“基礎(chǔ)力學(xué)”課程教學(xué)思政元素的挖掘與實(shí)踐

馮文杰 劉靈靈

［摘 要］ “基礎(chǔ)力學(xué)”是理工科院校的必修課之一，不僅傳授專業(yè)知識，而且擔(dān)負(fù)思政育人功能。深入挖掘課程中蘊(yùn)含的思想政治教育資源，是高素質(zhì)人才培養(yǎng)不可或缺的重要一環(huán)。石家莊鐵道大學(xué)工程力學(xué)系基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)在長期教學(xué)實(shí)踐中，深入挖掘“基礎(chǔ)力學(xué)”課程的思政元素，從科學(xué)精神、家國情懷和職業(yè)素養(yǎng)三個(gè)層面入手，努力將專業(yè)知識傳授與思想政治教育有機(jī)融合，力爭實(shí)現(xiàn)知識傳授與價(jià)值觀引領(lǐng)的同頻共振。課程思政元素的引入，不僅提升了教學(xué)效果和學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)，而且增強(qiáng)了學(xué)生的民族自豪感和科技報(bào)國的家國情懷，實(shí)現(xiàn)了育人與育才的相互促進(jìn)。

［關(guān)鍵詞］ 基礎(chǔ)力學(xué)；課程思政；工程倫理；工匠精神；職業(yè)精神

［基金項(xiàng)目］ 2020年度河北省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目“面向工程基于創(chuàng)新能力與思政素質(zhì)提升的基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐”（2020GJJG170）；2021年度河北省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目“融入科學(xué)精神價(jià)值引領(lǐng)的基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐”（2021GJJG233）；2022年度河北省研究生示范課程“彈性理論”（KCJSX2022075）

［作者簡介］ 馮文杰（1967—），男，河北滄州人，工學(xué)博士，石家莊鐵道大學(xué)工程力學(xué)系教授，博士生導(dǎo)師，主要從事智能材料結(jié)構(gòu)斷裂力學(xué)及彈性波動力學(xué)研究；劉靈靈（1979—），女，河北石家莊人，工學(xué)博士，石家莊鐵道大學(xué)工程力學(xué)系副教授，主要從事智能材料的斷裂力學(xué)問題研究。

［中圖分類號］ G641 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）10-0165-04 ［收稿日期］ 2022-05-09

引言

國學(xué)經(jīng)典《大學(xué)》開篇第一句寫道：“大學(xué)之道，在明明德，在親民，在止于至善”，這一論述充分強(qiáng)調(diào)了人才培養(yǎng)過程中德育先行的重要性。2020年5月，教育部頒發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》提出，課程思政建設(shè)是全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要任務(wù)。針對理工類課程，綱要指出要把馬克思主義立場觀點(diǎn)方法的教育與科學(xué)精神的培養(yǎng)結(jié)合起來……注重科學(xué)思維方法的訓(xùn)練和科學(xué)倫理的教育，培養(yǎng)學(xué)生探索未知、追求真理、勇攀高峰的責(zé)任感和使命感，注重強(qiáng)化學(xué)生工程倫理教育，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國工匠精神，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)［1］。

“基礎(chǔ)力學(xué)”課程作為工科專業(yè)學(xué)生的必修課，具有普及面廣、邏輯性強(qiáng)、與工程實(shí)際聯(lián)系緊密等特點(diǎn)。新形勢下將專業(yè)課與思政元素相結(jié)合，使專業(yè)教學(xué)和思政教育同向而行，已成為大學(xué)教育的重要方向。挖掘課程中蘊(yùn)含的思政元素，是高素質(zhì)人才培養(yǎng)不可或缺的一環(huán)。針對基礎(chǔ)力學(xué)課程，近幾年全國多所高校開展了課程思政建設(shè)的探討與嘗試，已取得一些效果［2-6］。但在思政課程建設(shè)中仍存在“傳道”與“授業(yè)”相分離、“德育”與“智育”相脫節(jié)的現(xiàn)象，部分教師對思想政治建設(shè)僅停留在認(rèn)知層面，形式大于內(nèi)容，有違思政建設(shè)的初衷［7］。為此，深入挖掘“基礎(chǔ)力學(xué)”課程中的思政元素，與專業(yè)知識深度融合，同時(shí)做到潤物無聲，是對思政建設(shè)提出的新要求。本文擬從科學(xué)精神、家國情懷和職業(yè)素養(yǎng)三個(gè)層面對課程思政元素的挖掘與實(shí)踐進(jìn)行初步探討。

一、引入力學(xué)學(xué)科發(fā)展史，堅(jiān)定理想信念，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神

結(jié)合力學(xué)學(xué)科發(fā)展史開展課堂教學(xué)，使學(xué)生了解力學(xué)學(xué)科的發(fā)展過程，認(rèn)識到力學(xué)發(fā)展同技術(shù)發(fā)展、社會進(jìn)步的關(guān)系，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生追求真理、探索未知、勇攀科學(xué)高峰的責(zé)任感和使命感，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和追求真理的熱忱。

能量守恒定律是力學(xué)三大守恒定律之一，它的發(fā)現(xiàn)歷經(jīng)了近200年時(shí)間，其雛形源自1686年萊布尼茲提出的活力守恒。由于人們對熱的本質(zhì)了解不夠，守恒定律的研究在萊布尼茲之后100多年幾乎停滯不前［8］。1807年托馬斯·楊引進(jìn)能量的概念，1841年德國物理學(xué)家邁爾提出了熱功當(dāng)量的概念，并通過實(shí)驗(yàn)提出了能量守恒的概念，但當(dāng)時(shí)他的結(jié)論并沒有被社會接受。1847年亥姆霍茲用公理化結(jié)構(gòu)作了題為《論力的守恒》的報(bào)告，其結(jié)論與焦耳熱功當(dāng)量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。至此，能量守恒在普遍意義上才被接受?？梢娨粋€(gè)理論的形成往往不是一帆風(fēng)順的，其中蘊(yùn)含著無數(shù)科學(xué)家孜孜以求的科學(xué)探索精神。課堂上通過融入該發(fā)展歷程的介紹，學(xué)生了解到定律的發(fā)現(xiàn)是科學(xué)家們對真理執(zhí)著追求的結(jié)果，只有堅(jiān)定理想信念、不懈奮斗，才能到達(dá)光明的未來。

早在1620年，荷蘭力學(xué)家比克門就提出了中性層的概念，但沒有具體討論中性軸的位置［9］。1638年，伽利略在其出版的《兩門新科學(xué)的對話》中，對梁的強(qiáng)度問題做了詳細(xì)研究，也沒有涉及中性軸，并錯(cuò)誤認(rèn)為梁橫截面上只有均布拉應(yīng)力。1686年，法國學(xué)者馬略特在其大作《論水和其他流體的運(yùn)動》中指出應(yīng)力沿梁的高度線性分布，中性軸在橫截面的下部。從1694年到1705年，雅各布·伯努利經(jīng)過長期研究，得出“中性軸的位置無關(guān)緊要”的錯(cuò)誤結(jié)論。1713年，法國學(xué)者帕倫認(rèn)為中性層處于梁的中間某個(gè)位置，但最終也沒有給出正確結(jié)果。1826年，法國力學(xué)家納維在其出版的《力學(xué)在機(jī)械與結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用》一書中，才準(zhǔn)確指出：當(dāng)材料服從胡克定律時(shí)，中性軸通過橫截面的形心。經(jīng)過多位科學(xué)家的不斷實(shí)踐和修正錯(cuò)誤，歷時(shí)200多年，中性軸位置才得以確定。通過這一問題解決過程的介紹，引導(dǎo)學(xué)生堅(jiān)持批判精神，要勤于思考、勇于創(chuàng)新、敢于實(shí)踐，以正確的方法、持之以恒的態(tài)度追求真理。

工程結(jié)構(gòu)承受復(fù)雜載荷作用時(shí)，其失效形式是多樣的。如何從眾多失效現(xiàn)象中找到失效規(guī)律，是力學(xué)家和工程師們十分關(guān)心的問題。人們?yōu)榱私忉尣牧掀茐牡脑?，幾百年來提出了上百種學(xué)說，即強(qiáng)度理論。較著名的理論有最大拉應(yīng)力理論、最大伸長線應(yīng)變理論、最大剪應(yīng)力理論、最大形狀改變能密度理論，以及以莫爾圓為基礎(chǔ)的莫爾強(qiáng)度理論，還有20世紀(jì)60年代我國學(xué)者俞茂宏提出的雙剪應(yīng)力強(qiáng)度理論等［10］。這些理論的建立充分體現(xiàn)了馬克思主義哲學(xué)中“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”這一辯證唯物主義認(rèn)識論思想。授課過程中教師應(yīng)加強(qiáng)對學(xué)生思維方式的培養(yǎng)，讓學(xué)生明白學(xué)習(xí)的主要目的是對問題本質(zhì)的探究。

課堂上通過講解力學(xué)發(fā)展史，一方面，使學(xué)生受到科學(xué)家畢生為科學(xué)事業(yè)獻(xiàn)身精神的熏陶，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)、追求真理、勇于探索的精神以及科學(xué)的思維方式；另一方面，使學(xué)生用發(fā)展的眼光把握知識，全面審視自己所學(xué)專業(yè)在學(xué)科發(fā)展史上的地位，進(jìn)而使學(xué)習(xí)成為一種由內(nèi)而外的訴求，提高學(xué)習(xí)的積極性。

二、發(fā)掘力學(xué)發(fā)展的中國元素，增強(qiáng)文化自信，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷

我國是歷史悠久的文明古國，人們在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中積累了大量的力學(xué)知識。在課程中適時(shí)引入與力學(xué)知識相關(guān)的古代文明成果和中國特色社會主義建設(shè)所取得的成就，不僅增加了課堂的趣味性，開闊了學(xué)生的視野，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且增強(qiáng)了學(xué)生的民族自豪感，培養(yǎng)了學(xué)生的文化自信，激發(fā)了學(xué)生的愛國情懷。

古代有許多杰出的建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)過程中會遇到矩形截面梁合理高寬比的問題。借助現(xiàn)代力學(xué)知識，18世紀(jì)初法國學(xué)者帕倫指出當(dāng)高寬比為 ?∶1時(shí)，強(qiáng)度最大；19世紀(jì)初英國科學(xué)家托馬斯·楊給出高寬比為 ?∶1時(shí)剛度最大。其實(shí)早在1100年，李誡在其所編纂的《營造法式》一書中就已經(jīng)給出了精辟的論述：“凡梁之大小，各隨其廣分為三分，以二分為厚”，即矩形木梁的高寬比取1.5時(shí)，結(jié)構(gòu)更為合理。這一比值恰好在 ? ?和 ? ?之間，兼顧了強(qiáng)度和剛度要求。同時(shí)，該論述暗含高度尺寸對梁的強(qiáng)度影響更大，直到近代科學(xué)發(fā)展的初期，伽利略才對這一問題有了同樣的認(rèn)識，比李誡晚了500年之久［12］。

始建于1008年的浙江寧波保國寺，是有許多特色的木結(jié)構(gòu)建筑，其中大殿中的立柱為九根木料拼成的八瓣形柱子［10］。這種設(shè)計(jì)不僅美觀，解決了大木料來源上的困難，同時(shí)提高了立柱的承載能力。那么承載能力能提高多少呢？借助材料力學(xué)知識，經(jīng)簡單計(jì)算可得其承載能力大約是單根木柱的23.6倍。九根木材“團(tuán)結(jié)協(xié)作”，使截面形成穩(wěn)固的耗散結(jié)構(gòu)，起到了1+1＞2的效果。借助該實(shí)例，學(xué)生們深受啟發(fā)，認(rèn)識到個(gè)人力量的渺小，只有把個(gè)人融入集體中，團(tuán)結(jié)協(xié)作，才能成就更偉大的事業(yè)。

當(dāng)代中國在工程建設(shè)上也取得了舉世矚目的重大成就，許多工程項(xiàng)目的順利開展離不開相關(guān)的力學(xué)知識。例如，我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的C919大飛機(jī)，國內(nèi)眾多高校參與了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與研發(fā)，大連理工大學(xué)承擔(dān)了C919加筋壁板結(jié)構(gòu)、垂尾盒段結(jié)構(gòu)以及尾翼前緣抗鳥撞結(jié)構(gòu)的承載能力檢測和力學(xué)性能計(jì)算評估等課題。哈爾濱工業(yè)大學(xué)在飛機(jī)中央翼復(fù)合材料后梁大開口補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)等方面做出了重要貢獻(xiàn)。清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)與分析等方面做了大量工作。航空航天工程屬系統(tǒng)工程，需要依靠不同部門、領(lǐng)域、專業(yè)人才的通力合作，成就的取得不僅是社會主義制度優(yōu)越性的體現(xiàn)，更是全體參與人員無私奉獻(xiàn)、團(tuán)結(jié)協(xié)作的成果，是集體主義精神的重大勝利。授課過程中，告訴學(xué)生只有現(xiàn)在學(xué)好力學(xué)，將來才有機(jī)會參與到國家重大工程項(xiàng)目建設(shè)中，不僅激發(fā)了學(xué)生樹立投身建設(shè)世界科技強(qiáng)國的遠(yuǎn)大志向，而且培養(yǎng)了學(xué)生的愛國情懷和社會責(zé)任感。

課堂上講解古代和當(dāng)代中國所取得的偉大成就，一是弘揚(yáng)了中華文明的博大精深，增強(qiáng)了學(xué)生的文化自信；二是激發(fā)了學(xué)生們強(qiáng)烈的民族自豪感和愛國主義情感；三是在對房屋建筑、飛機(jī)、橋梁等代表作的分析品鑒中，引導(dǎo)學(xué)生厚植“敬業(yè)、精益、專注、創(chuàng)新”的大國工匠精神。

三、結(jié)合工程災(zāi)難事故，增強(qiáng)工程倫理責(zé)任意識，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)

“基礎(chǔ)力學(xué)”課程中許多知識點(diǎn)可結(jié)合工程災(zāi)難事故進(jìn)行講解，通過反面工程案例分析，使學(xué)生認(rèn)識到工程中“安全操作規(guī)程”里所蘊(yùn)含的力學(xué)原理，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)道德，為學(xué)生將來在工作崗位建功立業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

19世紀(jì)末20世紀(jì)初歐美發(fā)生過一系列橋梁的破壞事件，比如加拿大圣勞倫斯河上的魁北克大橋坍塌事故。該橋由美國著名橋梁設(shè)計(jì)師奧多羅·庫帕主持設(shè)計(jì)，為了追求“最長、最省”的設(shè)計(jì)理念，主跨擅自由487.7米增加到548.6米。1907年8月29日，魁北克大橋在即將竣工時(shí)發(fā)生了垮塌，造成75人喪生。由于庫帕的盲目自信，忽略了對橋梁承載能力的精確計(jì)算，導(dǎo)致了這場悲劇。這是一座命運(yùn)多舛的大橋，1916年該橋在重新建造時(shí)，由于中間最長橋段支撐柱的鑄鐵底座發(fā)生脆斷，悲劇再次重演，造成13名工人死亡。這是一起典型的違背工程倫理的案例，設(shè)計(jì)者為了極致的追求，忽略了所擔(dān)負(fù)的對人類生命安全的責(zé)任。該事故從一個(gè)側(cè)面反映了西方文化的個(gè)人主義以及對生命的不尊重。

2020年3月7日晚，位于福建泉州的欣佳酒店發(fā)生坍塌事故，造成29人死亡，國務(wù)院事故調(diào)查組認(rèn)定這是一起因違規(guī)建設(shè)導(dǎo)致建筑物坍塌的重大生產(chǎn)安全責(zé)任事故。該建筑原始設(shè)計(jì)為四層鋼結(jié)構(gòu)，跨度大、樓層高，后經(jīng)非法改造，增加了酒店功能，在不改變樓高的情況下，內(nèi)部增加了三層。坍塌前大樓一樓正在裝修改造，一根柱子發(fā)生嚴(yán)重變形，最終發(fā)生了慘烈事故。事故原因很簡單：建筑層數(shù)增加近一倍，墻體和樓面增重約3 000噸，同時(shí)一樓的裝修敲掉了幾面墻體，所有重量僅由幾根柱子承受，大大超出了其承載能力，最終因頭重腳輕導(dǎo)致結(jié)構(gòu)全面垮塌。如此慘痛的教訓(xùn)暴露了設(shè)計(jì)施工人員對力學(xué)知識的淺薄，在血淋淋的教訓(xùn)面前學(xué)生會得到深刻的教育。

將力學(xué)理論知識和工程災(zāi)難事故分析結(jié)合，既讓學(xué)生明白工程安全無小事，必須嚴(yán)格遵守行業(yè)規(guī)范，又培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，提高了職業(yè)素養(yǎng)。通過課堂講解，引導(dǎo)學(xué)生理解工程倫理的要求，培養(yǎng)他們愛崗敬業(yè)的職業(yè)信念、精益求精的大國工匠精神、科技報(bào)國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。

四、“基礎(chǔ)力學(xué)”課程思政建設(shè)成效反饋

為了檢驗(yàn)思政元素融入基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)中的教學(xué)效果，我們針對2020級某教學(xué)班（共132人）進(jìn)行了問卷調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如下：針對“教師選取的課程思政案例是否滿意”的問題，滿意率高達(dá)96.4%；針對“課程思政元素的引入是否提升了你學(xué)習(xí)力學(xué)課程的興趣”的問題，滿意率為93.6%；針對“課程思政元素的引入是否促進(jìn)了你對課堂知識的理解與掌握”的問題，回答有促進(jìn)作用的學(xué)生比例為92.6%。根據(jù)上述問卷調(diào)查結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對思政元素加入課堂教學(xué)中是愿意接受的。借助思政元素，學(xué)生不僅學(xué)到了知識，而且弘揚(yáng)了正能量，學(xué)到了很多做人做事的道理。

結(jié)語

本文從科學(xué)精神、家國情懷和職業(yè)素養(yǎng)三個(gè)層面入手，結(jié)合具體基礎(chǔ)力學(xué)知識點(diǎn)開展了課程思政元素的挖掘與實(shí)踐，把知識傳授與學(xué)生的價(jià)值塑造緊密聯(lián)系起來。一方面培養(yǎng)了學(xué)生熱愛科學(xué)、勇于探索的科學(xué)精神，另一方面激發(fā)了學(xué)生的愛國熱情，增強(qiáng)了民族自豪感和文化自信。同時(shí)借助工程災(zāi)難事故分析，增強(qiáng)了學(xué)生的職業(yè)責(zé)任感。但要注意課程思政不能弱化課程的難度與深度，與知識點(diǎn)融合的思政元素要避免說教，滲透到課堂的思政元素要達(dá)到潤物無聲的效果，使學(xué)生在自主思考中理解其深意，最終幫助學(xué)生樹立正確的“三觀”，把學(xué)生培養(yǎng)成人格健全的高素質(zhì)的專業(yè)人才。

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Exploration and Practice of Ideological and Political Elements in the Teaching of Basic

Mechanics Course

FENG Wen-jie， LIU Ling-ling

（Department of Engineering Mechanics， Shijiazhuang Tiedao University， Shijiazhuang，

Hebei 050043， China）

Abstract： Basic Mechanics course is a compulsory course in colleges of science and engineering， which not only imparts professional knowledge， but also plays the role of ideological and political education. Deeply exploring the ideological and political education resources contained in the course is an indispensable part of high-quality talent cultivation. In the long-term teaching practice， the course teaching team of Department of Engineering Mechanics in Shijiazhuang Tiedao University deeply explores the ideological and political elements in the course， makes efforts to organically integrate the teaching of professional knowledge with the ideological and political education from the aspects of scientific spirit， national feelings and professional quality， and strives to achieve the same frequency resonance between the teaching of knowledge and the guidance of values. This initiative not only improves the teaching effect and students professional quality， but also enhances students national pride and the feeling of serving the country through science and technology， realizing the mutual promotion of education and talent cultivation.

Key words： Basic Mechanics; curriculum ideology and politics; engineering ethics; craftsman spirit; professional spirit