钱学森与中国科大近代力学系的建立与初期发展

王安轶

摘要1958年前后，钱学森参与筹备和创办中国科学技术大学，并亲自担任近代力学系主任，推动了尖端科技人才的培养和力学学科的建设和发展。在近代力学系的创办特别是前三届学生的培养过程中，钱学森实践了他所倡导的“技术科学”思想中关于人才培养的理念，从办学理念、培养目标、教学计划等方面探索了“技术科学家”的培养路径，成为中国科大的一项办学特色。

关键词中国科学技术大学近代力学系 钱学森 人才培养 力学思想

一前言

中国科学技术大学近代力学系创建于1958年建校伊始，建系之初称“力学和力学工程系”，1961年改称“近代力学系”，以培养国家急需的尖端科技人才为目标。建系之后，系主任一职由发起和创办科大的主要成员之一——钱学森担任，直至1978年。在建系过程中，钱学森把“技术科学”思想融入到近代力学系的人才培养目标、教学计划、课程设置当中，形成了“理工结合”的技术科学人才培养体系，在中国“技术科学”理论化过程中起了非常重要的作用。

中国科学院力学所、中国科学技术大学档案馆保存了一些钱学森与科大建校的档案资料，如钱学森参与制订教学计划的会议记录、《火箭技术概论》的备课手稿、讲义以及当年钱学森与科大有关领导的书信等，都为研究钱学森与近代力学系的创办提供了良好的史料基础。另外，亲历者特别是近代力学系师生如童秉纲、尹协远、黄吉虎、张瑜等，回顾了钱学森在创办近代力学系过程中的办学理念、课程设置、人文关怀的点点滴滴。

应该说，前人在钱学森及其科学思想的研究方面已经成果颇丰，作为钱学森一段重要的工作经历——在钱学森与科大这一专题中，亦有不少回憶和纪念性文章。但是，很少有人基于近代力学系存有的材料对钱学森从力学人才培养的角度加以研究。本文在前人研究的基础上，尝试以钱学森与科大近代力学系为研究对象，通过对现有档案等各种史料的梳理，对钱学森的“技术科学思想”在近代力学系的实践及其效果进行研究。

二酝酿创办科大力学系的背景

力学作为工科专业的基础学科，是自然科学与工程技术之间的桥梁，是航空航天、机械工程、土木工程等诸多工程技术的基础，可以说一个国家的力学水平在很大程度上体现了一个国家的工业实力。1949年之前，中国仅在如机械、土木、水利等工科专业里开展力学课程，没有专门培养力学人才的专业和研究机构，力学人才和研究基础都非常薄弱。中华人民共和国成立后，由于中国工业现代化和国防现代化建设的庞大需求，近代力学学科的重要性尤为凸显。

特别是在1956年国家制定的《一九五六——九六七年科学技术发展远景规划》（以下简称“十二年科学规划”）中，原子能和火箭技术被列为尖端技术。为此，围绕基础学科规划的部分，十分强调力学学科的发展，确定了发展空气动力学、建立物理力学等学科以支援航空工业发展的目标。并且，为了保证大量工程建设在理论上的要求，如固体力学、流体力学等学科均成为重点发展的学科（页147-158）。也就是说，力学的重要性被国家科技战略提到了前所未有的高度。然而，学科基础的薄弱和国家需求之间的巨大差距，随即被钱学森等力学专家们所认识到。此时“力学研究所高初研究员86人，全国能称得上第一流的（具有世界水平）力学专家仅五人，北大办的力学专业每年毕业的仅40余人，过一两年后连同其学校的毕业生亦不过300人左右。这样的人才状况显然不能满足国家工农业生产发展的需要，特别是十二年科学规划提出的科学任务对力学专业人才的巨大需求”。

1958年，在全国“大跃进”形势的推动下，力学所提出了若干以任务为目标的发展方向，并按“上天、人地、下海、服务工农业生产”这四个方面的要求组织研究工作。同时，我国“两弹”研制任务正处于起步阶段，因此中国科学院更急需大批优秀的科研人才。这样，在钱学森、郭永怀、严济慈等科学家的建议下，趁着“教育大跃进”蓬勃开展的形势，中国科学院院党组于1958年5月9日向聂荣臻和中宣部呈送了由中国科学院开办大学的请示报告。后来，钱学森在写给朱清时的信中也提到了这一背景：“回想40年前，国家制订了12年科学技术远景规划，要执行此规划需要科学与技术相结合的人才；航空航天技术是工程与力学的结合，所以成立了中国科学技术大学。”（页102）中国科学技术大学近代力学系的创办就是在这样的背景下酝酿的。

三科大力学系创办动议与办学理念

事实上，为了落实十二年科学规划中与力学相关的发展计划，从1957年开始，中国科学院与高等教育部已经合作在清华大学创办了工程力学研究班。随后，大连工学院、交通大学、哈尔滨工业大学等工科院校以及复旦大学、中山大学等综合性大学相继创办了力学系或者力学专业。那么，钱学森等人为何建议要建立一所全新的学校和学系？建立中国科学技术大学近代力学系的必要性又在何处？这可以从国家需求和高等教育体系两个方面来分析。

1.理工结合是现代科学技术发展的趋势

从20世纪初期开始，科技的各个领域都有了突破性的进展，特别是第二次世界大战后，在各国对高科技的迫切需求下，科学基础理论转化为工程和技术应用的周期大大缩短。到了20世纪中期，科学和技术在相互刺激中迅速发展，逐步趋向于统一的科学技术体系。一方面，技术发明越来越依靠科学，在很多领域，基础科学的研究已经到达完整的阶段，其理论基础不断为技术的进步开辟新的方向，并且以更快的速度向应用开发和产业化方向转化。另一方面，现代科学的进步有赖于技术装备的支持。就当时国内的情况来看，随着第一个五年计划任务的提前完成，国家进一步提出了“向科学进军”的号召。从经济发展上看，长远经济目标的实现有赖于科学技术的发展；而受国际政治环境的影响，是否能在短时间内掌握与国防相关的尖端科技关乎国家安全，这对当时还很薄弱的科技工作提出了很高的要求。

十二年科学规划的制定把国家对科技发展的要求提上日程，旨在尽可能迅速地补足国家最短缺的国防建设急需的门类，迅速赶上世界先进国家科技水平，并坚持“重点发展，迎头赶上”的方针。其中，国家在高技术产业和国防事业急需的科技，如原子能技术、航空航天技术、计算机、自动化等的发展都需要理工结合的人才。在继承哥廷根应用力学学派思想和长期从事科学研究与教学工作后，钱学森较早地认识到这一点。在他看来，20世纪科学发展的趋势导致世界工程技术发生了革命性变化，尤其是二战期间导弹、高速飞机、雷达、核武器等重要武器装备的发明和使用，从根本上改变了人类生产与战争的面貌。这些重大发明与以前的发明创造有着明显的区别，它们不是依靠工程实践积累和经验判断设计出来的，而是需要数学、力学、物理学等理论科学作为设计依据，是科学家和工程师密切合作的产物。在这个认识的基础上，钱学森提出了“技术科学”的观点，他指出技术科学是一个科学研究领域，是自然科学与工程技术结合的产物，他的研究对象是工程技术实际中具有共性和规律性的问题。他提出：“能够综合自然科学和工程技术、要产生有科学依据的工程理论则需要另一种专业的人。而这个工作内容本身也成为人们只是的一个新部门：技术科学。由此看来，为了不断地改进生产方法，我们需要自然科学、技术科学和工程技术三个部门同时并进，缺一不可。这三个部门的分工是必需的，我们肯定地要有自然科学家，要有技术科学家，也要有工程师。”尤其直接服务于工程技术的应用力学，想要在航空航天等关键领域取得突破性的成就，技术科学家是不可或缺的。而在当时中国的高等教育体系中，技术科学家作为人才培养的缺门，急需一所大学来探索其培养模式。

2.高等教育人才培养目标中的缺失

1952年院系调整之后，我国按照苏联模式重塑了高校教育体系，其方针是整顿和加强综合型大学，以培养工业建设人才和师资为重点，重点发展工业院校尤其是单科性的专门学院。其特点是高等技术教育得到了加强，工科学校为引进苏联技术提供人才保障。就当时的人才培养目标来看，主要是为了适应苏联援助项目所需的师资和工程技术人才，对基础研究的重视不足，而理工分家亦是这次院系调整的一大特点。具体从力学学科看，根据苏联大学模式，力学专业是被放在综合性大学的数学力学系内，主要培养具有理科背景的力学人才，如北大数学力学系的人才培养目标（页91）。而工学院则把培养目标定位为工程师，按照行业或产品设置专业。力学学科虽是各类工科专业的必修课程，但由于工业发展急需工程技术人才，工科教育的专业被细化、学制被缩短、相应的基础课程如力学科目也根据专业需求被尽可能压缩和简化。这样的培养模式虽然以最快的速度为工业部门培养了工程师和技术人员，推动了工业的快速发展，但也导致了工科学生在基础学科上的薄弱。李佩教授在回忆科大建立时谈到了这个问题：“1958年4月，钱老与郭永怀先生、杨刚毅先生一起在北京西山讨论中国科学院力学研究所应承担的12年科学技术发展远景规划纲要任务时，都感到力学研究需要一批新型的、年轻的科技人员。郭先生是力学所的副所长，杨先生是力学所的党委书记，他们都感到近年来分配到力学所的大学毕业生使用起来不称手，北大的偏理，清华的偏工，而急切需要的是介于两者之间的科学技术工作者，也就是需要一批介于科学家和工程师之间的人才。”（页460）因此，利用中国科学院的自身优势创办一所培养理工结合的尖端科技人才的新型大学，是中国科学院许多科学家们的共同期望。

从这两点来看，中国科学技术大学的建立并非是教育革命浪潮中的即兴之作，而是在考虑到当时高等学校人才培养目标和国家对人才需求中间的盲区而建立的一所极具特色和时代意义的新型大学，是钱学森的技术科学思想与国家需求不谋而合所产生的火花。

四钱学森技术科学思想在近代力学系培养模式上的实践

建系之初，钱学森即按照“技术科学”人才培养思想制订近代力学系的人才培养目标和培养计划。在当时的条件下，钱学森提出，“理”的方面要像北大那样，“工”的方面要像清华那样的目标。为了实现这样的目标，在创系过程中的难题如专业如何设置、课程如何开设、甚至任课教师，都有钱学森的意见和建议。钱学森在近代力学系开设了四个专业，分别是高速空气动力学、高温固体力学、岩石力学及土力学以及化学流体力学这几个反映力学学科发展方向的专业。他亲自为近代力学系的1958级学生制订了教学计划，提出的培养目标是：“一个技术科学工作者的知识面必然是很广阔的，从自然科学一直到生产实践，都要懂得。”为此，他从课程设置的多个重要方面做出了与其他高校不同的尝试。

1.重视理论基础课与技术基础课

1959年5月26日，钱学森在《人民日报》发表文章《中国科学技术大学的基础课》，详细阐述了学习基础课的意义、内容和学习的方法。他认为，中国科学技术大学基础课除了公共基础课之外，还可以分为理论基础课和技术基础课两个方面，这样的安排是基于科大力学系的“技术科学”人才培养目标，“科技大学的学生将来要从事于新科学、新技术的研究；既然是新科学、新技术，要研究它就是要在尚未完全开辟的领域里去走前人还没有走过的道路，也就是去摸索，摸索当然不能是盲目的，必须充分利用前人的工作经验”。前人的工作经验即成熟的基础学科体系。“中国科学技术大学是为我国培养尖端科学研究技術干部的，因此学术必须在学校里打下将来作研究工作的基础”，新科学、新技术的研究要求“理工结合”的人才，理论和技术并重是力学系课程的一大特点。

以高速空气动力学和高温固体力学两个专业为例（表1），两个专业的基础课内容和学时是一致的，主要分为基础理论和基础技术两个部分，基础理论主要包括高等数学、普通物理和普通化学。强调基础学科，是因为力学作为技术科学中的典型学科，是根植于基础学科之上的，主要是以物理学的基本理论为指南，以数学为研究工具的，物理学为力学提供了最基础、最根本的原理，而数学是力学研究中不可或缺的工具与手段，技术科学是工程技术的理论，有它的严密组织，研究它就离不了作为人们理论工具的数学，这个工具在技术科学的研究中是非常重要的，每一个技术科学的工作者首先必须掌握数学分析和计算方法。因此，在科大建校的第三次系主任会议时，就重点讨论了关于基础课学时的分配问题，高等数学分两个类型：第一类型学习两年半，430学时；第二类型为一年半计260学时，力学系即与应用数学和计算技术系等系一起被归为第一类型中。从高速空气动力学和高温固体力学两门学科来看，复杂的化学变化现象也是要被充分考虑的学科。特别是在尖端工程技术的发展的过程中，力学工作者为了能解决生产中提出的问题，需要充分利用目前物理，化学上已有的成果，要掌握这些新的力学分支是与良好的数学、物理、化学知识基础分不开的。考虑到实际工程问题是复杂的，往往涉及到多学科，因此，为了从中提炼和研究工程科学问题，研究者必须具备广博而扎实的基础科学知识。

基础课的另一个方面是基础技术课，包括工程设计技术（机械制图、机械设计）、实验技术（电工电子学、非电量电测）和计算技术（计算方法、电子计算机）。钱学森认为：“在新科学、新技术的研究工作中，常常要设计比较复杂的实验装置，例如研究高速气动力问题就得有超声速的风洞，研究基本粒子物理就得有高能加速器了要设计这些设备就不能用敲敲打打的办法，必需进行比较正规的技术设计。因此基础技术的训练就非常必要了。”机械制图和机械设计、实验技术和计算技术皆是工科学生最基本的训练，是工程实施的工具，如物理、数学之于理科研究一样道理。因此，只有掌握了工程技术的基本工具，才能在应用基础科学知识解决工程科学问题中考虑到实际工程问题，从而使实验数据不仅仅停留在实验室，在实际工程中发挥其作用。尤其是钱学森提到的“在尚未开辟的领域里走前人还没有走过的路”，在探索的道路上无人领航，那么尖端仪器、设备都需要自己独立设计、研发和制造，这就需要工程技术知识的支撑，这也是创新人才所必备的条件。

这两类都包括在中国科学技术大学的甲型公共基础课之中，在前三年的时间，主要是以基础课为主。从学时上来看，公共基础课占总学时的一半，而基础理论和基础技术两类课程都占较大比重。与综合类大学的力学系如北大数学力学系，和多科性工科学校如清华大学工科专业相比，科大力学系的基础理论课要比以工程设计为主的清华大学相关学科课时量大，而基础技术课又远超过以数理计算为重点的北京大学数学力学系，体现了“技术科学”教育思想中有别于基础学科和工程学科人才培养的“理工结合”的课程安排特色。

2.重视专业课与国防科研重点的需求结合

专业课的学习时段，从三年级下学期开始成为重点。全系必修的有工程力学（含材料力学）、理论力学、火箭技术概论，再加上各个专业的特殊专业课程（总计约800学时）；在当时而言，这些新专业在国内其他高校都没有开设过，因此如高速空气动力学等专业的课程设置都是实验性的尝试。从课程设置上，可以看出钱学森在为力学系各专业安排课程时注意从以下几个方面考虑与国防科研重点需求的结合：一是强调专业课程的前沿性，钱学森亲自设置并讲授了《火箭技术概论》，这门课程在当时来说无疑是非常前沿的。通过这门课的讲授，让学生了解到所学之将来的应用领域，以最为前沿的国家科研重点激发学生们学习基础知识的热情。

二是既有公共专业课，各个专业亦各有侧重，比如高速空气动力学专业，由于十二年科学规划中有喷气和火箭技术的建立的规划需求，其中的高超声速问题是火箭技术中的一大难点，近年来高速飞行器的飞行速度已经突破了声速的限制，在气流接近声速的情况下，气体的压缩性便开始显现出来，这就使问题比低速情况下要复杂得多。到了超声速，气流就要产生激波，当飞行器以超过十倍声速的速度前进时，飞行器周围的气体的温度将高达几千度甚至一万多度，这时候一部分空气分子便会产生分离及电离，在分离及电离的情况下，飞行器的固体壁与周围空气的热交换如何进行是一个具有重要实际意义而至今尚待研究的问题。因此，在专业设置中，高超声速空气动力学是一门重点课程，为进一步研究高超声速问题做准备。又如高温固体力学专业，当时的火箭技术、原子能工业、动力机械中都会遇到不少固体在高温情况下的强度问题，比如如何解决发动机燃烧温度的问题从而提高喷气速度，如何控制超声速飞行时飞行器的表面温度过高、原子核反应堆中的构件温度过高所产生的问题。由于固体在高温下的力学问题与一般温度下的问题不同，因此，高温固体力学专业开设了热应力专题、高塑性力学、固体力学等课程。

三是倡導交叉学科的发展，钱学森对专业课程的设置也有意识地引导学生在更宽的学科领域内获取知识，比如固体力学专业需要修习空气动力学课程，但又比高速空气动力学专业所修习的空气动力学课程要简单和宽泛一些。

四是由科学院的研究员和该领域的专家授课，如郭永怀开设了粘性流体力学、林同骥开设了高超声速空气动力学、李敏华开设了塑性力学、胡海昌开设了杆与杆系，夹层板结构专题两门课程等，这些专家都承担着国家最前沿的科研项目，对学科的知识体系都有比较成熟和特有的看法，对待解决的技术问题有着深刻的认识。他们的授课让学生能够接触到该专业领域最前沿的研究成果和困境，如果结合自身所学和专家的启发，就能以最快的速度进入前沿科学研究领域（表2）。

3.重视传授理工结合的精髓和方法

钱学森认为，虽然自然科学是工程技术的基础，但它又不能包括工程技术中的规律。而从技术科学的研究方法来看，也是自然科学与工程技术研究方法的综合。但是，要把自然科学的理论应用到工程技术上去，并不是一个简单的推演工作，而是应该做科学理论和工程技术的综合工作。因此，有科学基础的工程理论既不是自然科学也不是工程技术，而是两部分有机组织的总和。结合他自身在麻省理工学院和加州理工学院的经历，他认为，麻省理工学院的培养模式是把基础理论与专业技术割裂开的，前两年是按照培养科学家的模式，而从第三年开始又变成了培养工程师的模式。因此，在近代力学系的课程设置中，钱学森刻意强调了如何做到真正的“理工结合”。如在参考书的选取上，《理论力学》补课课程采用钱学森建议的冯·卡门和比奥合著的《工程中的数学方法》作为参考书。这本书在方法上采取的是选取实际的、具有代表性的工程问题，并且通过解决这些问题来表明如何学习应用数学（页180-197），从而引导学生运用科学规律和恰当的数学方法计算求解，得出具体的数据结果，然后和事实观测数据对比，以检验建立的工程技术理论是否正确Ⅲ。换句话说，这本书代表了技术科学的教学理念：从实际问题出发，用数学方法解决实际工程问题，即传授“实际——理论——实际”的研究方法的精髓。

同时，钱学森十分强调技术科学家要对工程技术有足够的认识与理解，要求学生学习有关的工程技术知识，并与工程师交朋友，要与他们有共同语言，要有工程观点，对工程问题要有数量的概念。这些能力都要从学习领会工程设计原理和实践的过程中逐步获得。因此，在钱学森的支持和指导下，科大力学系在结合产学研结合和大搞群众科学运动的社会风潮成立了以学生为主要参与者的火箭研制小组，并将研制成果运用到了实际生产中，作为降雨催化剂的运载工具，成功实现了人工降雨（页36）。在这一过程中，产学研结合并未流于一场运动，而是实实在在地为生产所服务。并且，借此培养了学生理论联系实际的能力，从而在毕业以后能够较快地在适应科研岗位的需求。

钱学森对科大力学人才的培养倾注了大量心血，多次就近代力学系人才培养的方方面面撰写介绍，提出指导性意见或建议，如“力学和力学工程系介绍”“力学的现状及其发展方向”“中国科学技术大学里的基础课”“科学技术的研究工作和外文”“1961年在中国科学技术大学报告的提高”“谈谈工作与学习”“近代力学的内容和任务”“如何做好毕业论文”以及“在近代力学系毕业论文导师会上的发言”等。仅从标题就可以看出，钱学森从第一届力学系招生开始，便悉心照料、伴随着学生们的成长，这也是中国科学技术大学近代力学系建立过程的见证，足可反映出钱学森对中国科大力学系建设的深刻影响。

五钱学森技术科学人才培养思想在当代的价值

1964年1月，延期毕业半年的科大近代力学系1958级学生开始分配派遣。从分配方案看，将近三分之一的同学分配到中国科学院力学研究所，三分之一的同学分配到国防科研系统，其余三分之一的一半分配在部队，另一半分配在中央与省市机关或留校任教。第一届近代力学系毕业生留校同学有21人，其中4位在学校机关工作，另有17名在近代力学系里任教，较好地满足了各教研室、实验室在筹建过程中对专业人才的急需。在1958-1960级力学系各专业方向的学生中，先后走出了10多名科技将军、7名中国科学院院士和中国工程院院士（表3）以及许多国内外的知名教授、学者，不负钱学森当年“上天揽月、下洋捉鳖”的期望，他们在各个领域独当一面，成绩斐然。

应该说，中国科学技术大学是钱学森倾注精力最多的高校，他从加快我国航天事业后备人才培养的战略高度出发，实践了其“技术科学”人才教育理念，即科学和工程相结合，培养能适应不断变化的工程技术前沿的、具有良好的自然科学基础和领导能力的研究型工程师。回顾这段建系历史，可以发现在当时的高等教育培养目标下，在以专才教育理念为主的时代里，强调“理工结合和通才教育的培养模式”是极具探索精神的，而事实也证明这样的探索在科研型人才的培养上是成功的。

纵观21世纪的科技发展，人工智能、清洁能源、无人控制技术、量子信息技术、虚拟现实以及生物技术等新兴技术逐渐成为科技发展主流。现代科学技术本身衍生出来的需求和研究领域的交叉，进一步地推动了科学和技术的深度融合，“技术科学”的思想从科技发展的各个方面得到了验证。从人才需求的角度来看，培养理工结合，宽口径、交叉学科的人才，不仅是对尖端技术领域的前沿性学科，对工科学校的影响也非常明显。近些年来提出的“卓越工程师”培养计划以及“新工科”，都是在看到传统的理科和工科已不足以应对时代变革之后做出的调整。历史已证明，钱学森技术科学思想是适应科技发展的趋势的，回顾钱学森与科大近代力学系建立和初步发展的过程，结合现代科技发展的趋势和高等教育改革的方向，可以得到以下启示：一是高等教育仍要从世界科技发展的趋势和国家需求出发。目前来看各个学科的壁垒正在逐渐被打破，只有结合科技发展的趋势和国家的需求，才能形成人才培养方向的指示牌。二是既要重视基础科学，也要注重理工结合。在探索新科学、新技术的无人区域方面，基础科学是摸索过程中的指南针。三是要培养学生理论联系实际的能力，也就是从实际问題出发，运用理论建立模型，再将其应用到实际问题之中的能力。

有幸的是，在钱学森的“技术科学”人才培养思想的探索下，中国科学技术大学近代力学系成为了“理工结合”型人才培养教育理念探索的排头兵，中国科学技术大学其他各系科也受其影响，在培养复合型科技人才方面取得了丰硕的成果。在中国科大建校五十年时，钱学森曾提出希望科大能够培养“世界一流科学家和科技领军人才”。在中国科大建校六十年之际，学校再一次强调和深化了理工结合的培养理念，坚持“基础宽厚实，专业精新活”的培养特色，推行大类教育、专业培养的“2+x”培养模式，形成了具有科大特色的一流科技创新人才培养体系，离钱学森的期望又近了一步。