材料力學課程思政建設(shè)與實踐★

劉立悅，李桐棟,路 維,孫瑞敬,孫曉勇，仝國軍

(河北水利電力學院土木工程學院,河北 滄州 061000)

材料力學是工科專業(yè)重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。根據(jù)課程的特點，如何在教學內(nèi)容和教學過程中顯性或隱性地融入思想政治教育內(nèi)容，實現(xiàn)課程思政建設(shè)目標，是材料力學教學改革的重點關(guān)注問題之一。

1 材料力學課程思政建設(shè)的目標

自2016年12月全國高校思想政治工作會議以來，為實現(xiàn)三全育人的目標，思政元素越來越多地進入理工科課程[1-5]。2020年5月教育部通知印發(fā)的《高等學校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》中要求結(jié)合專業(yè)特點分類推進課程思政建設(shè)。材料力學課程是力學類、土木類、機械類等工科專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在課程體系中占有重要地位。通過對材料力學中與工程實際結(jié)合、與民族自豪感結(jié)合、與社會科學結(jié)合的思政元素進行深入挖掘，與教學過程有機融合，可以使學生在掌握專業(yè)知識的基礎(chǔ)上做到以下幾點:

1)培養(yǎng)良好的專業(yè)素養(yǎng)，如通過對學科歷史、課程知識體系的學習，培養(yǎng)學生的工科邏輯思維方式，了解科學的發(fā)展過程，加深對專業(yè)的學習興趣和探索精神。

2)樹立更加強烈的愛國主義情懷，如通過港珠澳大橋橋隧接頭誤差降低到毫米級、火神山醫(yī)院結(jié)構(gòu)火速設(shè)計施工等例子，了解我國當下重大工程的實施過程及科研創(chuàng)新成果，培養(yǎng)學生專業(yè)報國的熱情和理想信念。

3)感悟到一些做人做事的道理，對人生規(guī)劃和日常生活進行有益思考?？傊ㄟ^材料力學課程思政建設(shè)，在教會學生知識的同時，培養(yǎng)學生愛國、敬業(yè)、創(chuàng)新、全面發(fā)展的價值觀和行動力。

2 材料力學課程思政元素

根據(jù)材料力學課程的特點，可以從愛國主義教育、專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)、性格塑造等方面充分挖掘課程思政的切入點。

2.1 愛國主義教育方面

工科專業(yè)課程思政建設(shè)，可以借助我國當下重大工程實例作為引例，強調(diào)我國在各個領(lǐng)域不斷創(chuàng)新所取得的世界矚目的成果，例如河北保定的轉(zhuǎn)體斜拉橋重量和跨度均刷新世界紀錄；港珠澳大橋創(chuàng)下多個“世界第一”；“九章”量子計算機誕生；探月工程“嫦娥五號”任務(wù)取得圓滿成功等等。通過這些典型案例強化愛國主義教育，也提醒學生關(guān)注時事，關(guān)注學科發(fā)展，樹立專業(yè)報國的理想信念。通過抗擊新冠疫情期間，武漢“火神山”“雷神山”醫(yī)院以及石家莊“火眼”實驗室等例子，學生們可以更加深入地了解我國智能化“基建狂魔”的內(nèi)涵，也將自身的發(fā)展同國家的需要聯(lián)系起來。此外，通過材料力學課程經(jīng)典示例，如應(yīng)縣木塔雙筒結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、趙州橋結(jié)構(gòu)的抗壓設(shè)計、營造法式中關(guān)于柱墻等結(jié)構(gòu)尺寸的說明等，使學生對我國傳統(tǒng)文化增加了解，增強文化自信。

2.2 專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)方面

工科學生的專業(yè)素養(yǎng)體現(xiàn)在邏輯思維能力、聯(lián)系實際解決問題的能力、嚴謹創(chuàng)新的專業(yè)精神等。材料力學課程內(nèi)容本身具有較強的邏輯性，并且聯(lián)系工程實際的內(nèi)容較多。學生在學習過程中，不僅學到課程的知識和應(yīng)用，還能學習知識建立過程中的邏輯推理過程，并通過工程實例對知識的應(yīng)用進行強化理解，提高工科思維能力，提升專業(yè)素養(yǎng)。以下進行舉例說明。

2.2.1 工科邏輯思維能力

在梁彎曲的內(nèi)力和應(yīng)力這一章，學生根據(jù)知識建立的過程學習工科邏輯思維和分析問題的方法。首先從工程中受彎細長構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、受力和變形特點進行觀察，抽象出梁的力學模型，并給出梁彎曲的定義，進而分析梁彎曲的內(nèi)力和應(yīng)力分布規(guī)律。在建立力學模型時，需要抓住主要因素，如將受彎構(gòu)件簡化成用軸線和截面代表的梁模型；通過對簡支梁、懸臂梁變形特點的觀察，引出并理解中性軸的概念；用嚴謹準確的語言定義力學概念。延用拉壓和扭轉(zhuǎn)基本變形的分析方法，研究彎曲變形的內(nèi)力和應(yīng)力問題，體會由簡單到復(fù)雜、由已知到未知的學習和探索過程，激發(fā)學習興趣和熱情。

在壓桿穩(wěn)定這一章，首先講述問題出現(xiàn)的背景是多座橋梁的突然崩塌，使得科學家在已有研究的強度、剛度問題的基礎(chǔ)上意識到穩(wěn)定性問題的存在，即在工程實際中發(fā)現(xiàn)問題、通過已有經(jīng)驗加創(chuàng)新思維總結(jié)和解決問題的過程。在細長桿臨界力公式推導(dǎo)的過程中，需要研究桿件失穩(wěn)的臨界力，這里采用啟發(fā)式教學，先引導(dǎo)學生思考壓桿穩(wěn)定問題如何建立力學模型，經(jīng)過討論后再講解歐拉公式的建立過程。若研究失穩(wěn)前的結(jié)構(gòu)則因為只存在軸向受壓而無法進行分析，于是歐拉通過研究在受臨界力的作用下、在橫向力擾動下的彎曲模型作為研究對象，得到了歐拉公式。這體現(xiàn)了解決問題時從概念出發(fā)、適當轉(zhuǎn)變思路、綜合考慮問題內(nèi)因和外因的重要性。

2.2.2 聯(lián)系實際解決問題的能力

材料力學課程內(nèi)容中涉及到很多實際問題，很多工程設(shè)計手冊中的計算方法都基于“材料力學”課程的基本理論[6]。在進行強度條件判斷時，安全因子的取值與材料和結(jié)構(gòu)特點有關(guān)。在講解這部分內(nèi)容時，首先通過典型例題鞏固學生對強度條件應(yīng)用的理解，然后講解在實際中需要經(jīng)過大量的試驗數(shù)據(jù)和工程測算，才得出安全因子的經(jīng)驗值取值范圍，讓學生理解理論來源于實踐又反過來指導(dǎo)實踐的過程。另一個例子是，在例題中計算出的符合要求的截面尺寸，在實際中需要根據(jù)型鋼表來選擇比計算結(jié)果更加安全的截面型號。材料力學主要研究桿件的強度、剛度、穩(wěn)定性問題，即在設(shè)計結(jié)構(gòu)時需要綜合考慮上述方面，此外在實際工程中還應(yīng)考慮經(jīng)濟成本等因素。因此應(yīng)引導(dǎo)學生進行工程設(shè)計時結(jié)構(gòu)安全要求必須滿足，此外根據(jù)應(yīng)力分布規(guī)律充分利用材料的性能，在實際情況中分清主次、綜合考慮。

2.2.3 嚴謹、創(chuàng)新的專業(yè)素養(yǎng)

通過港珠澳大橋沉管隧道E29和E30段安裝合攏后又重新返工的例子，使學生認識到實際工程建設(shè)中，除了需要扎實的專業(yè)基本功，更需要精益求精、嚴謹求實、面對問題勇于挑戰(zhàn)、勇于解決的精神。不僅在國家重大工程的建設(shè)中如此，在關(guān)乎民生的基礎(chǔ)工程中亦如此。不論是土木專業(yè)、水利專業(yè)、道橋?qū)I(yè)的學生，作為各行各業(yè)的未來的工程師，必須養(yǎng)成一絲不茍、永求真知的專業(yè)習慣，具有工匠精神。此外，通過堤溪大橋等結(jié)構(gòu)破壞造成人員傷亡、經(jīng)濟損失的例子，也使得學生樹立設(shè)計安全、生產(chǎn)安全的意識，增強責任感。材料力學課程思政建設(shè)還應(yīng)強調(diào)培養(yǎng)學生自主學習、靈活創(chuàng)新的能力。例如通過材料力學實驗、各類學科競賽、創(chuàng)新課題項目以及課外拓展文獻查詢等途徑，強化學生的專業(yè)素養(yǎng)、提高學習主動性、鍛煉工科的科學思維方式。

2.3 性格塑造方面

自然科學和社會科學在很多方面是相通的。通過相似的邏輯思維關(guān)系，學生可以將學習到的思維方式引申到其他領(lǐng)域的問題中。例如，在講解超靜定桿系結(jié)構(gòu)時，桿件剛度越大內(nèi)力越大，從該結(jié)論中引申出能者多勞，引導(dǎo)學生勇于承擔重任。壓桿穩(wěn)定這一章節(jié)中，首先可以通過桿件軸向壓力超過臨界力后受到橫向擾動會喪失穩(wěn)定性，引申為日常學習和生活壓力不要太大，要學會將壓力轉(zhuǎn)化、適當減壓；其次根據(jù)桿端約束越強臨界力越大的規(guī)律，引申為提高抗壓能力可以通過增強支撐作用，這個支撐可以來源于自身或者來源于外界，例如對自己的充分認知以及家人朋友的關(guān)愛和支持。此外，2.2中提出的綜合考慮各種因素以及將復(fù)雜問題分解為簡單問題等等，也可引申到做人做事的道理中，實現(xiàn)教書育人的目標。

3 材料力學課程思政建設(shè)的實踐

材料力學課程思政建設(shè)改革，首先需要教師有豐富的知識積累，包括工程實例及思政內(nèi)容。在備課過程中，可以借助教學團隊的力量，集思廣益，互相學習提高，或者參加學習培訓，不斷提高自身的職業(yè)素養(yǎng)，還可以與思政課老師進行溝通學習，確定更好的思政內(nèi)容結(jié)合點。在充分挖掘思政元素的基礎(chǔ)上，進行融入思政元素的教學設(shè)計，從教學內(nèi)容的圈定、思政內(nèi)容的插入點及體現(xiàn)形式，到教學資源的搜集、教學課件的制作，再到講稿、討論環(huán)節(jié)的設(shè)計等。思政內(nèi)容與學科內(nèi)容的結(jié)合根據(jù)具體內(nèi)容采用顯性或隱性的形式，例如工程實例可以直接引入，聯(lián)系章節(jié)內(nèi)容，而做人做事的道理，可以采用隱性結(jié)合的形式點到即可，不過于贅述，也不能太牽強。在課后還要注重與學生交流，通過學生的反饋不斷對教學過程進行優(yōu)化。

此外，材料力學課程思政建設(shè)還需要教師具有較高的職業(yè)道德修養(yǎng)，做到言傳身教。教師優(yōu)秀的工作作風和工作習慣也會對學生的職業(yè)道德觀念有積極影響。授課過程中語言表達嚴謹，積極向上，在課堂上的狀態(tài)達到最佳；批改作業(yè)過程中嚴謹、細致、全面；課下答疑及時、耐心、注重引導(dǎo)。強調(diào)計算題解題過程要規(guī)范、不能沒有過程直接給出結(jié)論、概念題要敘述標準、圖解要規(guī)范等，也會促進學生養(yǎng)成良好的工科思維和表達方式以及嚴謹細致的好習慣。

為對材料力學課程思政建設(shè)模式進行不斷優(yōu)化，對我校18級學生的課程評價進行了統(tǒng)計。調(diào)研過程中，有學生提到“對港珠澳大橋和火神山醫(yī)院的例子記憶深刻，對工程師和施工人員十分崇敬”“更加了解了專業(yè)發(fā)展和國家需要”“材料力學沒有傳說中的那么難”“學會了邏輯推理和力學的分析方法”等。調(diào)研結(jié)果顯示，課程思政建設(shè)有助于提高學生對材料力學的學習興趣，學習效果提高，并且也逐漸培養(yǎng)了學生的工程師意識和專業(yè)素養(yǎng)，同時激發(fā)了愛國主義情懷。

4 結(jié)語

材料力學課程思政建設(shè)通過將與專業(yè)知識相契合的思政元素無縫銜接進教學中，對課程的學習及育人的目標都起到了積極的作用，符合《高等學校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》要求。團隊也將繼續(xù)研究和探索，為力學課程思政建設(shè)及實現(xiàn)三全育人目標得到更多的成果和實踐經(jīng)驗。