“材料力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容思想政治教育元素發(fā)掘與探索

樂建波 況小春 計(jì)燕華

[摘 要] 針對(duì)“材料力學(xué)”教學(xué)過程中“育人”與“教學(xué)”兩種教學(xué)方式難于融合為一體并貫穿于整個(gè)教學(xué)過程的問題，從教學(xué)經(jīng)歷與工廠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，結(jié)合“材料力學(xué)”課程特點(diǎn)，以“材料力學(xué)”中T形截面梁受力彎曲變形問題為例，詳細(xì)闡述了使用“三步法”對(duì)該類問題的分析過程，做到提升教學(xué)印象與深入發(fā)掘思想政治教育元素相結(jié)合，借鑒此方式延伸到其他相關(guān)概念，充分發(fā)掘課程中所蘊(yùn)含的思想政治教育元素，并將其融入課堂教學(xué)中去。通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)在激發(fā)課堂學(xué)習(xí)氛圍、提升學(xué)習(xí)動(dòng)力、促進(jìn)自主學(xué)習(xí)、堅(jiān)定理想信念等方面起到了積極作用。

[關(guān)鍵詞] 材料力學(xué);育人;教學(xué);T形截面梁;思想政治教育元素

[基金項(xiàng)目] 2013年度國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“陶景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)瓷新型節(jié)能干法造粒機(jī)理及其裝備關(guān)鍵技術(shù)研究”（51306083）;2013年度國家自然科學(xué)基金資助“陶景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)基于CFD-DEM耦合的過熱蒸汽流化床干燥傳熱傳質(zhì)機(jī)理與模型”（51365018）;2020年度景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)科技藝術(shù)學(xué)院教學(xué)改革專項(xiàng)項(xiàng)目“材料力學(xué)課程思政”

[作者簡介] 樂建波（1987—），男，江西撫州人，碩士，景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院助教，中級(jí)工程師，主要從事結(jié)構(gòu)力學(xué)等教學(xué)與研究。

[中圖分類號(hào)] G641 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-9324（2022）14-0133-04 [收稿日期] 2021-07-20

前言

“材料力學(xué)”是一門機(jī)械類、建筑類等工科專業(yè)的公共基礎(chǔ)課，其主要研究內(nèi)容為構(gòu)件的承載能力，即強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算，并在滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的要求下，以最經(jīng)濟(jì)的代價(jià)，為構(gòu)件確定合理的形狀、尺寸、選擇適宜的材料，而提供必要的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法[1]。亦是一門注重理論與實(shí)際相聯(lián)系的經(jīng)典力學(xué)課程，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的理論分析和工程實(shí)踐能力有著重要指導(dǎo)作用[2，3]。因此，“材料力學(xué)”的教學(xué)工作不僅要培養(yǎng)學(xué)生掌握課程基本理論和方法，更要在培養(yǎng)過程中讓學(xué)生建立合理的工程倫理思想，為材料力學(xué)知識(shí)服務(wù)于工程應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。而在此過程中，做到將“育人”與“教學(xué)”兩種教學(xué)方式融合為一體并貫穿于整個(gè)教學(xué)過程是一個(gè)難題。

近年來，隨著課程思政新教育理念的興起，“育人”與“教學(xué)”便不再是兩種教學(xué)方式而是一種新型教學(xué)理念。這種新型教學(xué)理念讓教師在教學(xué)過程中能始終堅(jiān)持以立德樹人為根本任務(wù)，充分發(fā)掘教學(xué)內(nèi)容中、教學(xué)方法中及實(shí)踐過程中與思想政治教育元素相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，并將思想政治教育元素融合到知識(shí)傳授的過程中，最終培養(yǎng)形成一個(gè)具有端正價(jià)值觀、能力突出的當(dāng)代大學(xué)生。該理念源起于2016年12月在北京召開的全國高校思想政治工作會(huì)議，在會(huì)議上習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，高校思想政治工作關(guān)系高校培養(yǎng)什么樣的人、如何培養(yǎng)人以及為誰培養(yǎng)人這個(gè)根本問題，要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫徹教育教學(xué)全過程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人，努力開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面[4]。為深入貫徹會(huì)議精神，完成立德樹人這一重大教育任務(wù)與使命，各大高校教師進(jìn)行了積極的探索與實(shí)踐，取得了良好的教學(xué)反饋與成果。如葉志明等以理工類的課程思政建設(shè)和實(shí)踐為例，闡述了教書育人與課程思政之間的關(guān)系和內(nèi)涵，并給出了教書育人與課程思政等實(shí)施方面可借鑒的理念、方法與案例等[5];周繼磊等以材料力學(xué)課程為例，對(duì)高校工科類基礎(chǔ)課程思政教育進(jìn)行了探索與實(shí)踐，設(shè)計(jì)了一套適合材料力學(xué)課程自身特點(diǎn)的教育方案，并對(duì)其建設(shè)成效進(jìn)行評(píng)價(jià)和考核，最后討論了在推進(jìn)過程中存在的一些問題[6];劉軍等從自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，列舉了多個(gè)教學(xué)案例，就如何從教師師德教學(xué)內(nèi)容中挖掘思想政治教育元素提出了自己的建議[7];邵瑞影等從教師的德育素養(yǎng)、教學(xué)內(nèi)容和環(huán)節(jié)、教學(xué)方法、考核方式等方面融入思想政治教育進(jìn)行初步創(chuàng)新改革，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)興趣和參與度，從而提升本課程的教學(xué)質(zhì)量[8];李娜等結(jié)合材料力學(xué)課程特點(diǎn)，研究讓思想政治教師參與到課程思政建設(shè)過程中，專業(yè)教師挖掘思想政治教育元素，并與思想政治課教師進(jìn)行討論、交流，融入課程知識(shí)點(diǎn)完成教學(xué)設(shè)計(jì)，形成系統(tǒng)的教學(xué)案例[9];李延芳等從挖掘思想政治教育元素、加強(qiáng)專業(yè)課教師思想政治教育能力培養(yǎng)及靈活應(yīng)用教育教學(xué)方法等方面進(jìn)行了思想政治教學(xué)模式研究[10];王安強(qiáng)等在理論教學(xué)過程中，深入挖掘課程包含的思想政治教育元素，從我國力學(xué)研究成就、著名力學(xué)家故事、課程理論發(fā)展歷程、工程災(zāi)難事故分析等方面進(jìn)行了總結(jié)提煉，形成了系統(tǒng)的思想政治教學(xué)案例，通過教學(xué)實(shí)踐，將對(duì)學(xué)生的知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)和價(jià)值塑造三者有機(jī)結(jié)合起來，取得了良好的教學(xué)效果[11];宋秋紅等依據(jù)課程特點(diǎn)，通過在“材料力學(xué)”課程教學(xué)中，結(jié)合工程實(shí)際，無縫融合思想政治教育內(nèi)容，達(dá)到思想政治教育目的又提升了教學(xué)興趣。這些研究為后續(xù)學(xué)者的探索提供了一定指導(dǎo)，但對(duì)具體概念及問題中所包含的思想政治教育元素與分析的方式研究不夠深入[12]。

為此，筆者從自身教學(xué)經(jīng)歷與工廠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，結(jié)合“材料力學(xué)”課程特點(diǎn)，以《材料力學(xué)》教材中梁彎曲變形這一概念為研究對(duì)象，將T形截面梁受力彎曲變形問題作為案例進(jìn)行分析并發(fā)掘其中所包含的思想政治教育元素。同時(shí)采用類似方式延伸到其他相關(guān)概念，充分發(fā)掘課程中所蘊(yùn)含的思想政治教育元素，并將其融入課堂教學(xué)中去。通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)在激發(fā)課堂學(xué)習(xí)氛圍、提升學(xué)習(xí)動(dòng)力、促進(jìn)自主學(xué)習(xí)、堅(jiān)定理想信念等方面起到了積極作用。

一、T形截面梁受力彎曲變形問題分析與知識(shí)傳授

彎曲變形是工程應(yīng)用中較普遍的一類問題，如橋式起重機(jī)的大梁、各種傳動(dòng)軸以及橋梁的彎曲變形等。該種變形是由垂直于桿件軸線的橫向力或作用于包含桿件軸線的縱平面內(nèi)一對(duì)大小相等、方向相反的力偶引起的，表現(xiàn)為桿件軸線由直線變?yōu)榍€[1]。本文以“材料力學(xué)”課程中T形截面鑄鐵梁為例，其截面尺寸和荷載如圖1所示。該梁為外伸梁的一種基本形式，其特點(diǎn)是左端采用固定鉸支座進(jìn)行固定，在距梁右端1m處采用活動(dòng)鉸支座進(jìn)行約束。在這兩種固定方式的作用下，梁左端可在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，右端可實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)和水平方向左右移動(dòng)。

在材料力學(xué)課程中，“三步法”是梁彎曲變形問題分析與求解常用方法，即首先需要建立力偶的平衡方程將支座對(duì)梁的支撐反力一一求解出來，其次將梁上所有外力聯(lián)立起來，求得梁某一截面上彎矩方程，最后利用二次積分法得到梁的撓度方程，從而得出梁的變形。因梁在集中力作用位置處左右兩端值通常不相同，故常采用分段的方式進(jìn)行分析，即在集中力作用位置處分別進(jìn)行左端與右端分析，而本案例中T型梁在C處有外力F1作用，支座B處有支反力作用，這兩個(gè)力因作用于梁上區(qū)域范圍均較小，可看成集中力作用效果。

上述分析可知該T型梁可分別建立三段相應(yīng)彎矩方程和撓度方程，通過該三段相應(yīng)方程得到計(jì)算可分別得出AC段的剪力為橫值2.5KN，CB段的剪力為橫值-6.5KN，BD段的剪力為橫值4KN;C截面處最大正彎矩為2.5KN·m，撓度為-0.66mm，B截面處最大負(fù)彎矩為-4KN·m，D截面處撓度為-2.14mm。T型截面梁的剪力圖和彎矩圖如圖2所示。

二、T形截面梁受力彎曲變形問題中思想政治教育元素發(fā)掘

經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)T型截面梁中最大下移量位置在D處為2.14mm，C點(diǎn)位置下移量僅為0.66mm，而受力分布圖中力的大小分布正好與T型梁變形量大小相反，即D處的受力為4KN，C處受力為9KN，受力較小處變形量大于受力較大處，這與人們的固定思維相違背。通過此案例的教學(xué)可以告誡學(xué)生們，在進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析時(shí)，不可僅依靠常識(shí)進(jìn)行判定，更需要有腳踏實(shí)地、小心求證及用事實(shí)和數(shù)據(jù)說話的科學(xué)精神，引導(dǎo)學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)和工作中要有具體問題具體分析的態(tài)度，凡事未經(jīng)檢驗(yàn)不可盲目采取“一刀切”的方式，科學(xué)是嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的，只有實(shí)踐才是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

通過分析發(fā)現(xiàn)T型截面梁在集中力作用處剪力圖和彎矩圖變化明顯，在集中力處剪力圖發(fā)生突變，突變值為該集中力大小，且突變方向與集中力作用方向一致，而集中力作用處彎矩圖出現(xiàn)極值。這一現(xiàn)象可以讓學(xué)生們意識(shí)到“眾人拾柴火焰高”的道理，一個(gè)人的力量是有限的，產(chǎn)生的能量也是有限的，只有精誠團(tuán)結(jié)共同作用才能產(chǎn)生由量變到質(zhì)變的巨大影響，如抗日戰(zhàn)爭的勝利，依靠的是全體中華兒女眾志成城，共同抵抗外敵為民族而戰(zhàn)，為祖國而戰(zhàn)，為尊嚴(yán)而戰(zhàn)，匯聚成磅礴的力量。

在T型截面梁彎矩圖中，還可以發(fā)現(xiàn)在力作用位置處彎矩均為零，而彎矩的計(jì)算方式同力矩計(jì)算方式，均是力與力臂的乘積。在這個(gè)計(jì)算公式中力與力臂兩個(gè)因素缺一不可，正如古希臘科學(xué)家阿基米德的名言：“給我一個(gè)支點(diǎn)，我就能撬起整個(gè)地球！”而這里的支點(diǎn)便是決定力臂是否存在及大與小的關(guān)鍵。力臂小則需要耗費(fèi)更大的力，損耗的能量更大，受益欠佳甚至無所收益;力臂大則需要僅耗費(fèi)較小的力，損耗的能量也更小，便可達(dá)到最大的收獲，這便是事倍功半與事半功倍的區(qū)別。這可啟發(fā)學(xué)生們?cè)诮窈蟮膶W(xué)習(xí)與工作過程中遇到問題，切忌不可盲目去解決，不可急于求成，需要有一顆冷靜的頭腦，找準(zhǔn)解決問題的關(guān)鍵支點(diǎn)。

此外，在進(jìn)行此案例分析計(jì)算時(shí)，教師還要引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成明辨是非的能力，正確摒棄無關(guān)緊要和對(duì)模型求解產(chǎn)生干擾的因素，建立一個(gè)不失真而又合理的簡化力學(xué)模型，進(jìn)而引出“解決問題需抓本質(zhì)、抓主要矛盾”的道理。在應(yīng)對(duì)突如其來的新冠疫情，我們的國家和民族瞬間擰成一股繩，全員上下不分男女，不分老幼，不分職業(yè)，團(tuán)結(jié)一切可以團(tuán)結(jié)的力量，不惜一切代價(jià)，使得人民的生命安全得到了保障，人民的生活得以正常，這都是因?yàn)槲覀冇兄鴪?jiān)強(qiáng)的后盾——中國共產(chǎn)黨，有以習(xí)近平同志為核心的黨中央給予及時(shí)正確的指導(dǎo)，讓我們國家能快速反應(yīng)并抓到主要矛盾——疫情防控。

結(jié)語

本文通過引用“材料力學(xué)”教材中T形截面梁受力彎曲變形問題為案例進(jìn)行分析，詳細(xì)闡述了使用“三步法”對(duì)該類問題的分析過程，同時(shí)通過這一過程深入發(fā)掘問題中所包含的思想政治教育元素，最終達(dá)到以下效果：（1）讓知識(shí)傳授過程變得更加生動(dòng)與深刻，同時(shí)做到“育人”與“教學(xué)”在課堂教學(xué)過程中較好的融合;（2）讓學(xué)生們明白科學(xué)是嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的，不可僅依靠常識(shí)進(jìn)行判定，更需要有腳踏實(shí)地、小心求證及用事實(shí)和數(shù)據(jù)說話的科學(xué)精神;（3）讓學(xué)生們意識(shí)到“眾人拾柴火焰高”的道理，一個(gè)人的力量是有限的，產(chǎn)生的能量也是有限的，只有精誠團(tuán)結(jié)共同作用才能產(chǎn)生由量變到質(zhì)變的巨大影響;（4）啟發(fā)學(xué)生們?cè)诮窈蟮膶W(xué)習(xí)與工作過程中遇到問題，切忌不可盲目去解決，不可急于求成，需要有一顆冷靜的頭腦，找準(zhǔn)解決問題的關(guān)鍵支點(diǎn)。（5）讓學(xué)生們學(xué)會(huì)不因紛紛擾擾的問題而感到困惑，問題的解決需果斷摒棄無關(guān)緊要的因素，快速抓住問題的本質(zhì)與主要矛盾。

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Excavation and Exploration of the Ideological and Political Elements in the Course Content of Mechanics of Materials

LE Jian-bo， KUANG Xiao-chun， JI Yan-hua

（College of Mechanical and Electronic Engineering， Jingdezhen Ceramic University， Jingdezhen， Jiangxi 333001， China）

Abstract： Aiming at the problem that “education” and “teaching” are difficult to integrate into one and run through the whole teaching process in the course of Mechanics of Materials， and based on the authors’ teaching experience， their factory practical experience， and the characteristics of the course， the bending deformation of the T-shaped cross-section beam in the course is taken as an example to expound the analysis process by using the “three-step method”. Improving teaching effect and excavating ideological and political elements are combined in this process. Learning from this method and extending it to other relevant concepts， we can fully explore the ideological and political elements contained in the course， and integrate them into classroom teaching. Practice shows that it plays a positive role in stimulating classroom learning atmosphere， improving students’ learning motivation， promoting independent learning， and strengthening students’ ideals and beliefs.

Key words： Mechanics of Materials; education; teaching; T-shaped cross-section beam; ideological and political elements