彈塑性力學(xué)內(nèi)容體系梳理和課程思政建設(shè)探究

0 引言

自課程思政的理念提出之后[1]，中共中央、國務(wù)院及教育部等出臺多個文件[2-3]，要求把思政教育貫穿所有高校的全部課程教學(xué)過程。彈塑性力學(xué)是所有工科專業(yè)碩士研究生的核心基礎(chǔ)課程之一，在整個研究生教育階段占有重要地位。在該課程的授課中深挖其蘊(yùn)藏的思政元素，并以“潤物細(xì)無聲”的方式傳授給學(xué)生，是一個值得深入研究的問題。

為此，很多彈塑性力學(xué)教師開展了積極有益的探索。賴金茂[4從課程思政的本質(zhì)內(nèi)涵、建設(shè)難點(diǎn)和建設(shè)對策三方面對課程思政的實(shí)施給出了總體方案，為所有專業(yè)課程的思政教學(xué)提供了很好的借鑒。在此基礎(chǔ)上，張豐收等[5]根據(jù)彈性力學(xué)課程的特點(diǎn)，從力學(xué)史、力學(xué)美、辯證法等角度深入挖掘力學(xué)課程中的思政元素，全面培養(yǎng)學(xué)生正確的價值觀，實(shí)現(xiàn)知識傳授與德育并舉。李信富等[根據(jù)彈性動力學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)，提出從教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式等方面構(gòu)建課程思政教學(xué)體系，并通過案例教學(xué)等方式實(shí)施思政教育。梅瑞斌等[基于塑性力學(xué)課程的知識體系提出思政元素挖掘與價值典范凝練的教學(xué)方法，并將優(yōu)秀傳統(tǒng)文化與唯物辯證法有機(jī)融入課堂教學(xué)。徐業(yè)鵬等[8]結(jié)合應(yīng)用彈塑性力學(xué)課程特點(diǎn)和學(xué)校特色，有針對性地修訂教學(xué)大綱、更新教學(xué)內(nèi)容，并挖掘了12個課程思政教學(xué)點(diǎn)，取得了良好的教學(xué)效果。唐雪松等[9根據(jù)新時代人才培養(yǎng)要求，并結(jié)合彈性力學(xué)課程特點(diǎn)，從教學(xué)內(nèi)容、課程思政和過程考核等方面出發(fā)，提出了相應(yīng)的教學(xué)方法。

上述研究通過課程教學(xué)實(shí)踐，為課程思政建設(shè)提供了良好借鑒。但上述研究大多針對課程的某一具體章節(jié)或知識點(diǎn)展開研究，容易導(dǎo)致學(xué)生對課程總體內(nèi)容及重難點(diǎn)知識把握不全面。賴金茂[4將課程內(nèi)容與思政元素類比為“湯”與“鹽”的關(guān)系，從這個角度來說，前者是基礎(chǔ)，后者是升華。先是課程內(nèi)容的“湯”有營養(yǎng)，而后加入思政元素這份點(diǎn)睛之筆的“鹽”，二者就能彼此升華。下面分別從上述兩方面對該課程進(jìn)行分析，即首先對課程內(nèi)容這碗“湯”中的營養(yǎng)成分進(jìn)行有效提煉，讓學(xué)生能夠快速、高效地對整個課程體系有一個很好的把握，而后，再加入思政元素的“鹽”，讓學(xué)生能夠輕松、愉快地吸收。為此，首先對課程內(nèi)容進(jìn)行分析、歸納和總結(jié)，以便學(xué)生能夠更容易地理解和掌握；其次，結(jié)合本課程特點(diǎn)，對課程思政建設(shè)流程與機(jī)制進(jìn)行探討。

1課程內(nèi)容體系分析

借鑒筆者的前期研究成果[10]，以學(xué)校采用的徐秉業(yè)等編寫的《應(yīng)用彈塑性力學(xué)》教材[11]為例進(jìn)行介紹，其內(nèi)容結(jié)構(gòu)如圖1所示，即首先從研究對象、研究內(nèi)容和研究方法等三方面進(jìn)行分析，研究對象為線彈性體和塑性體，研究方法主要為理論分析和試驗(yàn)研究，研究內(nèi)容則主要包括五部分，即應(yīng)力分析、應(yīng)變分析、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（本構(gòu)關(guān)系）、彈性力學(xué)問題求解與塑性力學(xué)問題求解。課程內(nèi)容表現(xiàn)為逐層遞進(jìn)，即先介紹基本理論，然后利用基本理論求解實(shí)際問題，最終服務(wù)于實(shí)際工程。

通過多年教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，彈性力學(xué)部分相對簡單，對在本科階段學(xué)習(xí)過彈性力學(xué)課程的學(xué)生來說更是如此。學(xué)生反映比較難學(xué)的部分是塑性力學(xué)相關(guān)內(nèi)容，其抽象性更強(qiáng)，且知識點(diǎn)多而分散。為了讓學(xué)生更好地掌握這部分內(nèi)容，下面對塑性力學(xué)的相關(guān)知識進(jìn)行歸納總結(jié)。

首先是第一、二章的應(yīng)力分析和應(yīng)變分析，其特點(diǎn)是知識點(diǎn)多且分散。其實(shí)它們彼此關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)，為此將相關(guān)知識點(diǎn)羅列如表1所示。需要說明的是，這里引入了等傾面的概念，通過相關(guān)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)等傾面上的正應(yīng)力（即靜水壓力）不會引起材料屈服，進(jìn)而為塑性屈服準(zhǔn)則的提出和本構(gòu)模型的建立等奠定了基礎(chǔ)。

其次是應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（本構(gòu)方程），由于線彈性本構(gòu)比較簡單，這里不贅述，重點(diǎn)探討塑性本構(gòu)關(guān)系。塑性本構(gòu)關(guān)系由四部分組成：屈服準(zhǔn)則、塑性勢函數(shù)、硬化規(guī)律和塑性流動法則。屈服準(zhǔn)則是用來判斷某點(diǎn)是否進(jìn)入塑性狀態(tài)的準(zhǔn)則，常用的屈服準(zhǔn)則包括一般材料屈服準(zhǔn)則和巖土材料屈服準(zhǔn)則，前者通常為材料力學(xué)介紹的第 1～4 強(qiáng)度理論。巖土材料具有剪脹性、等壓屈服和壓硬性等特點(diǎn)，導(dǎo)致其屈服準(zhǔn)則與一般材料有所不同，主要包括雙參數(shù)強(qiáng)度準(zhǔn)則（如Mohr-Coulomb準(zhǔn)則、Drucker-Prager準(zhǔn)則和統(tǒng)一強(qiáng)度準(zhǔn)則等）和三參數(shù)強(qiáng)度準(zhǔn)則（旋轉(zhuǎn)拋物面準(zhǔn)則等），其中前者應(yīng)用更多。當(dāng)進(jìn)入塑性狀態(tài)后，目前常用的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如圖2所示，即分為增量型（萊維一米澤斯方程、普朗特一羅伊斯方程）和全量型（亨奇方程、伊柳辛方程）兩類，且這四種本構(gòu)方程之間存在密切的聯(lián)系，這里不贅述。

圖1彈塑性力學(xué)課程內(nèi)容框架

表1應(yīng)力、應(yīng)變分析相關(guān)內(nèi)容總結(jié)與對比

前面給出了屈服準(zhǔn)則和塑性本構(gòu)方程，為了將二者聯(lián)系起來，塑性力學(xué)引入了德魯克公設(shè)和伊柳辛公設(shè)，二者的具體內(nèi)容與區(qū)別如表2所示，其對塑性力學(xué)的發(fā)展起到了很大的推動作用。

而后就是利用上述方程進(jìn)行彈性力學(xué)與塑性力學(xué)問題的求解。對彈性力學(xué)問題，由三類基本方程（平衡方程、幾何方程、物理方程）和相應(yīng)的邊界條件（位移邊界、應(yīng)力邊界和混合邊界）即可進(jìn)行求解。而塑性問題遠(yuǎn)比彈性問題復(fù)雜，按照變量類型可以分為位移法和力法，其求解過程要比相應(yīng)的彈性力學(xué)問題復(fù)雜得多，這里不贅述。

2課程思政建設(shè)實(shí)踐和實(shí)施效果

結(jié)合課程特點(diǎn)，分別從培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)評價等四個方面開展課程思政建設(shè)，提出分層、遞進(jìn)、閉環(huán)的課程思政建設(shè)機(jī)制。結(jié)合筆者于2023年秋季承擔(dān)的學(xué)校工程技術(shù)學(xué)院碩士研究生必修專業(yè)學(xué)位課一—彈塑性力學(xué)的課堂教學(xué)實(shí)踐對其實(shí)施效果進(jìn)行分析評價，該課程在碩士研究生入學(xué)第一學(xué)期開設(shè)，總學(xué)時48，選課學(xué)生共127人。

2.1以結(jié)果為導(dǎo)向，確定培養(yǎng)目標(biāo)，突出思政育人價值

在專業(yè)課教學(xué)中開展思政教育，必須有計(jì)劃、有目標(biāo)地進(jìn)行。根據(jù)國家教育政策、學(xué)校辦學(xué)定位和專業(yè)要求，提出如圖3所示的三維培養(yǎng)目標(biāo)：1）思政目標(biāo)：圍繞“知識傳授與價值引領(lǐng)相結(jié)合”的人才培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷、科學(xué)精神等；同時結(jié)合本課程特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念和安全意識，達(dá)到工程設(shè)計(jì)安全性與經(jīng)濟(jì)性的最佳統(tǒng)一。2）知識目標(biāo)：學(xué)生必須理解和掌握彈塑性力學(xué)基本理論和知識，并能夠理論聯(lián)系實(shí)際。3）能力目標(biāo)：學(xué)生能夠掌握工程設(shè)計(jì)理念，并將所學(xué)知識應(yīng)用于工程實(shí)踐，初步具備開展實(shí)際工程設(shè)計(jì)的能力。

1）在授課過程中，首先實(shí)現(xiàn)學(xué)生培養(yǎng)的思政目標(biāo)，從彈塑性力學(xué)在我國重大工程建設(shè)、大國重器制造等行業(yè)中的基礎(chǔ)地位談起，讓學(xué)生將家國情懷與科學(xué)精神結(jié)合起來。如港珠澳大橋、川藏鐵路等重大工程的設(shè)計(jì)采用的基礎(chǔ)理論均是彈塑性力學(xué)，大飛機(jī)、航空母艦等鎮(zhèn)國重器是彈塑性力學(xué)在機(jī)械工程領(lǐng)域的應(yīng)用。因此要學(xué)好這門課程才能實(shí)現(xiàn)科學(xué)報(bào)國的理想。

表2兩類公設(shè)的區(qū)別與聯(lián)系

2）知識目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，就是通過前面的歸納和總結(jié)，讓學(xué)生能夠更好、更快地掌握課程知識點(diǎn)，為理論應(yīng)用于實(shí)際奠定基礎(chǔ)。

3）在能力目標(biāo)培養(yǎng)方面，結(jié)合某一具體工程如港珠澳大橋的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生能夠利用金屬的屈服準(zhǔn)則和本構(gòu)方程進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的選材與受力變形分析計(jì)算，培養(yǎng)其理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

2.2以學(xué)生為主體，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，全面融入思政元素

本課程知識點(diǎn)多、內(nèi)容覆蓋面廣且難度較大，應(yīng)以學(xué)生為中心，進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建適合本課程及本校學(xué)生背景的思政教學(xué)體系。

1）根據(jù)課程培養(yǎng)方案基本要求和思政教學(xué)目標(biāo)，介紹該課程的總體概況，引導(dǎo)學(xué)生了解其在整個研究生學(xué)習(xí)階段的地位，幫助學(xué)生建立本課程與其他課程及今后所從事工作的關(guān)聯(lián)性，培養(yǎng)學(xué)生的總體觀和系統(tǒng)觀。在講述彈塑性力學(xué)強(qiáng)度準(zhǔn)則時，可以我國著名學(xué)者俞茂宏教授提出的統(tǒng)一強(qiáng)度理論為例，有機(jī)融入思政元素；早期，彈塑性力學(xué)強(qiáng)度準(zhǔn)則幾乎都是外國人提出的，但是近年來我國有迎頭趕上的趨勢，統(tǒng)一強(qiáng)度理論打破了外國人在該領(lǐng)域的壟斷地位，并躋身世界前列。以此提升學(xué)生的民族自豪感。同時也應(yīng)認(rèn)識到，雖然我們?nèi)〉昧艘恍┻M(jìn)步，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，目前我國在該學(xué)科的研究總體上仍處于落后地位，由此激發(fā)學(xué)生樹立專業(yè)報(bào)國的責(zé)任感和使命感。

2）構(gòu)建以學(xué)生為主體的教學(xué)體系，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

2.3以質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)新教學(xué)方法，思政育人貫穿始終

根據(jù)本課程特點(diǎn)，以提高教學(xué)質(zhì)量為目標(biāo)，采用以教師授課為主、課堂討論和小組研討并行的教學(xué)方法。在教師授課環(huán)節(jié)，結(jié)合課程內(nèi)容適時引入思政元素，營造積極向上的課堂學(xué)習(xí)氛圍，通過對我國偉大工程的介紹讓學(xué)生感受到祖國的強(qiáng)大；在課堂討論環(huán)節(jié)，由教師結(jié)合實(shí)際工程中存在的彈塑性力學(xué)問題，引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、開展獨(dú)立思考，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力；小組討論環(huán)節(jié)，在學(xué)生掌握基本知識的基礎(chǔ)上，引領(lǐng)學(xué)生以小組的形式對知識進(jìn)行凝練、總結(jié)和應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新意識。

在該課程的48學(xué)時中，課堂教學(xué)占42學(xué)時。課堂討論2次，占2學(xué)時，分別針對強(qiáng)度理論和本構(gòu)模型，即為什么彈塑性力學(xué)中出現(xiàn)了那么多強(qiáng)度準(zhǔn)則和本構(gòu)模型，能否用一個強(qiáng)度準(zhǔn)則和一個本構(gòu)模型來描述所有的材料力學(xué)行為？小組研討2次，占2學(xué)時，分別針對航天飛機(jī)和港珠澳大橋在設(shè)計(jì)和建造過程中涉及該課程的哪些具體內(nèi)容。最后是復(fù)習(xí)和課堂答疑2學(xué)時。

2.4以反饋為基礎(chǔ)，開展教學(xué)評價，持續(xù)提升育 人效果

建立“學(xué)生評價 $$ 結(jié)果分析 $$ 意見反饋 $$ 實(shí)時改進(jìn)”的閉環(huán)質(zhì)量保障體系，形成持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。通過平臺討論、作業(yè)、考核和學(xué)生評價等渠道實(shí)時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、存在的問題和建議等，對課程思政教學(xué)效果進(jìn)行實(shí)時反饋，并以此為依據(jù)有針對性地對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和課程思政內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時改進(jìn)與完善，促使課程與時俱進(jìn)，適應(yīng)時代發(fā)展要求，保證課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。

在課程教學(xué)過程中采用課堂提問、布置課后作業(yè)、課堂討論、期末考試和課間交流等方法了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并分別于期中和期末采用問卷調(diào)查的形式深入了解學(xué)生對該課程授課的意見和建議。在期中調(diào)查時，學(xué)生反映的問題較多，主要?dú)w納總結(jié)為如圖4所示的六個方面（有不少學(xué)生同時反映了多個問題，因此反映問題的學(xué)生總?cè)藬?shù)大于選課學(xué)生總數(shù)）?？梢钥闯觯瑢φn堂授課方式和思政元素融合方面的反映最為集中，占比達(dá)到 30.2% ，分析認(rèn)為可能是因?yàn)楸菊n程難度較大，很多學(xué)生在課堂上沒有聽太懂，課后復(fù)習(xí)的時候由于課件解題步驟有跳躍，學(xué)生自學(xué)困難。同時課程內(nèi)容與思政元素的融合方式、內(nèi)容等均不夠具體和深入，如思政內(nèi)容涵蓋的方面十分廣泛，從大的方面說包括馬克思主義世界觀、家國情懷等，從小的方面說還包括個人的一些世界觀和價值觀等等，而前期課程主要集中在宏觀方面，所以學(xué)生的親身體會不夠強(qiáng)。在后半學(xué)期的教學(xué)工作中，結(jié)合學(xué)生反映的問題，對教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容與思政教學(xué)方式等進(jìn)行及時調(diào)整。以思政元素與教學(xué)內(nèi)容的融合為例，結(jié)合學(xué)校、學(xué)院和地質(zhì)類專業(yè)的特點(diǎn)，將家國情懷具體體現(xiàn)到地質(zhì)報(bào)國中，希望學(xué)生能夠?qū)⒆约核鶎W(xué)與國家地質(zhì)事業(yè)緊密結(jié)合。如在隧道工程建設(shè)或滑坡防治中，將統(tǒng)一強(qiáng)度理論與目前常用的莫爾一庫倫強(qiáng)度理論相比較，由于前者很好地考慮了中間主應(yīng)力效應(yīng)，通過應(yīng)用它可以有效減少隧道支護(hù)或滑坡防護(hù)工程量約 10%～20% ，顯著降低工程造價，為國家節(jié)省工程建設(shè)費(fèi)用，最終實(shí)現(xiàn)專業(yè)報(bào)國的目的，讓學(xué)生切實(shí)感受到學(xué)好這門課程的重要實(shí)際意義。

圖4學(xué)生反饋意見匯總

通過“學(xué)生評價 -結(jié)果分析 - 意見反饋 -實(shí)時改進(jìn)”的互動機(jī)制，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，取得了良好的教學(xué)效果。同時，由于社會快速發(fā)展，一些新的事物和問題不斷涌現(xiàn)，學(xué)生對一些事情的看法也會隨之發(fā)生變化，因此要采用定期或不定期的互動方式實(shí)時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和心理變化，以及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。

3 結(jié)束語

針對彈塑性力學(xué)課程知識點(diǎn)多、難教難學(xué)的特點(diǎn)，筆者基于多年教學(xué)實(shí)踐，首先對課程內(nèi)容之間的邏輯關(guān)聯(lián)和重難點(diǎn)部分進(jìn)行歸納和總結(jié)，達(dá)到層次鮮明、重點(diǎn)突出、邏輯清晰的目的，便于學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)和掌握。其次，基于課程內(nèi)容，深挖其蘊(yùn)含的思政元素，從培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)評價等四個方面提出課程思政建設(shè)流程與機(jī)制，具有層次清晰、操作性強(qiáng)、覆蓋面廣等特點(diǎn)。教學(xué)實(shí)踐表明，該課程思政建設(shè)取得良好效果，達(dá)到了知識學(xué)習(xí)與思政育人的有效融合，在保證學(xué)生掌握課程知識的同時，又潛移默化地培養(yǎng)了學(xué)生的家國情懷，達(dá)成了全方位育人目的。

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