基于案例化教學(xué)的“材料力學(xué)性能”課程思政教學(xué)實(shí)踐與探索

郭彥兵 楊淼森 張旺

摘要：“材料力學(xué)性能”是高等院校材料類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程中起到非常重要的連接作用。本課程對(duì)材料類本科專業(yè)人才的專業(yè)知識(shí)、專業(yè)素養(yǎng)和實(shí)際工程問題解決能力的培養(yǎng)具有舉足輕重的作用。本文通過“大國工匠”等思政教學(xué)元素與課程知識(shí)點(diǎn)的融合，全面踐行課程思政教學(xué)的立德樹人目標(biāo)。思政元素融入工科專業(yè)課課堂教學(xué)，不僅增加了課堂教學(xué)的吸引力，也培養(yǎng)了學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和愛國主義信念，實(shí)現(xiàn)“三全”育人。

關(guān)鍵詞：材料力學(xué)性能；課程思政；工程案例

中圖分類號(hào)：G642；TG40-4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-7164（2020）48-0064-04

基金項(xiàng)目院上海電機(jī)學(xué)院“課程思政”教育教學(xué)改革建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：B1-0224-20-001-51）。

習(xí)近平總書記在2016年12月召開的全國高校思想政治工作會(huì)議中強(qiáng)調(diào)，“要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道，各類課程都要與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)。”[1]

應(yīng)用型高校材料類本科生作為未來材料類工科專業(yè)與時(shí)俱進(jìn)的應(yīng)用型人才，作為新時(shí)期社會(huì)主義事業(yè)的接班人，材料類（材料成型及控制工程、焊接技術(shù)與工程等專業(yè)）本科生除了需要掌握專業(yè)基本理論知識(shí)，還需要具備知“材”善用的實(shí)踐能力。材料力學(xué)性能是材料類本科專業(yè)理論性和實(shí)用性很強(qiáng)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，涉及材料在靜載荷及其他載荷（沖擊、疲勞載荷等）下的多種復(fù)雜力學(xué)性能[2-3]。這些性能特點(diǎn)是學(xué)生在理論研究、樣品制備、加工技術(shù)（工藝）合理選擇（制定）以及工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中能否將專業(yè)知識(shí)學(xué)以致用的關(guān)鍵。

材料力學(xué)性能向前承接材料力學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)等理論性較強(qiáng)的基礎(chǔ)課，向后接續(xù)各專業(yè)的專業(yè)課。在這一過程中，通過材料力學(xué)性能課程教學(xué)，培養(yǎng)材料類工科學(xué)生的工程科學(xué)思維和工程問題處理能力；另一方面，材料力學(xué)性能課程一般開設(shè)在大二下學(xué)期或大三上學(xué)期，是學(xué)生從基礎(chǔ)學(xué)習(xí)向?qū)I(yè)學(xué)習(xí)和培養(yǎng)科研思維和職業(yè)素養(yǎng)的重要階段。

在此背景下，應(yīng)及時(shí)把思政元素引入材料力學(xué)性能課堂教學(xué)中，通過與教學(xué)案例中的思政元素融合，培養(yǎng)學(xué)生的安全意識(shí)，增強(qiáng)其社會(huì)責(zé)任感；培養(yǎng)熱愛科學(xué)、不斷探索的精神；宣傳大國工匠精神，培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義，職業(yè)道德，建立民族自豪感；應(yīng)把具體教學(xué)內(nèi)容與思政教育相融合，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和專業(yè)榮譽(yù)感，樹立學(xué)生的職業(yè)使命感和責(zé)任感，為其打下堅(jiān)實(shí)的專業(yè)理論和思想基礎(chǔ)。

一、材料力學(xué)性能課程思政案例選擇與設(shè)計(jì)

材料類工科專業(yè)課課程思政的根本目的在于立德樹人，以達(dá)到培養(yǎng)材料類工科學(xué)生的思想政治素養(yǎng)、公民意識(shí)、職業(yè)精神、社會(huì)主義核心價(jià)值觀，最終實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人[4-5]。“材料力學(xué)性能”課程包含的知識(shí)點(diǎn)廣泛，涉及很多實(shí)際工程案例，因此可依據(jù)課程本身特點(diǎn)充分融入思政元素開展課程思政教學(xué)。本文從材料力學(xué)性能工程案例中選取合適的思政融合案例，結(jié)合“工匠精神”，弘揚(yáng)社會(huì)主義核心價(jià)值觀，培養(yǎng)合格人才。本文結(jié)合案例式教學(xué)，從職業(yè)素養(yǎng)教育、愛國主義教育、傳遞正能量、法律法規(guī)教育等四個(gè)方面對(duì)本課程思政教育素材進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

（一）職業(yè)素養(yǎng)教育

職業(yè)素養(yǎng)教育貫穿整個(gè)課程，上海電機(jī)學(xué)院此門課程主要針對(duì)以材料成型及控制工程和焊接技術(shù)與工程為代表的材料類專業(yè)開設(shè)，作為未來的代表中國制造2025的工程師，在提升自己職業(yè)技能的同時(shí)，也必須遵守職業(yè)操守，具有職業(yè)道德。

本課程主要講授材料靜載荷及動(dòng)載荷作用下的力學(xué)性能及其強(qiáng)度、相關(guān)理論及測(cè)試方法等內(nèi)容，主要解決的是材料結(jié)構(gòu)在服役過程中的失效問題，從而指導(dǎo)材料的安全設(shè)計(jì)。特別是材料在關(guān)鍵部件上的應(yīng)用時(shí)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)不當(dāng)可能導(dǎo)致的災(zāi)難性事故。例如著名的泰坦尼克號(hào)沉船事故，就是因新型鋼鐵材料設(shè)計(jì)時(shí)未考慮低溫服役時(shí)的韌脆轉(zhuǎn)變而導(dǎo)致的嚴(yán)重災(zāi)難。在授課過程中應(yīng)引入上述經(jīng)典案例，分析這些事故出現(xiàn)的原因，說明材料或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師的使命感，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)。

（二）培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義與時(shí)代使命感

在制造業(yè)中，高性能材料是基礎(chǔ)。因此在授課過程中可引入相應(yīng)的新聞和視頻影像資料，加深同學(xué)們對(duì)自己所學(xué)專業(yè)的認(rèn)同感、愛國主義精神和時(shí)代使命感。2018年9月26日，習(xí)總書記在黑龍江齊齊哈爾考察中車齊車集團(tuán)有限公司時(shí)指出，裝備制造業(yè)是國之重器，是實(shí)體經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，要把握優(yōu)勢(shì)，乘勢(shì)而為，做強(qiáng)做優(yōu)做大。

本課程中可引入類似案例，比如我國動(dòng)力機(jī)車的車身材料，主軸材料以及高速鐵路的鐵軌等新型現(xiàn)代材料的研發(fā)設(shè)計(jì)過程中所創(chuàng)造的奇跡，提升學(xué)生們的民族自豪感。

（三）使正能量貫穿每個(gè)教學(xué)細(xì)節(jié)

教師的一言一行都將對(duì)學(xué)生產(chǎn)生影響，在課堂教學(xué)中教師要嚴(yán)格要求自己，注意行為舉止，不信謠，不傳謠，以身作則，傳播正能量。教師應(yīng)當(dāng)在本課程教學(xué)設(shè)計(jì)中加入一些正能量話題，比如在講材料的斷裂強(qiáng)度與斷裂韌性時(shí)，引入我國著名的材料科學(xué)家，比如徐祖耀院士、潘際鑾院士等人為我國新材料的研發(fā)默默奮斗和奉獻(xiàn)的故事，大國工匠“鐵甲神醫(yī)”焊接專家白津生的感人故事等。

（四）培養(yǎng)良好的法律意識(shí)

我國高端裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)設(shè)備精細(xì)度和安全標(biāo)準(zhǔn)要求越來越高，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，一旦出現(xiàn)事故，后果十分嚴(yán)重。比如我國的高鐵裝備，建筑裝備，航空航天設(shè)備與裝備，大型民用客機(jī)等。在課堂教學(xué)中教師應(yīng)教育學(xué)生：作為裝備制造和材料工程師，不管是材料選擇，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還是制造工藝，都應(yīng)遵守規(guī)范法規(guī)，工作態(tài)度端正嚴(yán)謹(jǐn)，懂得維護(hù)自己的權(quán)力，履行該有的義務(wù)。

二、典型思政教學(xué)工程案例的教學(xué)實(shí)踐

為了實(shí)現(xiàn)“材料力學(xué)性能”思政案例教學(xué)過程的順利進(jìn)行，必須將課程的每一個(gè)細(xì)節(jié)合理、自然地融入思政理念，實(shí)現(xiàn)立德樹人。眾所周知，我國擁有五千年璀璨文明，在數(shù)千年的歷史長(zhǎng)河中，我的材料科學(xué)技術(shù)都走在世界前列。因此在講述有關(guān)材料力學(xué)性能的大部分章節(jié)都可融入有關(guān)民族自豪感、四個(gè)自信相關(guān)的思政元素，融入“自力更生、艱苦奮斗”“勇于攻克難題”“愛國主義情懷”“中國特色社會(huì)主義制度優(yōu)勢(shì)”等思政教育目標(biāo)[6]。

（一）緒論

緒論是本課程開篇之章的內(nèi)容，雖然教材設(shè)計(jì)內(nèi)容不多，但是本項(xiàng)目教學(xué)實(shí)踐過程中還是單獨(dú)設(shè)置了一個(gè)模塊。精彩生動(dòng)的思政緒論課能給學(xué)生留下美好的課程印象，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)專業(yè)的熱愛，為后期該課程學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。

首先，通過對(duì)材料發(fā)展歷史、材料在服役過程中的力學(xué)性能與發(fā)展現(xiàn)狀、存在問題和未來材料力學(xué)性能的發(fā)展方向，引導(dǎo)學(xué)生重視專業(yè)課學(xué)習(xí)，為將來解決所在行業(yè)面臨的問題貢獻(xiàn)出自己的力量，培養(yǎng)和樹立社會(huì)責(zé)任感和專業(yè)使命感。

材料力學(xué)性能課程所涉及的力學(xué)性能指標(biāo)非常多，即使是學(xué)過材料力學(xué)課程的學(xué)生也很難對(duì)每一種力學(xué)性能指標(biāo)的含義和工程應(yīng)用有很清晰的認(rèn)識(shí)。緒論中涉及的工程案例篩選和導(dǎo)入設(shè)計(jì)要與日常生活和工業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)。如通過展示鉆石、石墨的圖像資料，說明硬度的概念、評(píng)價(jià)方法和工程應(yīng)用；通過展示美國塔科馬海峽吊橋因卡門渦街效應(yīng)導(dǎo)致的坍塌事故，說明動(dòng)態(tài)力學(xué)性能與材料剛度的重要工程意義；引入材料在我國運(yùn)載火箭和殲20戰(zhàn)機(jī)、運(yùn)20飛機(jī)的新聞、視頻，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情和學(xué)好本專業(yè)的使命感，樹立專業(yè)榮譽(yù)感，使其了解自己今后的工作與國家建設(shè)息息相關(guān)。

最后，再導(dǎo)入“材料力學(xué)性能”課程所涵蓋的主要模塊與知識(shí)點(diǎn)，并將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)與實(shí)際工程應(yīng)用結(jié)合的案例相聯(lián)系。總結(jié)當(dāng)前我國在與材料力學(xué)性能相關(guān)的典型工業(yè)領(lǐng)域存在的不足，激發(fā)學(xué)生們積極奮斗的熱情。

（二）應(yīng)力腐蝕模塊

隨著航空航天、海洋、核能、石油、化工等重工業(yè)的迅速發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)業(yè)和行業(yè)對(duì)金屬材料的強(qiáng)度要求越來越高，對(duì)金屬機(jī)件接觸的化學(xué)介質(zhì)也越來越苛刻，致使因機(jī)件殘余應(yīng)力與環(huán)境介質(zhì)共同作用的應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象逐年增多。因此有必要就金屬材料的應(yīng)力腐蝕開裂開設(shè)一個(gè)模塊，培養(yǎng)學(xué)生作為未來工程設(shè)計(jì)人員及材料科學(xué)工作者的科學(xué)思維。

課程教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生掌握應(yīng)力腐蝕的機(jī)理、應(yīng)力腐蝕失效判定以及防止應(yīng)力腐蝕發(fā)生的預(yù)防措施，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹肮そ尘瘛?。通過引入某化氣體分餾塔因硫化氫應(yīng)力腐蝕引起的事故案例，結(jié)合事故現(xiàn)場(chǎng)圖片和相關(guān)視頻，加深學(xué)生對(duì)應(yīng)力腐蝕危害性的印象。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)典型金屬材料應(yīng)力腐蝕發(fā)生的條件、典型應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生的部件進(jìn)行思考和聯(lián)想；進(jìn)而自然引出應(yīng)力腐蝕發(fā)生的機(jī)理和解釋應(yīng)力腐蝕的理論模型；最后引導(dǎo)學(xué)生通過應(yīng)力腐蝕機(jī)理，思考和分析防止發(fā)生應(yīng)力腐蝕的方法，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和責(zé)任感，以此達(dá)到思政育人的效果。

（三）金屬疲勞模塊

金屬疲勞是金屬材料構(gòu)件在動(dòng)載荷作用下一種服役方式，若疲勞服役壽命設(shè)計(jì)考慮不周會(huì)引起嚴(yán)重的事故。本課程的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生掌握疲勞發(fā)生的機(jī)理、疲勞壽命設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，思政教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生作為工程技術(shù)人員的榮譽(yù)感、使命感和擔(dān)當(dāng)精神。

本案例通過引入航空史上的彗星客機(jī)爆炸事故，結(jié)合相關(guān)影像資料，引入疲勞壽命設(shè)計(jì)的概念。進(jìn)而開展有關(guān)疲勞載荷的形式及失效機(jī)理內(nèi)容的授課內(nèi)容，最后引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考有關(guān)疲勞動(dòng)載荷服役環(huán)境下金屬材料的設(shè)計(jì)安全準(zhǔn)則。并結(jié)合目前我國高鐵在高速運(yùn)行條件下我國工程師們對(duì)于高鐵疲勞服役構(gòu)件所做的努力，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)這些在工程領(lǐng)域做出奉獻(xiàn)的“大國工匠”嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、負(fù)責(zé)的工程思維，以達(dá)成育人目標(biāo)。

三、課程思政在材料力學(xué)性能教學(xué)過程中應(yīng)用成效

本課程通過實(shí)際工程案例，深入剖析各教學(xué)模塊知識(shí)點(diǎn)，通過教學(xué)設(shè)計(jì)融入思政要素主線，將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行合理串接；通過豐富的思政課程教學(xué)材料讓教學(xué)模塊更加立體，并通過多元的互動(dòng)環(huán)節(jié)增強(qiáng)學(xué)生的印象和對(duì)未來職業(yè)的使命感、責(zé)任感，將思政要素以潛移默化的形式融入課堂教學(xué)。使思政育人目標(biāo)與知識(shí)育人目標(biāo)相互促進(jìn)，相得益彰，真正將材料力學(xué)性能課程設(shè)計(jì)成一門育才和育人同頻共振的專業(yè)課程。盡管課程思政和教書育人的效果無法一蹴而就，但通過一定的教學(xué)手段和教學(xué)方法可以引導(dǎo)學(xué)生在思想、行動(dòng)上逐步成熟，進(jìn)而培養(yǎng)他們積極的人生態(tài)度、健康向上和團(tuán)結(jié)合作的精神面貌。

研究采用了問卷調(diào)查法，在問卷中嵌入課程思考題和章節(jié)隨機(jī)測(cè)驗(yàn)，對(duì)比了采取課程思政教學(xué)的班級(jí)和未來采用該模式的平行班的成績(jī)，證明了課程思政可以提高教學(xué)效果，如圖1所示。

由圖1可知，思政教學(xué)授課與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，學(xué)生對(duì)典型章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度均有不同程度提高，其中難度較高的疲勞章節(jié)（第五章）的知識(shí)點(diǎn)掌握度提升27%以上。通過問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生通過思政課程學(xué)習(xí)對(duì)自己的職業(yè)前景更加了解，也對(duì)自己作為一個(gè)材料專業(yè)工科學(xué)生有了更多的責(zé)任感和使命感。

四、結(jié)語

“材料力學(xué)性能”課程中融入基于模塊化的思政課程教學(xué)探索具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，是材料類工科專任教師的一項(xiàng)新的使命。通過思政教學(xué)實(shí)踐，任課教師自身提高了思想政治理論水平的同時(shí)，也提升了教學(xué)效果，為培養(yǎng)具有新時(shí)代社會(huì)主義使命感和“工匠精神”的新型高層次應(yīng)用型工程人才提供了新思路，實(shí)現(xiàn)了全程全方位育人的專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

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（薦稿人：午麗娟，上海電機(jī)學(xué)院材料學(xué)院副教授）

（責(zé)任編輯：陳華康）