材料力學(xué)課程思政元素的挖掘與教學(xué)設(shè)計(jì)

朱曉偉，李美云，陳俊旗，曹世豪，張 朋

（河南工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院 河南 鄭州 450001）

2016 年12 月7 日習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上就高校思想政治工作中一系列方向性、根本性問(wèn)題做出了科學(xué)回答，是指導(dǎo)做好新時(shí)代高校思想政治工作的綱領(lǐng)性文獻(xiàn)。2020 年教育部印發(fā)了《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，建議課程思政要結(jié)合專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)建設(shè)，其中理工科專(zhuān)業(yè)在課堂教學(xué)時(shí)要著重將馬克思主義立場(chǎng)觀點(diǎn)與科學(xué)精神的培養(yǎng)相結(jié)合，提高學(xué)生認(rèn)識(shí)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

材料力學(xué)是土木類(lèi)、機(jī)械類(lèi)等專(zhuān)業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，是研究物體力與變形的一門(mén)學(xué)科。通過(guò)課程學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維、力學(xué)問(wèn)題建模、力學(xué)計(jì)算與實(shí)驗(yàn)操作及其工程應(yīng)用方面的能力。傳統(tǒng)的材料力學(xué)課程概念抽象、理論性強(qiáng)，學(xué)生普遍反映材料力學(xué)課程難學(xué)，概念公式多，理解難，不會(huì)用。與此同時(shí)，近幾年，材料力學(xué)課堂存在學(xué)時(shí)普遍精簡(jiǎn)趨勢(shì)，加重了填鴨式、滿堂灌等現(xiàn)象，使得師生課堂角色混亂，忽視學(xué)生主體地位，學(xué)生只負(fù)責(zé)聽(tīng)，不需要回答與思考。而現(xiàn)在的“00 后”大學(xué)生個(gè)性鮮明、思想獨(dú)立，不喜歡生硬的說(shuō)教，因此如何引導(dǎo)他們獨(dú)立進(jìn)行深層次思考，如何激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維，以潤(rùn)物無(wú)聲的方式將教書(shū)與育人結(jié)合起來(lái)，就成為擺在老師面前的一個(gè)難題。

河南工業(yè)大學(xué)工程力學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)曾獲評(píng)國(guó)家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，材料力學(xué)課程為國(guó)家級(jí)精品課程，近幾年利用材料力學(xué)課程思政改革契機(jī)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)希望將課程思政元素與教學(xué)內(nèi)容相融合，通過(guò)增強(qiáng)課程的人文性、知識(shí)性，活躍課堂氛圍，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。但在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了相關(guān)思政元素素材過(guò)少，且陳舊；思政元素在課程設(shè)計(jì)中如何無(wú)縫嵌入等教學(xué)問(wèn)題。教學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)此現(xiàn)狀，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了一套材料力學(xué)思政元素挖掘方法和教學(xué)設(shè)計(jì)流程。

1 材料力學(xué)課程思政元素挖掘

依據(jù)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》要求，教學(xué)團(tuán)隊(duì)著重在深度、溫度和廣度層面，從課程所涉專(zhuān)業(yè)、行業(yè)、國(guó)家、國(guó)際、文化、人物、歷史等角度，增加課程的知識(shí)性、人文性，提升引領(lǐng)性、時(shí)代性和開(kāi)放性。

1.1 深度層面

力學(xué)起源于哲學(xué)，材料力學(xué)課程中深度層面的思政元素可以著重從方法論的角度去挖掘。如基于簡(jiǎn)化力學(xué)模型的主次要矛盾論、基于截面法的整體與局部的思想、基于應(yīng)力應(yīng)變理論的宏觀微觀結(jié)合方法、在扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力和彎曲正應(yīng)力推導(dǎo)中體現(xiàn)的實(shí)踐—理論—實(shí)踐的認(rèn)知規(guī)律、在壓桿穩(wěn)定公式（歐拉公式）推導(dǎo)中體現(xiàn)的批判性思維等等。

此外，馬克思曾指出，科學(xué)僅當(dāng)它成功地利用數(shù)學(xué)時(shí)才達(dá)到完善的程度。而力學(xué)與數(shù)學(xué)的發(fā)展緊密不可分割。因此，材料力學(xué)課程中深度層面的思政元素也可以從力學(xué)與數(shù)學(xué)的聯(lián)系方面進(jìn)行挖掘。如材料力學(xué)中四個(gè)基本假設(shè)的根本目的是為了建立一個(gè)理想化的數(shù)學(xué)模型；平面圖形幾何性質(zhì)部分可以指出靜矩本質(zhì)是一階矩，其跟數(shù)學(xué)上的期望概念類(lèi)似，而慣性矩本質(zhì)是二階矩，跟數(shù)學(xué)層面上的方差概念相似。再如復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的三個(gè)主應(yīng)力在數(shù)學(xué)層面上本質(zhì)是這個(gè)應(yīng)力矩陣的特征值，等等。

1.2 溫度層面

材料力學(xué)溫度層面的思政元素可以從歷史、文化、人物、自然等角度挖掘。如在講解材料與中國(guó)古代建筑結(jié)構(gòu)時(shí)可以結(jié)合故宮、應(yīng)縣木塔、佛光寺、河北趙州橋等現(xiàn)存歷史建筑，充分說(shuō)明我國(guó)古代工匠的建筑智慧與高超技藝。在胡克定律概念講解時(shí)可以穿插介紹東漢時(shí)期鄭玄在《考工記 弓人》中表達(dá)了力與變形之間的關(guān)系，這比胡克定律早了近1500 年。強(qiáng)度理論章節(jié)中可以講述俞茂宏教授提出的統(tǒng)一強(qiáng)度理論，破解了強(qiáng)度理論的世界性難題。通過(guò)這些中國(guó)歷史文化、中國(guó)人物故事可以增強(qiáng)學(xué)生的民族文化自信心。扭轉(zhuǎn)和彎曲章節(jié)都有涉及空心截面與實(shí)心截面的對(duì)比例題，在講解完相應(yīng)習(xí)題后，可以引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到自然界中竹子、蘆葦、小麥均是空心桿的合理性，以及思考植物表皮韌性為什么比內(nèi)部要強(qiáng)，百米高的空心紅杉木為什么不會(huì)倒。使學(xué)生在感慨大自然神奇進(jìn)化的同時(shí)，也意識(shí)到要保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境。

1.3 廣度層面

材料力學(xué)廣度層面的思政元素可以從工程案例、前沿科技等角度挖掘。講解扭轉(zhuǎn)時(shí)可以指出風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)軸屬于扭轉(zhuǎn)構(gòu)件，從而引出我國(guó)已經(jīng)是世界最大的風(fēng)力發(fā)電國(guó)，為實(shí)現(xiàn)碳中和堅(jiān)定履行著大國(guó)責(zé)任。在彎曲變形部分介紹港珠澳大橋、江陰大橋等例子，指出中國(guó)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。而變截面梁概念中可以舉出飛機(jī)機(jī)翼的例子，從而引出我國(guó)的C919 型國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)，這些都可以潛移默化地增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感。同時(shí)可以介紹一些工程事故，如魁北克大橋倒塌和工程師之戒的故事，在變形問(wèn)題的講解中融入塔科馬海峽大橋的坍塌事故等等。以此來(lái)警醒學(xué)生作為未來(lái)工程師應(yīng)該具有的工程責(zé)任意識(shí)和職業(yè)精神，樹(shù)立正確的人生觀和價(jià)值觀。

此外，材料力學(xué)是一門(mén)既古老又年輕的科學(xué)，古老指的是理論體系基本完整，而年輕則指隨著新工藝、新材料的發(fā)展，材料力學(xué)也在不斷發(fā)展。如在軸向拉桿部分講解3D 打印微桁架結(jié)構(gòu)形成的超輕超硬材料，講解泊松比時(shí)介紹負(fù)泊松比的概念和案例，講解壓桿穩(wěn)定時(shí)介紹多孔材料在細(xì)觀尺度的支桿屈曲。大量類(lèi)似的前沿科技實(shí)例，可以極大地引發(fā)學(xué)生對(duì)科研的興趣，培養(yǎng)他們的科學(xué)素養(yǎng)。

2 考慮課程思政的材料力學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)研究

在傳統(tǒng)的材料力學(xué)課程中，教師在設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)，往往依據(jù)教學(xué)目標(biāo)，將各類(lèi)知識(shí)點(diǎn)劃分為重點(diǎn)、難點(diǎn)、易點(diǎn)等。通過(guò)合理的課堂講授、課堂互動(dòng)、課下作業(yè)等形式，使得學(xué)生掌握重點(diǎn)、難點(diǎn)，了解易點(diǎn)。而教學(xué)任務(wù)完成質(zhì)量的高低則以學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度進(jìn)行評(píng)判，其本質(zhì)是顯性教育。而從深度、廣度、溫度層面上挖掘出的材料力學(xué)課程思政元素則更多體現(xiàn)出了我國(guó)社會(huì)主義核心價(jià)值觀，更多強(qiáng)調(diào)的是育人，屬于隱性教育。

如何將材料力學(xué)課程思政元素?zé)o縫嵌入課堂教學(xué)之中，是課程思政改革的關(guān)鍵所在。一個(gè)好的教學(xué)設(shè)計(jì)必須將教學(xué)目標(biāo)與課程思政目標(biāo)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，在實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的同時(shí)，達(dá)到課程思政目標(biāo)，這就要求任課教師精心設(shè)計(jì)每一個(gè)課堂環(huán)節(jié)。經(jīng)過(guò)近幾年的課程思政改革實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)形成了一整套課程教學(xué)設(shè)計(jì)方案，具體如圖1（p121）所示。其在不增加教學(xué)時(shí)長(zhǎng)的前提下，課堂氛圍更加寬松活潑，教學(xué)效果得到了學(xué)生認(rèn)可，學(xué)生平均成績(jī)和及格率有進(jìn)一步提升，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

圖1 材料力學(xué)課程思政建設(shè)流程

在教授重點(diǎn)、難點(diǎn)環(huán)節(jié)時(shí)，教學(xué)設(shè)計(jì)可著重穿插深度層面的思政元素。如在一些經(jīng)典理論公式的推導(dǎo)過(guò)程中，穿插分析其中涉及的方法論和背后的數(shù)學(xué)原理。此外，材料力學(xué)課程涉及的例題研究對(duì)象基本上都是已經(jīng)建好的力學(xué)模型，因此在例題解答之前，要讓學(xué)生明白其解題所用的力學(xué)模型在實(shí)際工程中代表什么，如何簡(jiǎn)化得來(lái)的。讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到處理問(wèn)題時(shí)，應(yīng)該抓住主要矛盾。這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)使學(xué)生在掌握重點(diǎn)、難點(diǎn)的同時(shí)，達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生方法論和邏輯思維的課程思政目標(biāo)。

在講述課程易點(diǎn)環(huán)節(jié)時(shí)，教學(xué)設(shè)計(jì)中可著重穿插溫度和廣度層面的思政元素。材料力學(xué)課程涉及的力學(xué)概念和工程應(yīng)用部分相對(duì)較為簡(jiǎn)單，可以分別穿插介紹一些對(duì)應(yīng)的溫度和廣度層面的思政元素，在了解易點(diǎn)的同時(shí)潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義、文化自信、科學(xué)素養(yǎng)和職業(yè)精神等課程思政目標(biāo)。

在教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中，教師應(yīng)該通盤(pán)考慮整個(gè)材料力學(xué)課程的授課進(jìn)度，以常規(guī)45 分鐘課程為例，可以設(shè)計(jì)穿插3―5 個(gè)思政元素點(diǎn)。思政元素點(diǎn)過(guò)多，容易影響教學(xué)進(jìn)度，過(guò)少則達(dá)不到課程思政育人的目的。同時(shí)適度的思政元素穿插可以調(diào)節(jié)課堂氛圍，調(diào)控授課節(jié)奏，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

考慮思政元素的教學(xué)設(shè)計(jì)不是一蹴而就的，需要在不斷實(shí)踐—總結(jié)—再實(shí)踐的過(guò)程中完善。教學(xué)設(shè)計(jì)好不好，還是要基于學(xué)生實(shí)際的課堂反應(yīng)和課堂感受進(jìn)行反復(fù)評(píng)估與改進(jìn)。

3 總結(jié)

綜上所述，教學(xué)團(tuán)隊(duì)從深度、溫度、廣度層面上挖掘材料力學(xué)課程涉及的思政元素。增加了課程的知識(shí)性、人文性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而在課程教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)著重在重、難點(diǎn)環(huán)節(jié)融入深度層面的思政元素，在易點(diǎn)環(huán)節(jié)融入溫度、廣度層面的思政元素。實(shí)現(xiàn)了在潛移默化中將“教書(shū)”與“育人”統(tǒng)一結(jié)合，形成了協(xié)同效應(yīng)，并取得了較好的教學(xué)效果，受到了學(xué)生的一致好評(píng)。