將“立德樹人”理念融入《工程力學》課程教學中的嘗試

陳璐

（貴州師范大學材料與建筑工程學院，貴州 貴陽 550001）

陳寶生部長在2019年全國教育工作會議上的講話中指出：“要讓立德樹人回歸社會、回歸家庭、回歸生活，以新的方式推進立德樹人工作，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人?！绷暱倳浱岢隽恕拔逵⑴e”、“六個下功夫”，強調(diào)凡是不利于實現(xiàn)立德樹人這個目標的做法都要堅決改過來，指出立德樹人是高校教學的根本任務，要發(fā)揮課堂的主渠道作用，打造高效課堂[1]。

面對當前高等教育全面加強“立德樹人”工作的要求，工科教學面臨著極大的挑戰(zhàn)。當前工科教學往往重視科學知識和技能技術(shù)的培養(yǎng)，而忽視了人文素養(yǎng)方面的教育[2-5]。筆者在《工程力學》課程教學中也有深刻的體會?！豆こ塘W》是工科材料專業(yè)及相關(guān)專業(yè)一門重要的專業(yè)課，是研究物體的機械運動規(guī)律以及構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性等計算原理的科學。任何工程中，物體的受力、運動、變形、失效、破壞等力學現(xiàn)象無所不在，力學分析計算在工程設(shè)計中占據(jù)著重要的地位。該門課程以嚴謹?shù)臄?shù)學邏輯性和理論推導為表現(xiàn)形式，系統(tǒng)性強，有些章節(jié)比較抽象，難以理解。教學工作者多偏重于提高學生掌握理論知識的能力，往往重技能而無人文，難以達到立德樹人的培養(yǎng)目標[6-7]。立德，就是堅持德育為先，通過正面教育來引導人、感化人、激勵人；樹人，就是堅持以人為本，通過合適的教育來塑造人、改變?nèi)恕l(fā)展人。本文就筆者在教學中的體會，談談在《工程力學》教學過程中豐富相關(guān)科學內(nèi)容，傳遞人文關(guān)懷，在品德和社會責任感等方面培養(yǎng)學生的嘗試。

一、通過課程知識內(nèi)容啟發(fā)學生

工程力學課程雖然理論性強，概念、定律、公式多，但其中也蘊含著豐富的人文哲理。在教學過程中，將人文精神融入專業(yè)技術(shù)課程，從哲學角度來分析和認識工程力學的基本知識，從日常生活中提煉相關(guān)力學元素，又滲透回生活和學習中，一方面引起學生興趣，營造輕松愉快的課堂教學氛圍；另一方面使學生更好地理解所學知識，并應用到設(shè)計計算中。

1.利用竹子強度啟迪堅韌不拔的精神

在學習強度的時候，有這樣一個現(xiàn)象：根據(jù)材料力學實驗測定，竹材的收縮量很小，而彈性和韌性卻很高，有的竹材抗拉強度甚至能達到普通鋼材的一半。并且如果按照單位重量計算抗拉能力，竹材還要比鋼材強2-3倍。為什么竹子的抗拉能力強？因為竹子是空心的，空心桿的抗彎能力和抗扭能力要比同樣橫截面積的實心桿大得多，并且在保證一定的壁厚的條件下，隨著空心桿內(nèi)、外徑之比增大，抗彎和抗扭能力也會隨之增加。

這一科學現(xiàn)象可以上升到哲學的高度來加以認識，正是由于竹子的“虛心”，才有了更強的實力。能引導學生從中感受到做人的道理，要像竹子一樣堅強、正直、虛心，自己才能越來越強大，并且面對困難和挫折時，堅強地面對，做一個謙虛正直的人。

另外，在暴風驟雨中，有些參天大樹都被連根拔起，但竹子雖然枝條狂舞，主干卻能屹立不倒。引導學生仔細觀察竹子，發(fā)現(xiàn)竹子的根系深而廣，對比教材中學到的固定端約束，可以引導學生體會無論做什么都只有打好堅實的基礎(chǔ)，“根深才能葉茂”，在不斷向上的過程中才能高而不折。而竹子下粗上細，也是不懼風雨的原因之一，這是大自然造就的，受力越大橫截面積越大，受力越小橫截面積也小，不易折斷的“等強度梁”。在受到最為暴烈的風雨侵襲之后，竹子會彎曲卻不會像樹木被折斷，風雨之后又能擺動自如。啟迪學生追求科學既需要有深厚的根基，還需要百折不撓、能屈能伸的精神。只有不懼苦難，不怕外界的風雨，就算一時失意，也不要萎靡不振被打垮，只有堅韌不拔，才能取得成功。要有竹的精神“千磨萬擊還堅勁，任爾東西南北風”。

回答這些問題時，學生首先要思考理工科的知識，這加深了學生對知識的理解，在試著解答時，又能聯(lián)系自身，提高學生的認知水平、文化素養(yǎng)和道德品質(zhì)。

2.利用連接件問題啟迪認真謹慎的態(tài)度

工程中的零、構(gòu)件之間，往往采用鉚接、榫接、銷釘連接、鍵連接等方式彼此連接。鉚釘、螺栓、鍵和銷釘?shù)冉y(tǒng)稱為連接件。連接件在工作中主要承受剪切和擠壓。20世紀初到二戰(zhàn)時的橋梁、輪船和軍艦，包括南京長江大橋，都是靠鉚釘把鋼板連接起來組建的（圖1）。

圖1 鉚釘連接鋼板示意圖

20世紀初英國建造的由大型金屬鋼板結(jié)構(gòu)材料組裝成的世界上最大的豪華郵輪“泰坦尼克號”，在首航美國的途中不幸被漂浮的冰山撞沉，造成了當時世界航海史上最大的海難事故。近百年來，科學家普遍推測事故發(fā)生的原因是鋼板質(zhì)量存在問題。但經(jīng)過對打撈出來的泰坦尼克號的鋼板和鉚釘殘骸的分析檢驗，才發(fā)現(xiàn)體積小，比起鋼板來造價便宜，極不起眼的鉚釘，卻是泰坦尼克號撞上冰山后沉沒的主要原因。泰坦尼克號撞擊冰山后，鋼板受壓變形，質(zhì)量不合格的劣質(zhì)鉚釘被剪切斷裂后形成裂口，海水逐漸涌入船艙致使輪船沉沒。

千里之堤，潰于蟻穴。一艘巨輪，是靠千千萬萬顆小小的鉚釘把巨大的鋼板連接起來形成的一個整體。每一座橋梁、每一棟房屋、每一條道路，在設(shè)計計算的時候如果忽略細節(jié)，不謹慎對待，不對每一個零部件把好關(guān)，特別是對工科同學來說，在工程設(shè)計中的微小計算錯誤，都有可能惹來極大禍患。筆者在課堂上講授以剪切和擠壓變形為主的連接件時用以上案例做比喻，起到了非常好的效果。同學們更能認識到設(shè)計時應保持認真謹慎的態(tài)度，細心多次的復核的重要性。

3.通過鑄鐵抗壓性能啟迪自信豁達的品格

《工程力學》課程中最重要的實驗之一是以低碳鋼和鑄鐵為代表的塑性材料和脆性材料的拉伸和壓縮。塑性材料的特點是不易變形，低碳鋼表現(xiàn)出色，軸向拉伸和軸向壓縮時的許用應力均為170MPa，抗拉和抗壓能力都很強。而脆性材料易變形，灰口鑄鐵在軸向拉伸時的許用應力僅為30-50MPa，還不到低碳鋼的一半?？雌饋泶嘈圆牧蠎摫惶蕴?，鑄鐵卻在軸向壓縮時表現(xiàn)出了良好的抗壓性能，可以達到160－200MPa，并且鑄鐵的造價低于低碳鋼。在需要抗拉的時候，使用脆性材料不能起到良好的作用，并且很有可能造成斷裂的嚴重后果；在需要抗壓的時候，脆性材料卻能勝任并且在經(jīng)濟方面具有優(yōu)勢。這一現(xiàn)象給我們的啟示是：看起來再弱小的人，在某些方面也可能很強大，只要對自己有正確的認知，不要狂妄自大更不要妄自菲薄，找準自己的位子，每一個人都可以在適合自己的崗位上發(fā)光發(fā)熱。

4.借用冷作硬化現(xiàn)象啟迪沉著冷靜的心態(tài)

如圖2所示，塑性材料在軸向拉伸時要經(jīng)歷四個階段：彈性階段（ob）、屈服階段（bc）、強化階段（ce）和縮頸斷裂階段（ef）。工程上有時候需要提高塑性材料的彈性性能，繼續(xù)加載是不可能達到的。只有將材料拉伸至強化階段，卸載以后再加載，材料的比例極限才能增大，由a點增高至d點，彈性性能也自然得到了提高。這個過程稱之為冷作硬化或加工硬化。這一方法也能應用到生活和學習中，在遇到困難或者瓶頸的時候，不要一味鉆牛角尖，冷靜下來，重新從問題的最初出發(fā)，也許能找到更好的途徑，能走得更高。另外冷作硬化雖然提高了比例極限，但也降低了延伸率，也即是在增大彈性性能的同時，降低了塑性性能。引導學生從中體會全局觀的重要性，避免顧此失彼，在需要做出取舍的時候，也要根據(jù)實際情況，做出最合適的決定。

圖2 塑性材料拉伸時的應力-應變圖

二、依靠教師自身品格影響學生

大學階段是大學生人格形成的重要時期。培養(yǎng)學生是教師和學生相互作用的結(jié)果。親其師才能信其道、樂其道，教師自身的品格、智慧和奮斗精神是在潛移默化中熏陶和激勵學生努力進取的最好方式。

1.愛崗敬業(yè)

筆者自2006年至今一直工作在工科本科教學第一線，為材料與建筑工程學院材料工程、冶金工程和土木工程三個不同專業(yè)的學生講授力學必修課。在多年的教學工作中，深切體會到教書與育人之間不可分割的聯(lián)系，始終把為學生思考、關(guān)切學生的需要放在第一位。絕不照本宣科，根據(jù)學生的反應不斷調(diào)整教學設(shè)計和教學方法。針對學生學習程度差異大的特點，分別在學期開始前和學期中進行分組，與組員之間的成績息息相關(guān)。前期分組讓學生感受團隊互相幫助的力量，并在此期間增強集體榮譽感；中期學生小組磨合熟悉開始懶散以后再次分組，調(diào)整組員，讓學生離開安全區(qū)，重新分配在團隊中的位置。學生在同學的壓力和幫助下，激發(fā)出潛能，共同進步，越來越好。在對學生的分組提問中，精心設(shè)計有深度和廣度的問題，學生需要尋找資料，認真思考，齊心合力才能摸索出答案。這些書本之外的付出，老師對教學的熱愛，學生都能潛移默化的感受到，也能在這個過程中自發(fā)地形成在學習生活中對所做的事情、獲取的任務認真敬業(yè)的習慣。

2.創(chuàng)新思維

現(xiàn)代大學生是構(gòu)成未來20年中國教師和家長的教育主體，他們是成長在互聯(lián)網(wǎng)的新一代，受教育過程中的成長環(huán)境、挫折和機遇、觀念的沖擊、全球視野的體驗都與前人有著鮮明的差異，他們的認知、愛好、信念、溝通方式都有自己的特點。面對這種新特點，只有用創(chuàng)新的思維才能開拓教育的創(chuàng)新。

針對現(xiàn)代大學生對手機依賴過重的問題，將網(wǎng)絡(luò)與課堂連接，在教學APP中時常提出與時事相關(guān)的問題讓學生討論，如2019年10月10日發(fā)生在江蘇無錫的橋梁垮塌事故，最主要的原因應該是什么造成的？與生活息息相關(guān)的問題才能激發(fā)學生的興趣與共鳴。討論的過程也是課堂之外師生交流的另一種方式。還有知識點講授過后的習題計算和討論時間，原本是學生最容易開小差看手機的時候，讓手機的作用發(fā)揮在搶答與測試中，學生沒有時間再去打開游戲和淘寶，既促進了課堂的多樣化，也提高了學習效率。還有微信手勢簽到、照相簽到、隨機抽答等方式，讓學生感到有趣新奇的同時，也親身對比發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新在各行各業(yè)的重要性。

3.奮斗精神

筆者在不斷提高自身的師德修養(yǎng)、專業(yè)水準和教學技能的同時，也參加了多項教學培訓課程和教學比賽。于2016年獲全國高校青年教師教學競賽工科組三等獎和貴州省高校青年教師教學競賽自然科學應用學科組一等獎。在準備比賽的過程中，學生親眼目睹了老師不斷修改教學設(shè)計、不厭其煩地反復豐富和深化知識點內(nèi)容時所付出的艱辛和努力，參與了老師對教學方法的改革，見證了老師此間教學技能的提高。老師的奮斗精神和對事業(yè)的付出與追求是能夠震撼和感染學生的，學生精神面貌和對學習專注度的提升都是向其師、踐其道的最好反應。

三、借助實踐工程項目激勵學生

《工程力學》是工科學生的重要技術(shù)基礎(chǔ)課，是解決工程技術(shù)問題的技術(shù)基礎(chǔ)。既要培養(yǎng)學生的邏輯思維能力，又要培養(yǎng)學生解決實際工程問題的能力。在課程中大量引入實際工程案例，既引領(lǐng)學生開拓視野，將最新的成果變化切實展現(xiàn)在學生面前；又能探索工程背后設(shè)計計算和實際實施過程中遇到困難和面對困難、克服困難的過程，以此激勵學生。

1.熱愛祖國、為國爭光

港珠澳大橋自2018年10月23日正式開通之后，受到了世界各方的關(guān)注，它集橋、島、隧于一體，總體跨度最長，鋼結(jié)構(gòu)橋體最長，海底沉管隧道最長，是世界最長的跨海大橋。港珠澳大橋展現(xiàn)出的恢弘壯麗，震撼了學生，也讓學生的民族自豪感油然而生。這座大橋聞名世界的不僅是它的超大建筑規(guī)模和頂尖建造技術(shù)，還有它空前的施工難度。我國第一次在外海環(huán)境下建沉管隧道，工程實際情況不同，世界上其他國家的沉管隧道技術(shù)無法照搬套用，國外的技術(shù)咨詢漫天要價，建設(shè)團隊不得不從零開始，自主攻關(guān)。最后我國工程師不僅完成了任務，還對生產(chǎn)和安裝技術(shù)進行了創(chuàng)新，為世界海底隧道工程技術(shù)提供了獨特的樣本和寶貴的經(jīng)驗。中國工程師也用這份優(yōu)秀的作品向世人證明，很多事情我們可以做到！[8]學生在被中國工程師熱愛祖國、為國爭光，克服困難的決心感動，激起更強烈的愛國之心的同時，也會自己思考，我能為祖國做什么，以及從微小的做作業(yè)時遇到的難題，到以后人生中遇到難題，該如何去面對和積極主動的解決。

2.追求真理、破除迷信

世界著名的華裔建筑大師貝聿銘的眾多作品中，有一個是在香港建造的中國銀行大廈，由四個不同高度的三角柱身組成，呈多面棱形，下粗上細，到一定高度變細一節(jié)，在陽光照射下呈現(xiàn)出不同色彩，璀璨生輝。這樣優(yōu)秀的設(shè)計在建造之初卻備受挫折。迷信風水的香港人因為大廈尖削的外形像個三棱的刀，認為它是不吉之物，會切去陰陽之間的平衡，引起了許多反對之聲，甚至游行抗議。貝聿銘頂住壓力，花了很多時間與港英當局的有關(guān)部門交涉，終于使設(shè)計施工得以順利進行[9]。最后以優(yōu)美的建筑造型，高效的建材使用和比匯豐便宜幾億美元的低廉造價完美完成了任務。這種不畏封建迷信，堅持自我，追求真理，勇于開拓的精神，是學生學習計算和設(shè)計理念之外，培養(yǎng)道德品質(zhì)的最好教材。

通過近幾年的教學實踐，在引導學生發(fā)現(xiàn)和解決問題、學習知識的教學過程中，學生們不僅能更深刻地理解專業(yè)理論知識，還能體會到知識當中隱含的道理，感受到科學知識的構(gòu)建和生活息息相關(guān)。既營造了輕松愉悅的課堂教學氛圍，激發(fā)了學生的學習興趣，又提高了教學效果。

學生在實踐體驗中學到知識后，再引導學生不僅能運用這些知識去設(shè)計計算，還能了解社會和關(guān)注社會，并能運用工科理論知識來理解人文內(nèi)容，實現(xiàn)自然到人文的過渡，進而培養(yǎng)學生在道德修養(yǎng)、人文情懷、理想信念、生態(tài)文明等方面的綜合素養(yǎng)，將立德樹人融入到工科課程教學中。