【产学研王教授视点】摘要：在科技日新月异、工程领域人才需求急剧攀升的背景下，培养具备扎实工程素养与创新能力的青少年人才成为教育领域的核心任务。力学作为工程科学的基石学科，在青少年成长过程中发挥着举足轻重的作用。本文剖析力学教育如何构建起连接知识与实践、兴趣与潜能的桥梁，以培育出兼具深厚力学基础、创新思维与实践能力的未来工程栋梁。通过全面审视力学教育在青少年成长中的深远意义、当前教育现状的痛点及成因，提出系统性、针对性的教育策略与方法，旨在为青少年力学教育的可持续发展提供理论支撑与实践指导，助力青少年在工程领域开启璀璨未来。

一、引言

工程领域的蓬勃发展是推动社会进步与经济繁荣的核心动力。从摩天大楼的巍峨耸立，到高速铁路的纵横交错；从智能机器人的灵活运作，到航天飞船的遨游星际，每一项工程奇迹的背后都离不开力学原理的精准支撑。力学作为研究物体机械运动规律及与力相互作用的基础学科，是连接基础科学与工程应用的桥梁纽带。对于青少年而言，力学教育是科学知识体系构建的关键环节，开启工程思维、培养实践能力的关键钥匙。在青少年阶段引入系统且富有吸引力的力学教育，能有效激发他们对工程领域的浓厚兴趣，为其未来投身工程事业筑牢坚实根基。深入探索如何借助力学教育搭建教育之桥，培育青少年工程之才，具有重大的战略意义与现实价值。

二、力学教育在青少年成长中的多维意义

（一）构建科学知识体系的基石与纽带

力学作为物理学的基础分支，其知识体系犹如一张精密的网，贯穿于自然科学的各个领域。在青少年成长阶段，力学知识是他们打开科学世界大门的钥匙。从简单直观的重力、弹力、摩擦力概念，到复杂深奥的牛顿运动定律、动量守恒定律、能量守恒定律等，力学知识循序渐进地帮助青少年构建起科学的知识框架。通过学习力学，青少年能够以科学的视角深入理解日常生活中的各种物理现象。汽车刹车时为何会逐渐停止，是因为摩擦力对汽车做负功，消耗了汽车的动能；抛出的物体为何会呈现抛物线运动轨迹，是由于重力始终对物体施加向下的作用力，与物体的初速度共同决定了其运动路径。这种对基础科学知识的扎实掌握，有助于他们在学校其他学科（如物理、数学、化学等）的学习中融会贯通，为他们未来进一步深入学习工程科学、航空航天、机械制造、土木工程等专业领域知识提供了坚实的理论支撑。力学就像一条无形的纽带，将基础科学与工程应用紧密相连，使青少年在知识探索的道路上能够顺利跨越学科界限，实现知识的迁移与应用。

（二）培养工程思维与创新能力的核心引擎

工程思维是一种将科学原理应用于实际问题解决，注重系统分析、设计优化和实践操作的综合性思维方式。力学教育在培养青少年工程思维方面具有独特的优势与不可替代的作用。在力学学习过程中，青少年需要面对各种复杂的实际问题，如设计一个能够承受特定重量的桥梁结构模型、分析物体在复杂受力情况下的运动规律与稳定性等。通过解决这些问题，他们学会从整体角度审视问题，将复杂系统分解为若干相互关联的简单部分进行深入分析，并运用所学力学知识进行系统设计与优化。在设计桥梁模型时，青少年需要考虑桥梁的跨度、承重能力、材料选择、结构形式等多个因素，通过运用力学原理进行计算和分析，不断调整和优化设计方案，以达到最佳的性能指标。这种系统分析与设计优化的过程，正是工程思维的核心体现。

力学实验和项目实践为青少年提供了广阔的创新空间。在实验中，他们可以突破传统实验方法的束缚，尝试采用新的实验装置和技术手段，以获得更准确、更全面的实验数据；在项目实践中，他们可以发挥想象力，设计出独具创意的工程方案。在制作简易机器人时，青少年可以结合力学原理和电子技术，设计出具有独特运动方式和功能的机器人。这种在力学学习和实践过程中不断探索、尝试与创新的过程，能够有效激发青少年的创新思维，培养他们勇于突破传统、敢于尝试新事物的精神，为他们在未来工程领域中开展创新工作奠定坚实基础。

（三）提升实践操作与问题解决能力的关键途径

力学是一门实践性极强的学科，理论与实践紧密结合是力学教育的重要特征。通过参与力学实验、模型制作、项目实践等活动，青少年能够将课堂上学到的理论知识灵活运用到实际操作中，从而加深对知识的理解和掌握。在实验过程中，他们需要亲自动手搭建实验装置、调整实验参数、记录实验数据，并运用所学知识对实验结果进行深入分析和解释。这一系列操作锻炼了他们的动手能力，培养了他们严谨的科学态度和细致的观察力。在进行“探究加速度与力、质量的关系”实验时，青少年需精确控制实验条件，如小车的质量、绳子的拉力等，通过多次实验获取数据，运用数据分析软件对数据进行处理和分析，最终得出实验结论。这种严谨的实验操作过程，使青少年深刻体会到科学研究的规范性和严肃性。

在面对实际工程问题时，青少年需要运用力学知识对问题进行全面分析，找出问题的关键所在，并设计出合理的解决方案。在制作简易桥梁模型时，需要考虑桥梁的承重能力、稳定性、材料选择等因素，通过不断尝试和改进，最终完成一个满足要求的作品。在这个过程中，青少年可能会遇到各种困难和挑战，如桥梁承重不足、结构不稳定等，但他们需要运用所学知识，分析问题的原因，并提出改进措施。这种在实践中发现问题、解决问题的能力，将使青少年在未来面对各种复杂挑战时能够从容应对，成为具有实际工程能力的优秀人才。

（四）激发对工程领域的兴趣与热情的催化剂

力学在工程领域的广泛应用能够极大地激发青少年对工程学科的兴趣。当青少年了解到力学知识在桥梁建设、航空航天、汽车制造、机器人技术等众多领域的神奇作用时，他们会对这些领域产生强烈的好奇心和探索欲望。看到宏伟壮观的大桥横跨江河，他们会好奇桥梁是如何承受车辆和行人的重量而不倒塌的，这背后涉及到复杂的力学结构分析和设计原理；了解到火箭能够冲破地球引力进入太空，他们会惊叹于力学原理在航天工程中的关键作用，如火箭推进过程中的力学计算、轨道设计等。这种对工程领域实际应用的直观感受，能够点燃青少年内心对工程事业的热情，引导他们主动去了解、学习和探索相关知识和技能，为未来投身工程领域埋下兴趣的种子。

力学实验和项目实践中的趣味性和挑战性也能够进一步激发青少年的学习兴趣。在实验中，青少年通过亲手操作实验设备，观察到各种奇妙的物理现象，如弹簧的伸缩、物体的运动轨迹变化等，这种直观的体验能够让他们感受到力学的魅力。在项目实践中，青少年可以发挥自己的创造力，设计出具有独特功能的作品，当作品成功完成并达到预期效果时，他们会获得巨大的成就感和满足感，从而更加坚定对工程领域的追求。

三、当前青少年力学教育现状及深层问题分析

（一）教育重视程度不足：理念滞后与功利导向的双重困境

尽管力学教育对青少年成长具有重要意义，但在实际教育过程中，其重视程度仍显不足。在学校教育中，力学知识往往分散在物理课程的不同章节中，缺乏系统性和深入性。由于教学时间有限，教师往往更注重力学理论知识的传授，而忽视了力学与工程实践的结合，导致学生对力学知识的应用场景缺乏直观认识。在讲解杠杆原理时，教师可能只是简单地介绍杠杆的平衡条件和计算公式，而没有结合实际生活中的杠杆应用案例（如撬棍、剪刀等）进行深入分析，学生难以理解杠杆原理在实际工程中的重要性。

在升学考试压力下，力学知识更多被视为应试内容，学生为了考试而学习，难以真正体会到力学的魅力和价值。教师在教学过程中往往围绕考试大纲展开教学，注重对重点知识点的反复讲解和练习，而忽视了对力学思维和创新能力的培养。这种功利导向的教育理念，使得力学教育失去了其应有的教育意义，无法充分发挥其在培养青少年工程素养方面的作用。

（二）教学方法单一：传统模式与创新需求的严重脱节

目前，青少年力学教学多采用传统的讲授式教学方法，教师主导课堂，学生被动接受知识。在这种教学模式下，学生缺乏主动参与和思考的机会，课堂气氛较为沉闷。虽然多媒体教学技术在一定程度上丰富了教学手段，但很多情况下只是将板书内容转化为电子课件，教学方式并未发生实质性改变。在讲解力学公式时，教师可能只是通过PPT展示公式的推导过程，而没有引导学生进行自主思考和探究，学生难以真正理解公式的物理意义和应用条件。

力学实验作为培养学生实践能力和创新思维的重要环节，在实际教学中也存在诸多问题。部分学校由于实验设备不足、实验课程安排不合理等原因，导致学生动手实验的机会较少，实验内容往往局限于一些验证性实验，缺乏创新性和挑战性。在“验证牛顿第二定律”实验中，学生只是按照教材上的步骤进行操作，记录数据并得出结论，而没有对实验过程进行深入思考和改进，无法充分发挥实验在力学教学中的作用。这种传统的教学方法无法满足青少年对力学学习的创新需求，难以激发他们的学习兴趣和积极性。

（三）师资力量薄弱：专业知识与实践经验的结构性失衡

力学教育对教师的专业素养和教学能力要求较高，既需要教师具备扎实的力学专业知识，又需要他们能够将复杂的力学知识以通俗易懂的方式传授给学生，并引导学生将力学知识与工程实践相结合。目前部分学校从事力学教学的教师存在专业知识更新不及时、工程实践经验缺乏等问题。

一些教师长期脱离工程实际，对力学在工程领域的最新应用和发展趋势了解不足，在教学过程中难以将工程案例融入教学内容，导致教学内容与实际工程需求脱节。在讲解结构力学时，教师可能只是介绍一些传统的结构分析方法和理论，而没有涉及到现代工程中常用的有限元分析等先进技术，学生无法了解力学在工程实际中的最新应用。由于缺乏系统的师资培训机制，教师在教学方法创新、课程设计等方面的能力提升受到限制，无法满足青少年力学教育对高素质师资队伍的需求。

（四）教育资源匮乏：硬件设施与软件资源的双重短板

优质的教育资源是开展有效力学教育的重要保障。但在现实中，青少年力学教育资源相对匮乏。教材方面，虽然市面上有众多物理教材，但专门针对青少年力学教育的系统性、趣味性教材较少，部分教材内容陈旧，缺乏与现代工程技术和生活实际的联系。一些教材中的例题和习题仍然以传统的物理模型为主，没有涉及到现代工程中的实际问题，学生难以将所学知识与实际工程应用相结合。

在课外学习资源方面，适合青少年的力学科普读物、在线课程、实验套件等资源相对不足，学生难以在课堂之外获得丰富多样的力学学习资料和实践机会。学校与科研机构、企业之间的合作不够紧密，学生缺乏实地参观、实习和实践的机会，无法亲身体验力学在工程领域的实际应用，限制了他们对工程领域的深入了解和认识。学生可能只是通过图片和视频了解火箭发射的过程，而没有机会到发射基地实地参观，感受火箭发射的震撼场面和力学在其中所起的关键作用。

四、力学教育搭建教育之桥，培育青少年工程之才的系统策略与方法

（一）更新教育理念，强化力学教育重视度的多维举措

1、构建科学的教育评价体系：学校和教育部门应充分认识到力学教育在青少年成长和工程人才培养中的重要作用，更新教育理念，将力学教育纳入学校整体教育规划，提高其在学校课程体系中的地位。在课程设置上，可以单独开设力学课程或增加力学在物理课程中的比重，构建系统、完整的力学知识体系。改变以考试成绩为唯一评价标准的教育观念，注重对学生力学知识应用能力、工程思维能力和实践创新能力的评价。通过开展力学项目实践、实验操作考核、工程方案设计等活动，综合评价学生的学习成果，引导学生将学习重点从单纯的知识记忆转向知识运用和能力培养。建立多元化的评价主体，包括教师评价、学生自评和互评，使评价结果更加客观、全面。

2、加强政策引导与支持：政府和教育部门应出台相关政策，鼓励学校开展力学教育改革与创新，加大对力学教育的投入。设立力学教育专项基金，用于支持学校购买实验设备、开展教学研究、组织学科竞赛等活动；对在力学教育方面取得突出成绩的学校和教师进行表彰和奖励，激发学校和教师开展力学教育的积极性。加强对力学教育的宣传和推广，提高社会对力学教育的认识和重视程度，营造良好的力学教育氛围。

（二）创新教学方法，激发学生学习兴趣的多元路径

1、采用探究式教学法：改变传统讲授式教学模式，引入探究式教学法，让学生在自主探究过程中学习力学知识。教师提出具有启发性的问题或设置实际工程情境，引导学生通过查阅资料、设计实验、分析数据等方式，自主探索力学规律。在学习摩擦力时，教师可以让学生探究不同材质、不同压力条件下摩擦力大小的变化规律，学生在探究过程中不仅能够深入理解摩擦力概念，还能培养科学探究能力和问题解决能力。在探究过程中，教师应给予学生充分的自主空间，同时适时进行指导和引导，帮助学生解决遇到的问题。

2、运用项目式学习法：项目式学习是一种以实际项目为载体，让学生在完成项目过程中学习知识和技能的教学方法。在力学教学中，教师可以设计一些与工程实际紧密结合的项目，如设计并制作一个简易起重机、搭建一个抗震建筑模型等。学生以小组为单位，共同完成项目方案设计、材料选择、模型制作和测试改进等环节。通过项目式学习，学生能够将力学知识与工程实践有机结合，提高团队协作能力、工程思维能力和实践操作能力。在项目实施过程中，教师应注重对学生项目管理和沟通能力的培养，引导学生学会合理分工、协调合作，共同解决项目中遇到的问题。

3、结合信息技术手段：利用多媒体、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等信息技术手段，丰富力学教学形式，增强教学的直观性和趣味性。例如，通过动画演示力学原理，让学生更清晰地观察物体在受力情况下的运动变化；利用VR技术模拟工程场景，让学生身临其境地感受力学在工程中的应用，如进入火箭发射现场，了解力学在火箭起飞过程中的关键作用。这些信息技术手段能够打破时间和空间的限制，为学生提供更加丰富、生动的学习体验，激发他们对力学学习的兴趣。教师可以引导学生利用信息技术工具进行力学模拟实验和数据分析，培养学生的信息素养和创新能力。

（三）加强师资队伍建设，提升教师专业素养的系统工程

1、开展专业培训与继续教育：定期组织力学教师参加专业培训，邀请力学领域专家、学者和一线工程师进行授课，更新教师的专业知识结构，让教师了解力学学科的最新研究成果和工程应用动态。培训内容可以包括力学前沿理论、工程案例分析、实验教学技巧等方面，帮助教师拓宽视野，提高教学水平。鼓励教师参加继续教育课程，攻读硕士、博士学位或参加专业进修班，不断提升自己的学历层次和专业素养。

2、鼓励教师参与工程实践：学校应积极与科研机构、企业建立合作关系，为教师提供参与工程实践的机会。教师通过参与实际工程项目，能够积累丰富的工程经验，将工程实践中的真实案例融入教学内容，使教学更加贴近实际需求。教师可以参与桥梁设计、机械制造等工程项目，了解工程中力学问题的解决方法和实际应用技巧，然后将这些经验传授给学生。教师在工程实践中发现教学中存在的问题，为教学方法和课程内容的改进提供依据。

3、建立教师交流平台与激励机制：搭建力学教师交流平台，促进教师之间的经验分享与合作。通过组织教学研讨会、教学观摩活动、线上交流论坛等形式，让教师们相互学习、相互启发，共同探讨力学教学中的热点和难点问题，分享教学心得和创新教学方法，推动力学教师队伍整体素质的提升。建立激励机制，对在力学教学和科研方面取得突出成绩的教师给予物质奖励和精神表彰，如设立教学优秀奖、科研成果奖等，激发教师的工作积极性和创造力。

（四）丰富教育资源，拓展学生学习渠道的立体网络

1、开发优质教材与科普读物：组织专家学者和一线教师编写适合青少年学习的力学教材和科普读物。教材内容应注重系统性和趣味性，结合青少年认知特点，采用生动形象的图片、案例和故事，将复杂的力学知识简单化、生活化。在讲解杠杆原理时，通过讲述阿基米德“给我一个支点，我能撬动地球”的故事，引入杠杆的概念和应用。科普读物则可以以轻松幽默的方式介绍力学在工程、科技、生活等领域的奇妙应用，激发学生对力学的兴趣。教材和科普读物应紧跟时代发展，及时更新内容，反映力学学科的最新成果和工程应用。

2、建设在线学习平台与资源库：利用互联网技术，建设力学在线学习平台，为学生提供丰富多样的学习资源。平台可以包括力学课程视频、实验演示视频、在线测试、学习论坛等功能模块。学生可以根据自己的学习进度和需求，自主选择学习内容，随时随地进行学习。建立力学教育资源库，收集整理国内外优秀的力学教学课件、教案、实验案例、学术论文等资源，供教师和学生免费下载和使用。通过在线学习平台和资源库的建设，打破地域和时间的限制，实现优质教育资源的共享。

3、加强校企合作，拓展实践基地：学校应积极与企业、科研机构合作，建立稳定的力学实践基地。定期组织学生到实践基地参观学习，让学生亲身感受力学在工程实际中的应用。组织学生到汽车制造企业参观汽车生产线，了解力学在汽车设计、制造和性能测试中的重要作用；到建筑工地参观建筑施工过程，观察力学原理在建筑物结构设计、施工工艺中的应用。企业为学生提供实习机会，让学生在企业工程师的指导下参与实际工程项目，提高学生的实践能力和职业素养。学校与企业应建立长期稳定的合作关系，共同制定人才培养方案，实现学校教育与企业需求的无缝对接。

（五）开展学科竞赛与社团活动，营造良好学习氛围的生态体系

1、组织力学学科竞赛：举办各类力学学科竞赛，如力学模型制作比赛、力学知识竞赛、工程创新设计大赛等，为学生提供展示力学学习成果和创新能力的平台。学科竞赛能够激发学生的竞争意识和创新思维，促使他们更加深入地学习力学知识，提高实践操作能力。在竞赛过程中，学生需要运用所学力学知识解决实际问题，通过团队合作完成竞赛项目，这有助于培养学生的团队协作精神和沟通能力。学校和企业应共同参与竞赛的组织和赞助，为竞赛提供资金支持和专业指导，提高竞赛的质量和影响力。

2、成立力学社团与学术小组：学校可以成立力学社团，吸引对力学感兴趣的学生加入。社团可以定期开展力学实验活动、科普讲座、学术交流等活动，为学生提供一个交流和学习的场所。在社团活动中，学生可以自由探讨力学问题，分享学习经验，共同开展力学小课题研究。社团还可以邀请力学专家、工程师作为指导老师，为学生提供专业指导和建议，帮助学生拓宽学术视野，提高学术水平。同时，鼓励学生成立学术小组，针对力学领域的热点问题进行深入研究，培养学生的科研能力和创新精神。

五、结论

力学教育作为连接青少年科学知识与工程实践的坚固桥梁，在培育青少年工程之才方面具有不可估量的深远意义。通过深入剖析力学教育在青少年成长中的多维价值、全面审视当前教育现状的痛点及成因，并从更新教育理念、创新教学方法、加强师资队伍建设、丰富教育资源和开展学科竞赛与社团活动等多个维度提出系统性、针对性的教育策略与方法，我们能够有效提升青少年力学教育的质量和水平，激发他们对力学和工程领域的浓厚兴趣与无限热情，培养他们的工程思维、创新能力、实践操作能力和问题解决能力。

在未来的教育发展中，我们应充分重视力学教育，将其作为培养创新型工程人才的重要战略举措，不断探索和完善力学教育模式，加强学校、企业、科研机构之间的合作与交流，整合各方优质教育资源，为青少年搭建更加坚实、多元的教育之桥。只有这样，我们才能助力青少年成长为具有扎实力学基础、创新思维和实践能力的未来工程栋梁，为我国工程领域的发展注入源源不断的新鲜血液，推动我国工程科技事业迈向新的辉煌高度，在全球工程竞争的舞台上绽放光彩。