“巖土工程數(shù)值方法”課程思政教育探索

［摘 要］ 課程思政建設(shè)不僅是實(shí)現(xiàn)“三全育人”的重要環(huán)節(jié)，也是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的關(guān)鍵所在。針對工科專業(yè)課程“巖土工程數(shù)值方法”開展課程思政建設(shè)進(jìn)行了初步探索。首先對課程背景、教學(xué)內(nèi)容和課程思政的現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述，系統(tǒng)論述了課程思政建設(shè)的必要性。然后，從培養(yǎng)使命感和責(zé)任感、樹立正確的辯證觀和人生觀、學(xué)習(xí)人生哲理、培養(yǎng)工程素養(yǎng)等四方面提出了“巖土工程數(shù)值方法”課程實(shí)施課程思政的策略，并給出了具體的教學(xué)案例，為在課堂上有效地實(shí)施思想政治教育提供了新的思路，為工科專業(yè)課程思政建設(shè)提供了參考。

［關(guān)鍵詞］ 課程思政；巖土工程；數(shù)值方法；“三全育人”

［基金項(xiàng)目］ 2022年度北京交通大學(xué)研究生課程思政示范課程建設(shè)項(xiàng)目重點(diǎn)項(xiàng)目“‘巖土工程數(shù)值方法’課程思政示范課程建設(shè)”（134001101522）

［作者簡介］ 李偉華（1976—），女，內(nèi)蒙古赤峰人，博士，北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院教授，主要從事巖土工程研究。

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）32-0056-04 ［收稿日期］ 2023-07-10

引言

2016年12月，習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)［1］。此外，中共中央、國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)新形勢下高校思想政治工作的意見》等文件，提出全員全過程全方位育人的“三全育人”政策，其中“全方位育人”強(qiáng)調(diào)了培養(yǎng)具有綜合素質(zhì)的人才，明確了專業(yè)知識(shí)和思想教育要一手抓，協(xié)同共進(jìn)，這就要求教師在課程上要將思政元素融入專業(yè)教學(xué)內(nèi)容中，提高學(xué)生的思想政治覺悟，使其形成馬克思主義世界觀和價(jià)值觀。

“巖土工程數(shù)值方法”作為我校土木工程專業(yè)5級課程和巖土工程專業(yè)碩士研究生培養(yǎng)的必修課程，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合，是培養(yǎng)學(xué)生思維能力、計(jì)算能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的重要載體。在該課程中有效地融入思政教育，使專業(yè)知識(shí)和思想政治教育相結(jié)合，將會(huì)降低課程的抽象性，增強(qiáng)課堂教學(xué)的趣味性，不僅可以提高教師授課的效率，使知識(shí)傳授與價(jià)值引領(lǐng)形成協(xié)同效應(yīng)，還有利于增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力。

本文在思想政治教育原則的指引下，對“巖土工程數(shù)值方法”課程多年教學(xué)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)及充分的教學(xué)研討，將馬克思主義理論和社會(huì)主義核心價(jià)值觀貫穿教學(xué)全過程，以教學(xué)大綱為基礎(chǔ)，結(jié)合學(xué)校特色，充分挖掘蘊(yùn)含在巖土工程數(shù)值方法中的育人因素，培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義情懷，提升其思想水平和政治覺悟，踐行知行校訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)立德樹人潤物無聲。

一、“巖土工程數(shù)值方法”課程特點(diǎn)分析

“巖土工程數(shù)值方法”是我校土木工程專業(yè)5級課程，也是巖土工程專業(yè)碩士研究生培養(yǎng)的必修課程。該課程主要講述了用于解決巖土工程問題的各種數(shù)值方法，以有限單元法為重點(diǎn)，并簡單介紹了其他常用巖土工程數(shù)值方法。授課內(nèi)容包括有限元法的基本原理及線性、非線性有限元求解方法，有限元法計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)，典型巖土工程問題的有限元分析及巖土工程中其他常用數(shù)值方法。課程將有限元及巖土力學(xué)中最基本、最重要的理論工具進(jìn)行貫穿和強(qiáng)化，突出有限元等數(shù)值方法的基本理論和巖土工程問題的解題步驟，培養(yǎng)研究生的抽象思維、邏輯推理能力，應(yīng)用、創(chuàng)新能力及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神，提高研究生的科研素養(yǎng)。將有限元方法等數(shù)值原理貫穿于不同材料、不同類型的巖土工程問題的分析求解中，了解有限元程序和巖土工程分析軟件，應(yīng)用有限元方法分析和處理具體工程實(shí)際問題，提高研究生的科研攻關(guān)能力。通過學(xué)習(xí)該課程，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和開展巖土工程實(shí)踐及科學(xué)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

“巖土工程數(shù)值方法”教學(xué)內(nèi)容豐富、研究方法深入，既具有傳統(tǒng)理論課程的高度抽象性與嚴(yán)密科學(xué)性，又強(qiáng)調(diào)應(yīng)用的廣泛性與技術(shù)性，是培養(yǎng)學(xué)生思維能力、計(jì)算能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的重要載體?！皫r土工程數(shù)值方法”課程具有開展課程思政教育改革的條件和優(yōu)勢，一方面該課程一直是巖土工程專業(yè)研究生的必選課，課程教學(xué)對象人數(shù)較多，在該課程中開展思政教育更有現(xiàn)實(shí)意義；另一方面，該課程是解決巖土工程實(shí)際問題的一門工具類課程，與實(shí)際聯(lián)系密切，相對于純理論課程而言更“接地氣”，可以更好地結(jié)合工程實(shí)際問題進(jìn)行思政教育。課程組在十幾年的教學(xué)中一直努力嘗試教學(xué)改革研究，本文試圖在“巖土工程數(shù)值方法”課程思政教學(xué)改革方面進(jìn)行一些探索。

二、“巖土工程數(shù)值方法”課程思政的探索和實(shí)踐

在“巖土工程數(shù)值方法”課程教學(xué)中，充分利用其開展思政教育的條件和優(yōu)勢，圍繞教學(xué)大綱，在晦澀難懂的理論教學(xué)中融入育人內(nèi)容，增強(qiáng)教學(xué)的趣味性，緩解教學(xué)中沉悶的氛圍，加深學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解。將馬克思主義理論和社會(huì)主義核心價(jià)值觀貫穿教學(xué)全過程，培養(yǎng)學(xué)生的使命感和責(zé)任感，助力學(xué)生樹立正確的辯證觀和人生觀，讓學(xué)生從課程中學(xué)習(xí)人生哲理并培養(yǎng)工程素養(yǎng)。努力實(shí)現(xiàn)潤物無聲，發(fā)揮“小課堂”立德樹人的“大作為”。

（一）將數(shù)值方法的發(fā)展與當(dāng)代中國科技發(fā)展相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的使命感和責(zé)任感

數(shù)學(xué)是數(shù)值方法的根基，我國是一個(gè)數(shù)學(xué)大國，有著悠久的歷史文化和輝煌的數(shù)學(xué)成就［2］。在介紹數(shù)值方法的發(fā)展時(shí)，為學(xué)生穿插講解我國科學(xué)家做出的成就，以此激發(fā)學(xué)生的愛國主義情懷。如固體力學(xué)家徐次達(dá)教授將加權(quán)殘值法應(yīng)用到固體力學(xué)問題求解中，創(chuàng)立了我國加權(quán)殘值法計(jì)算力學(xué)［3］，引領(lǐng)我國在加權(quán)殘值法方面的研究工作處于國際領(lǐng)先地位。這是近現(xiàn)代行業(yè)中著名的專家，通過講述他的故事，激勵(lì)學(xué)生奮發(fā)學(xué)習(xí)，攀登數(shù)學(xué)高峰，努力趕超國外先進(jìn)科學(xué)與技術(shù)。

數(shù)值方法應(yīng)用廣泛，國際上90％的機(jī)械產(chǎn)品和裝備都是由有限元進(jìn)行分析的［4］。在介紹數(shù)值方法應(yīng)用方面時(shí)，可以發(fā)掘用數(shù)值方法解決身邊問題、熱點(diǎn)問題、重大科學(xué)工程問題的案例。例如，介紹第一架B-777飛機(jī)設(shè)計(jì)中大量采用了有限元分析手段，借此引申出我國嫦娥四號(hào)探測器實(shí)現(xiàn)了人類首次月球背面軟著陸探測，“蛟龍”號(hào)載人潛水器已在大海深處創(chuàng)造了下潛7 062米的中國載人深潛紀(jì)錄，這些超級工程的順利實(shí)施離不開數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展。引導(dǎo)學(xué)生在未來學(xué)習(xí)和工作中發(fā)揚(yáng)艱苦奮斗、敢于探索、刻苦鉆研的精神，傳承中國科技之光，繼承科學(xué)思想。

（二）將馬克思主義哲學(xué)思想融入數(shù)值求解原理，助力學(xué)生樹立正確的辯證觀和人生觀

習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，要抓好馬克思主義理論教育，深化學(xué)生對馬克思主義歷史必然性和科學(xué)真理性、理論意義和現(xiàn)實(shí)意義的認(rèn)識(shí)，教育他們學(xué)會(huì)運(yùn)用馬克思主義立場觀點(diǎn)方法觀察世界、分析世界，真正搞懂面臨的時(shí)代課題，深刻把握世界發(fā)展走向，認(rèn)清中國和世界發(fā)展大勢，讓學(xué)生深刻感悟馬克思主義真理力量，為學(xué)生成長成才打下科學(xué)思想基礎(chǔ)［5］。唯物辯證法是全面客觀分析問題和解決問題的思維方式，也是數(shù)值方法類課程進(jìn)行教學(xué)工作的重要工具。“巖土工程數(shù)值方法”課程中蘊(yùn)含著許多哲學(xué)原理，如數(shù)值分析的特點(diǎn)是承認(rèn)各種計(jì)算誤差的存在，但同時(shí)又要控制誤差，這與馬克思主義矛盾論不謀而合［6］。通過課程教學(xué)教育學(xué)生做事要敢于承認(rèn)各種矛盾、不回避問題，但同時(shí)一定要能化解矛盾、解決問題。再比如講解顯式積分格式和隱式積分格式時(shí)，顯式積分格式計(jì)算工作量小，適應(yīng)性強(qiáng)，但是條件穩(wěn)定的；隱式積分格式計(jì)算工作量大，但往往是無條件穩(wěn)定的。說明凡事具有兩面性，要采用辯證的觀點(diǎn)分析問題。又如插值節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)越多誤差一般會(huì)越小，但是龍格實(shí)驗(yàn)卻打破了這一常規(guī)性認(rèn)識(shí)，有時(shí)候節(jié)點(diǎn)越多可能誤差也會(huì)越大，這一現(xiàn)象體現(xiàn)了一般規(guī)律和特殊現(xiàn)象之間的辯證關(guān)系，這說明不能迷戀于想當(dāng)然的結(jié)論和一般性的規(guī)律，偶然也會(huì)有一些區(qū)別于常識(shí)和規(guī)律的特殊結(jié)論。諸如此類的思想方法不僅能促進(jìn)學(xué)生深入理解相關(guān)理論知識(shí)，也可幫助學(xué)生樹立正確的辯證觀和人生觀。

（三）升華課程知識(shí)點(diǎn)，在晦澀難懂的理論中增加育人內(nèi)容，加深學(xué)生對基礎(chǔ)理論理解的同時(shí)，學(xué)習(xí)人生哲理，領(lǐng)悟做人的道理

有限元方法是典型的、應(yīng)用最廣的數(shù)值方法之一，是一種基于變分法發(fā)展起來的求解微分方程的數(shù)值計(jì)算方法，其主要基本思想是化整為零，化零為整［7］。用有限單元代替連續(xù)體，將無限自由度問題轉(zhuǎn)化為有限自由度問題，將復(fù)雜的偏微分方程化為簡單的線性方程組。通過講解有限元原理，讓學(xué)生理解有限與無限的辯證統(tǒng)一，體會(huì)“有限的單元、無限的能力”，正確認(rèn)識(shí)和處理個(gè)人與集體的關(guān)系；正確面對人生發(fā)展道路上的困難和挫折，把困難化大為小，化整為零，從而實(shí)現(xiàn)人生目標(biāo)。在講解計(jì)算方法的穩(wěn)定性時(shí)，一些算法由于開始的一個(gè)微小的誤差，可能會(huì)隨著計(jì)算步驟的深入造成巨大的誤差，類似于氣象學(xué)中的“蝴蝶效應(yīng)”，具體說明初始誤差帶來的危害［6］。由此告誡學(xué)生“勿以善小而不為，勿以惡小而為之”，如果人生的第一?？圩記]有扣好，不注意自己的一言一行，以后就有可能釀成大錯(cuò)，在不經(jīng)意間對學(xué)生進(jìn)行思想政治教育。

（四）通過具體工程案例引導(dǎo)學(xué)生正確處理理論與實(shí)踐之間的關(guān)系，提升學(xué)生自身工程素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神和創(chuàng)新能力

巖土工程數(shù)值方法的技術(shù)載體是數(shù)值模擬分析程序或軟件。目前學(xué)生更關(guān)心的是數(shù)值軟件的使用，不重視數(shù)值方法基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)。為解決這一問題，可以將典型的巖土工程案例分析引入課堂，開發(fā)典型工程案例。如挖掘巖土工程中常見的基本問題，開發(fā)巖土工程基礎(chǔ)問題的數(shù)值分析教學(xué)案例，建立這些問題的完整數(shù)值分析過程，形成針對各種問題的程序包，包括源程序、代碼說明、程序使用說明及一些簡單模型的計(jì)算分析等。還可以依托實(shí)際工程項(xiàng)目，開發(fā)基于工程應(yīng)用的巖土工程問題分析教學(xué)案例，通過案例展示解決實(shí)際工程問題時(shí)數(shù)值建模的思路方法、命令的使用、數(shù)據(jù)處理的技巧等，與現(xiàn)場的工程進(jìn)行對比分析，體會(huì)軟件如何恰當(dāng)運(yùn)用才能反映工程實(shí)際。此外，還可以改革課程的考評方式，開發(fā)一系列適合于小組合作的測試案例，并建立全過程的評價(jià)體系，解決課程考評重課本輕實(shí)踐、重知識(shí)輕能力、重結(jié)果輕過程等弊端。通過案例教學(xué)，一方面教育學(xué)生只有深入理解數(shù)值方法的本質(zhì)，從根本上掌握數(shù)值分析的普遍方法，才能以不變應(yīng)萬變，更好地解決實(shí)際問題，引導(dǎo)學(xué)生正確處理理論與實(shí)踐之間的關(guān)系；另一方面可以引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和手段，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、綜合與仿真，培養(yǎng)其綜合分析、解決巖土工程專業(yè)相關(guān)工程問題的思維方法和實(shí)踐能力，從而強(qiáng)化工程倫理教育，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神、創(chuàng)新能力。

結(jié)語

本文充分挖掘了蘊(yùn)含在“巖土工程數(shù)值方法”課程中的育人因素，將馬克思主義理論和社會(huì)主義核心價(jià)值觀貫穿教學(xué)全過程，從培養(yǎng)使命感和責(zé)任感、樹立正確的辯證觀和人生觀、學(xué)習(xí)人生哲理、培養(yǎng)工程素養(yǎng)等四方面提出了“巖土工程數(shù)值方法”實(shí)施課程思政的策略和具體教學(xué)案例，為工科專業(yè)課程的思政教育建設(shè)和實(shí)施提供參考。

參考文獻(xiàn)

［1］習(xí)近平在全國高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào) 把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程 開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面［N］.人民日報(bào)，2016-12-09（1）.

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Exploration of Integrating Ideological and Political Education into Teaching of Numerical Methods in Geotechnical Engineering

LI Wei-hua， CAI Guo-qing， LIU Yan， LI Jian

（School of Civil Engineering， Beijing Jiaotong University， Beijing 100044， China）

Abstract： The construction of curriculum ideology and politics is not only an important link in achieving the “three complete education”， but also the key to building morality and cultivating talents. This paper explores the curriculum ideology and politics construction of the engineering major course “Numerical Methods in Geotechnical Engineering”. This paper first expounds the curriculum background， teaching content and the current situation of curriculum ideology and politics construction of “numerical methods in geotechnical engineering”， and systematically discusses the necessity of curriculum ideology and politics construction. Then， from four aspects， e.g. cultivating the mission and sense of responsibility， setting up the correct dialectical view and outlook on life， learning life philosophy， and developing engineering literacy， the paper proposes strategies for implementing curriculum ideology and politics in the “numerical methods in geotechnical engineering” course， and gives specific teaching cases， to provide a new train of thought in the actual classroom ideological and political education.

Key words： curriculum ideology and politics; geotechnical engineering; numerical method; “three complete education”