多樣性發展。

1.2 巴黎綜合理工學校（Ecole Polytechnique）[11]

巴黎綜合理工學校始建于1794年法國大革命期間。在探索社會新秩序的同時，法國沒有擱置對于科技進步的追求，綜合理工大學在Gaspard Monge、 Lazare Carnot等學術先驅的帶領下，遴選優秀人才并授之以科學，為迎接和推動工業革命的進程積蓄力量。1804年，拿破侖將綜合理工大學確立為軍校，明確其服務國家的屬性，并題寫校訓為：“為了祖國、科學和榮譽”。歷經二百多年的綜合理工，為工業發展和社會進步做出卓越貢獻。先后培養了Fresnel (1804屆)、Cauchy（1805屆）、Becquerel (1872屆)、Poincaré（1873屆）等學科奠定者和推動者，獲得多項諾貝爾獎和菲爾茲獎，培養多位法國總統、法國知名企業領袖，以及各領域的杰出人才。如今的綜合理工學校成為一所在理工科諸多領域如數學、物理、力學、計算機、化學、生物等高水平發展的工程師院校。

綜合理工大學簡稱X，代表著法國工程師教育的最高水準。每年招收約600名本科生，并優中選優。在教學內容和模式上，與ESPCI一樣，以精煉融合的課程內容、重基礎和實踐能力培養的教學模式著稱。在培養目標上，相較于ESPCI為理、化、生相關的研發領域培養人才，X致力于培養在更廣闊的維度上均衡發展、理論基礎深厚、具備創新素質、尤其具備領導力的人才，因此X的畢業生不僅在工程、研發領域就職，也分布在各行各業。配合以上培養目標，X建立了一套通識教育加專業聚焦的教學體系，下面將對這一體系和教學內容，尤其是力學的教學進行介紹。

1.2.1 X的通識教育

X學制大致與ESPCI相同，招收工程師預科班的畢業生，入學之后經過4年學習，獲得X的工程師文憑和碩士文憑。X的第一年課程與ESPCI有較大差別，由于其軍校的性質，X的新生入學后將進行為期半年的軍訓，進行高強度體能訓練和軍事管理理論的學習。這為鍛煉學生體魄、了解自身、形成團隊合作意識提供了良好的環境。在課程安排上，如圖4，第一年設置三個月的通識課程，其中包括經濟學、計算機基礎、數學、應用數學、物理以及認知科學。這些課程或為今后理論課必備的知識基礎，或為正蓬勃發展的新興學科，例如物理模塊講授的是量子力學。

圖4 X第一、第二學年通識課程分布

第二年進入通識理論課的學習，分為四個季度上課，每個季度約兩個月?？偣苍O置8個課程群，即數學、應用數學、物理、化學、生物、力學、經濟、計算機。每個課程群在每個季度開設一門課。每位學生須在每個季度，從8個課程群中選擇4個進行學習。該選課制度一方面規定了學生需涉獵至少四個領域的課程，保證通識教育的開展，另一方面也給了學生較大的選擇權。對于專業選擇較為明確的學生，可在整個第二學年專注于四個課程群的學習。對于專業規劃尚不明確的學生，可廣泛嘗試八個領域的課程，之后再決定專業聚焦的方向。第一、二年的通識基礎教育開拓了學生的視野，使學生建立起各領域的思維方式，有助于學生未來的均衡發展。

1.2.2 通識課程中的力學

力學作為八大課程群之一，體現了它在通識教育中的重要性。選擇力學課程的學生中，不僅有專業偏好為數理的學生，也有相當一部分未來希望從事計算機、化學、生物等領域工作的學生。學生們希望通過在X二年級廣泛涉獵包括力學在內的多學科知識，為日后進入工業領域的學科交叉創新奠定基礎。

X第二年的力學課程群包括四門課程，即連續介質力學（偏向固體方向）、連續介質力學（偏向流體方向）、流體力學、大氣和海洋動力學。每門課共有32學時，其中16學時是理論課，另16學時是小班教學的習題課。與ESPCI一樣，X的教學內容也經過深入研究，形成了具有特色的一套講義，兼具理論基礎和知識廣度，并將授課內容進行萃取、壓縮，使得學生建立該領域的基本概念，掌握分析方法。

1.2.3 力學專業教學

經過兩年的通識教育，學生們將在第三年進行專業分流。對于選擇力學專業的學生，力學系提供了固體力學和流體力學的若干分支領域課程，學生將會進行更深入的學習，教學覆蓋的內容如圖5所示。從圖5可以看出，X的專業教學內容是通過其科研工作帶動的。這可以使學生在學習理論課之余，有較好的機會進入科研一線參與工作。

圖5 X第三年力學專業選修課設置

學生們將在第四年進行更深入的專業領域學習。這一年中，學生可進入X的兄弟院校，或其他高水平大學學習。至此也會獲得所就讀大學的碩士文憑。1/3的X本科生最終選擇繼續博士階段深造。

X的教學內容設置凸顯了通識教育的思想，在學生腦海中種下了多個領域的思維角度和解決問題的方法。力學這一從工程問題中提煉出來的學科，為學生展現了一套成熟的理論體系在工程實踐中的作用。例如湍流、NS方程的世界難題依舊吸引學子們為之探索，同時力學與其他領域的交叉融合又體現了一門傳統學科強大的生命力。這些作用在普通工科教育中無法被其他科目的教學所取代， 是X、ESPCI等學校的通識教育始終重視力學的原因。除ESPCI、X等工科院校以外，其他法國知名的工程師院校同樣重視力學的教學。

2 法國工程師培養中力學教育理念的總結和思考

從上述兩所不同法國工程師學校的培養體系不難看出，無論是培養數理專才的ESPCI還是培養工程通才的X，他們都對學生的力學素養提出了很高要求。力學作為通識基礎教育的重要部分，在學時分配和內容安排上均得到充分體現。另外還有以下五點體會。(1) 法國工程師通識教育中，非機械相關的專業對于力學教學依舊非常重視，旨在使學生建立力學領域的基本概念，掌握基本研究手段，具備理論自學能力，以滿足工業部門對研發工程師的力學素養需求。(2) 工程教育重視培養學生主動性以及實踐能力，設置大量與企業、研究院所的實習科目，同時整合校內實驗室資源為實踐課程的開設創造條件。(3) 充分精煉力學理論課內容，確保在一定程度上兼顧深度和廣度，同時增加課程的連貫性。在以上過程中，突出本單位的優勢學科，對課程內容進行有特色的設置，并在課程內探索更滿足教學目標的教學模式。(4) 科學精神的培養可通過課程內容設計、教學模式創新、研教結合的氛圍和硬件條件等共同實現。(5) 提供了大量的力學選修高端前沿課程供學生專業課選擇。

法國工程師通識教育中的力學課程，在學時分配和知識構架的完整性方面與國內力學專業相比有所降低，但明顯高于國內非力學專業的工程教育。法國通識教育不僅在基礎階段重視學生數學能力的培養，為其之后在各學科中的自學能力打下基礎， 還在各個學科的教學中注重培養學生對概念的理解、實踐能力以及對前沿的探索。在壓縮學時的情況下，酌情犧牲掉的學科體系性，可在進入研究生階段后通過深入學習進行梳理。

國內工程通識教育中力學素質的培養，主要是通過理論力學和材料力學兩門重要課程完成，以北京理工大學為例，機械工程專業分別為理論力學和材料力學分配64學時，根據不同專業，其課時還有所減少，許多非機械相關專業基本不再對力學素養提出要求。因此國內力學并沒有作為工程教育的通識被廣泛接受，從某種程度上阻礙了交叉學科的發展。從開設理論力學和材料力學的教學內容看，國內在完整性和技巧性方面更加重視，但在綜合性和廣度方面欠缺，尤其是流體力學，基本缺席工程通識教育體系。相對法國工程教育的力學體系，國內工程力學課程與工程實踐的結合較弱，仍然采用知識教授為主的形式，學生缺乏從實踐中去體驗、思考和提煉的訓練。

造成上述差別的原因是多樣的，許多方法也不可復制?？上驳氖?，近些年來許多高校開展了小范圍的改革，整理工程教育的力學知識體系，并取得了初步成效。北京理工大學宇航學院開展的工程科學實驗班，將力學知識體系順理成動力學與控制、固體力學和流體力學三門貫通課，融入工程通識課程體系中，希望夯實力學基礎以期培養未來的工程科學家。 有理由相信，通過教育教學體系的不斷探索和完善，由此成長起來的中國下一代工程科學家，能夠在工程和科學兩者之間兼顧，發現世界同時又創造世界，從根本上推動我國科技和工業的發展，為我國邁向創造大國、科技強國貢獻力量。

致謝本文撰寫中得到了胡海巖院士和趙穎濤老師的指導和建議，在此表示感謝。