一、課程思政

材料力學(xué)課程思政的教學(xué)設(shè)計探索[注]

張九菊[注]，郭　煒

（北京石油化工學(xué)院　機械工程學(xué)院）

摘要：材料力學(xué)課程是高等工科院校中機械類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其涵蓋了較多的理論概念和復(fù)雜公式，在學(xué)習(xí)過程中，相當(dāng)一部分學(xué)生感到學(xué)習(xí)乏味、缺少學(xué)習(xí)動力。本文從材料力學(xué)課程中深入挖掘思政元素，重點從材料力學(xué)在中國的發(fā)展歷史，材料力學(xué)中的科學(xué)思維，材料力學(xué)中的工程倫理案例等方面入手去分析，通過適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)設(shè)計，將思政教育融入到材料力學(xué)課程的教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，滲透科技強國教育，培養(yǎng)出具有工匠精神的應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才。

關(guān)鍵詞：課程思政；科學(xué)思維；工程倫理；工程建模

引言

課程思政指以構(gòu)建全員、全程、全課程育人格局的形式將各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)，把“立德樹人”作為教育的根本任務(wù)的一種綜合教育理念。習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調(diào)“要用好課堂教學(xué)這個主渠道，思想政治理論課要堅持在改進中加強，提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學(xué)生成長發(fā)展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)”^[1]。

材料力學(xué)課程是一門理論性很強的基礎(chǔ)課程，側(cè)重于實驗、計算與工程實際應(yīng)用，教師普遍更擅長“授人以魚”，而學(xué)生雖然能夠掌握知識和技能，但少了情懷，需要提升其政治擔(dān)當(dāng)，引導(dǎo)大學(xué)生樹立“中國自信”。本文在此背景下對材料力學(xué)課程思政的教學(xué)設(shè)計進行探索。

1．材料力學(xué)課程思政建設(shè)的必要性

我國已經(jīng)進入一個全新的發(fā)展階段，科技空前發(fā)達(dá)、信息傳播空前迅速、物質(zhì)產(chǎn)品極大的豐富，但作為祖國未來棟梁的大學(xué)生，人文素養(yǎng)堪憂，主要表現(xiàn)在學(xué)生入學(xué)后學(xué)習(xí)態(tài)度、心理意愿、行為特點等方面有明顯不足，自制力低、自信心不足、政治熱情不高、思想政治觀念比較薄弱等方面^[2]。培養(yǎng)、提高大學(xué)生的人文素養(yǎng)、科學(xué)精神和認(rèn)知能力，在專業(yè)課中進行課程思政建設(shè)，通過課程思政的引領(lǐng)，推動理工科人才培養(yǎng)的高度與深度，培養(yǎng)大學(xué)生探索、未知、追求真理、永攀科學(xué)高峰的責(zé)任感和使命感，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國工匠精神。

2．材料力學(xué)課程思政元素挖掘

2.1　材料力學(xué)中華民族發(fā)展史

我國古代誕生了許多令世人驚嘆的瑰寶，這些偉大的工程凝聚了無數(shù)古人的智慧才干，其中蘊含了豐富的材料力學(xué)知識。我國在殷商時代，房屋建筑就采用了梁、柱、檀、椽的屋架結(jié)構(gòu)。山西五臺山佛光寺大殿創(chuàng)建于北魏孝文帝時期，并在唐代進行了重修，大殿斗拱共有7種。建于遼清寧二年的山西應(yīng)縣木塔是我國現(xiàn)存的最高最古老且是唯一一座木構(gòu)塔式建筑。在筑土壘石階段，磚石結(jié)構(gòu)建筑在兩漢已逐步有所發(fā)展，地下墓室建造已經(jīng)開始使用拱劵。小商橋位于河南漯河市，是一座單拱敞肩的古拱橋，此橋略早于隋代工匠李春所建的趙州橋，而趙州橋是跨度最大、保存最完整的單孔坦弧敞肩石拱橋，其建造工藝獨特、施工技術(shù)巧妙絕倫，其中應(yīng)用了磚石的抗壓縮性能特點^[3]，類似實例還有中國的世界文化遺產(chǎn)——萬里長城，其主要結(jié)構(gòu)為磚石結(jié)構(gòu)。我國古人在實踐工程中積累了豐富的經(jīng)驗和知識，為近代材料力學(xué)學(xué)科的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

進入新世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進和知識經(jīng)濟的迅速發(fā)展，特別是航空航天產(chǎn)業(yè)新勢力的崛起，“中國芯”成功進入航空航天核心領(lǐng)域；工業(yè)自動化不斷升級換代，人工智能機器人蓬勃發(fā)展，目前，無人機、人臉識別、語音識別等項目相繼落地實施；深海石油開采技術(shù)不斷取得重大突破，中國可燃冰開采技術(shù)獲得突破性進展，各種新型復(fù)合材料不斷被研發(fā)出來，使得材料力學(xué)所涉及的領(lǐng)域更加廣泛。

2.2　材料力學(xué)教學(xué)中科學(xué)思維方式培養(yǎng)

（1）工程建模思維能力的培養(yǎng)　力學(xué)建模是培養(yǎng)力學(xué)方面工程問題分析的重要環(huán)節(jié)，材料力學(xué)是在了解材料力學(xué)性能的基礎(chǔ)上研究構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性的問題，而材料的力學(xué)性能需要通過多次試驗進行測試確定，然后通過假設(shè)，忽略所研究變形構(gòu)件的一些次要因素，僅考慮與問題相關(guān)的主要因素，在此基礎(chǔ)上，對構(gòu)件受力情況進行簡化和分析，同時考慮構(gòu)件的幾何關(guān)系、物理關(guān)系和變形協(xié)調(diào)條件等，對構(gòu)件危險截面處的內(nèi)力進行求解，再分析危險點處應(yīng)力情況^[4]。在工程實例問題選擇上，教師盡量選擇當(dāng)前較為重大事件：例如奧運會場館的結(jié)構(gòu)分析、神舟五號發(fā)射中的強度問題、美輪美奐的水立方的外層膜結(jié)構(gòu)等都是利用了材料力學(xué)工程建模思維方式進行設(shè)計和建造。

（2）多角度思維能力培養(yǎng)　對于同一個問題或者同一部分內(nèi)容，可以引導(dǎo)學(xué)生從不同的角度進行分析、歸納、綜合、比較。多角度思維能力，能夠幫助學(xué)生深入理解基本知識、原理和公式，激發(fā)學(xué)生的求知欲，讓學(xué)生的思維活動由被動變?yōu)橹鲃印１热鐚τ诤唵蔚蔫旒芙Y(jié)構(gòu)，在求解桁架內(nèi)力時可以用節(jié)點法進行求解，也可以用截面法進行求解。再比如求解不同斜截面上的應(yīng)力時可以采用解析方法進行求解，也可以用畫圖的方法得到結(jié)果，盡管用兩種方法計算的結(jié)果一樣，但是學(xué)生的思維方式拓寬了，學(xué)習(xí)興趣和積極性也提高了，這種多角度思維方式的開發(fā)可以應(yīng)用在材料力學(xué)中的很多知識點上，這需要教師在材料力學(xué)的教學(xué)設(shè)計上搭設(shè)和創(chuàng)建更多學(xué)習(xí)和訓(xùn)練多角度思維方式的平臺。

（3）創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)　創(chuàng)新思維是指以新穎獨創(chuàng)的方法解決問題的思維過程，其本質(zhì)在于用新的角度、新的思考方法來解決現(xiàn)有的問題。創(chuàng)新能力的形成要求不畏常規(guī)，勇于超越，同時需要有利于培養(yǎng)創(chuàng)新能力的環(huán)境和實踐活動，實踐是創(chuàng)新能力形成的動力和源泉。實驗是作為理論的基礎(chǔ)和驗證，是培養(yǎng)學(xué)生動手能力和綜合求解能力的有效方法。教師可以開展力學(xué)團體實驗競賽活動為契機，創(chuàng)新材料力學(xué)實驗教學(xué)體系和內(nèi)容，增強實踐教學(xué)質(zhì)量。除此之外，材料力學(xué)課程與工程實際緊密相連，利用實際生活或工程中的問題將理論知識轉(zhuǎn)化為實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機和學(xué)習(xí)興趣，同時也能培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維能力，而發(fā)散性思維是創(chuàng)新思維的重要來源，也是創(chuàng)新思維的核心^[5]。

2.3　材料力學(xué)中工程倫理案例

材料力學(xué)的任務(wù)是在滿足強度、剛度和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，以最經(jīng)濟的代價，為構(gòu)件確定合理的形狀和尺寸，選擇合適的材料，為構(gòu)件設(shè)計提供必要的理論基礎(chǔ)和計算依據(jù)。其實質(zhì)是如何解決構(gòu)件設(shè)計中的安全與經(jīng)濟的問題，這就要求工程技術(shù)人員不僅要掌握技術(shù)知識和能力，同時要求具有技術(shù)的態(tài)度和情感^[6]。所以在工程教育中要培養(yǎng)學(xué)生從哲學(xué)的角度進行分析，運用辯證唯物主義的基本原理來辨別是非，以誠信建設(shè)為重點，加強社會公德、職業(yè)道德、家庭美德、個人品德的重要性，注重強化學(xué)生工程倫理教育，激發(fā)學(xué)生科技報國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。

3．課程思政融入課程內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計

完善材料力學(xué)課程的教學(xué)體系，梳理課程中的內(nèi)容關(guān)系。通過梳理教學(xué)內(nèi)容，分析和提煉課程教學(xué)內(nèi)容中的思政教育資源，同時在教學(xué)過程中，選用符合專業(yè)實際情況的例題或者習(xí)題進行講解。材料力學(xué)課程思政設(shè)計方案如圖1所示，首先在材料力學(xué)課程中挖掘思政元素，可從材料力學(xué)的民族發(fā)展史、材料力學(xué)教學(xué)中科學(xué)思維方式培養(yǎng)、材料力學(xué)中工程倫理案例等方面進行探究和尋求，并將思政元素融入到材料力學(xué)課程的教學(xué)中，對教學(xué)形成評價，從中發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問題，結(jié)合教學(xué)大綱及教學(xué)目標(biāo)進行改進，再從材料力學(xué)課程中進行深度挖掘思政元素，如此循環(huán)，使材料力學(xué)課程構(gòu)建教學(xué)質(zhì)量可持續(xù)改進體系，以切實提升高校人才培養(yǎng)質(zhì)量。

材料力學(xué)課程思政設(shè)計思路可從以下幾部分進行開展。

思政元素的融入是在對材料力學(xué)課程本身的深刻理解基礎(chǔ)之上進行的，隨著對本課程專業(yè)知識脈絡(luò)的深入領(lǐng)會和梳理，教師自身精神世界的成長和豐富，思政元素融入點、融入方式也隨之提升，思政融入設(shè)計主要包括以下幾方面目標(biāo)。

3.1　掌握材料力學(xué)的基礎(chǔ)知識

通過課堂講授、課堂測驗和布置課外作業(yè)，讓學(xué)生掌握材料力學(xué)中的基本概念、基本理論和基本方法。掌握內(nèi)力、應(yīng)力、應(yīng)變、變形、強度、剛度和穩(wěn)定性概念和計算能力。具體知識點，桿件基本變形的內(nèi)力圖、橫截面上的應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律及相應(yīng)基本變形的強度和剛度計算；應(yīng)力狀態(tài)和強度理論；組合變形下桿件的強度計算；軸向受壓桿的臨界載荷，臨界應(yīng)力和穩(wěn)定性計算等。通過理論知識的講解，期望對學(xué)生的世界觀、人生觀、價值觀產(chǎn)生積極影響。

3.2　具有實際工程問題分析和初步的解決復(fù)雜工程問題的能力

通過本課堂研討、習(xí)題討論、課堂測驗和家庭作業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生獲得如下能力：①學(xué)生對材料力學(xué)中的基本概念、假設(shè)和結(jié)論有正確的理解；了解材料力學(xué)應(yīng)用的工程背景，具有將一般構(gòu)件簡化為力學(xué)簡圖的分析能力。②能夠畫出桿件基本變形的內(nèi)力圖，掌握橫截面上的應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律，并能熟練地進行強度和剛度計算。③對應(yīng)力狀態(tài)和強度理論有明確的認(rèn)識，并能用于進行組合變形下桿件的強度計算。④會計算軸向受壓桿的臨界載荷、臨界應(yīng)力并穩(wěn)定性計算。⑤對金屬材料的力學(xué)性能有較全面的了解。

在講述材料力學(xué)基本理論時滲透工程中具體應(yīng)用實例，比如說某些事故——橋梁的垮塌，塔吊的傾覆等。這些教訓(xùn)也是警示我們重視工程質(zhì)量，尤其是在設(shè)計時就要研究最壞情況下的材料力學(xué)參數(shù)設(shè)計。讓學(xué)生知道學(xué)好本門課程是今后實施工程項目的基礎(chǔ)，同時也是對人民生命財產(chǎn)負(fù)責(zé)。這也是思政教育的重要作用。把枯燥無味的理論知識變成一個一個具體的實際工程應(yīng)用案例，讓學(xué)生深刻體會到學(xué)以致用，這是以結(jié)果為導(dǎo)向的教學(xué)方法，是“學(xué)會”這個結(jié)果讓學(xué)生產(chǎn)生愉悅的體驗。

3.3　具有科學(xué)的學(xué)習(xí)方法和團隊合作與交流能力

通過階段考核和課堂分組討論，讓學(xué)生認(rèn)識到及時總結(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容對學(xué)習(xí)的重要性，培養(yǎng)學(xué)生分析問題解決問題能力，提高團隊合作和一定的創(chuàng)新能力。

3.4　幫助學(xué)生了解我國人民在力學(xué)方面的實踐和貢獻(xiàn)，增強民族自豪感和文化自信心

在教學(xué)中通過圖片，視頻等手段，展示我國古代在力學(xué)方面的實踐，特別是當(dāng)代在科技和工程中的巨大成就，使學(xué)生認(rèn)識我國的力學(xué)大師，了解我國的科學(xué)進步，增強自豪感和文化自信，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷。

4．結(jié)論

本文從不同的方面提出了一些滲透在材料力學(xué)課程中的思政元素，這些元素能夠豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)造輕松的課堂氣氛，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提升課堂教學(xué)效果。材料力學(xué)課程思政的教學(xué)設(shè)計不僅加強了專業(yè)教師自身的人文素養(yǎng)和人文精神，實現(xiàn)了知識傳授與價值引領(lǐng)的有機統(tǒng)一，推進了“三全育人”綜合改革，發(fā)揮了教師的引路人角色。同時，滲透了科技強國教育，培養(yǎng)了學(xué)生工匠精神，通過思政元素的融入，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的人生觀、價值觀和科學(xué)觀的方法論、實踐論，為實現(xiàn)應(yīng)用型人才綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)起到極其重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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