一、课程思政

材料力学课程思政的教学设计探索[注]

张九菊[注]，郭　炜

（北京石油化工学院　机械工程学院）

摘要：材料力学课程是高等工科院校中机械类专业的一门专业基础课，其涵盖了较多的理论概念和复杂公式，在学习过程中，相当一部分学生感到学习乏味、缺少学习动力。本文从材料力学课程中深入挖掘思政元素，重点从材料力学在中国的发展历史，材料力学中的科学思维，材料力学中的工程伦理案例等方面入手去分析，通过适当的教学设计，将思政教育融入到材料力学课程的教学中，引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观，渗透科技强国教育，培养出具有工匠精神的应用型、创新型人才。

关键词：课程思政；科学思维；工程伦理；工程建模

引言

课程思政指以构建全员、全程、全课程育人格局的形式将各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应，把“立德树人”作为教育的根本任务的一种综合教育理念。习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调“要用好课堂教学这个主渠道，思想政治理论课要坚持在改进中加强，提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待，其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”^[1]。

材料力学课程是一门理论性很强的基础课程，侧重于实验、计算与工程实际应用，教师普遍更擅长“授人以鱼”，而学生虽然能够掌握知识和技能，但少了情怀，需要提升其政治担当，引导大学生树立“中国自信”。本文在此背景下对材料力学课程思政的教学设计进行探索。

1．材料力学课程思政建设的必要性

我国已经进入一个全新的发展阶段，科技空前发达、信息传播空前迅速、物质产品极大的丰富，但作为祖国未来栋梁的大学生，人文素养堪忧，主要表现在学生入学后学习态度、心理意愿、行为特点等方面有明显不足，自制力低、自信心不足、政治热情不高、思想政治观念比较薄弱等方面^[2]。培养、提高大学生的人文素养、科学精神和认知能力，在专业课中进行课程思政建设，通过课程思政的引领，推动理工科人才培养的高度与深度，培养大学生探索、未知、追求真理、永攀科学高峰的责任感和使命感，培养学生精益求精的大国工匠精神。

2．材料力学课程思政元素挖掘

2.1　材料力学中华民族发展史

我国古代诞生了许多令世人惊叹的瑰宝，这些伟大的工程凝聚了无数古人的智慧才干，其中蕴含了丰富的材料力学知识。我国在殷商时代，房屋建筑就采用了梁、柱、檀、椽的屋架结构。山西五台山佛光寺大殿创建于北魏孝文帝时期，并在唐代进行了重修，大殿斗拱共有7种。建于辽清宁二年的山西应县木塔是我国现存的最高最古老且是唯一一座木构塔式建筑。在筑土垒石阶段，砖石结构建筑在两汉已逐步有所发展，地下墓室建造已经开始使用拱劵。小商桥位于河南漯河市，是一座单拱敞肩的古拱桥，此桥略早于隋代工匠李春所建的赵州桥，而赵州桥是跨度最大、保存最完整的单孔坦弧敞肩石拱桥，其建造工艺独特、施工技术巧妙绝伦，其中应用了砖石的抗压缩性能特点^[3]，类似实例还有中国的世界文化遗产——万里长城，其主要结构为砖石结构。我国古人在实践工程中积累了丰富的经验和知识，为近代材料力学学科的发展奠定了基础。

进入新世纪，随着科学技术的突飞猛进和知识经济的迅速发展，特别是航空航天产业新势力的崛起，“中国芯”成功进入航空航天核心领域；工业自动化不断升级换代，人工智能机器人蓬勃发展，目前，无人机、人脸识别、语音识别等项目相继落地实施；深海石油开采技术不断取得重大突破，中国可燃冰开采技术获得突破性进展，各种新型复合材料不断被研发出来，使得材料力学所涉及的领域更加广泛。

2.2　材料力学教学中科学思维方式培养

（1）工程建模思维能力的培养　力学建模是培养力学方面工程问题分析的重要环节，材料力学是在了解材料力学性能的基础上研究构件的强度、刚度和稳定性的问题，而材料的力学性能需要通过多次试验进行测试确定，然后通过假设，忽略所研究变形构件的一些次要因素，仅考虑与问题相关的主要因素，在此基础上，对构件受力情况进行简化和分析，同时考虑构件的几何关系、物理关系和变形协调条件等，对构件危险截面处的内力进行求解，再分析危险点处应力情况^[4]。在工程实例问题选择上，教师尽量选择当前较为重大事件：例如奥运会场馆的结构分析、神舟五号发射中的强度问题、美轮美奂的水立方的外层膜结构等都是利用了材料力学工程建模思维方式进行设计和建造。

（2）多角度思维能力培养　对于同一个问题或者同一部分内容，可以引导学生从不同的角度进行分析、归纳、综合、比较。多角度思维能力，能够帮助学生深入理解基本知识、原理和公式，激发学生的求知欲，让学生的思维活动由被动变为主动。比如对于简单的桁架结构，在求解桁架内力时可以用节点法进行求解，也可以用截面法进行求解。再比如求解不同斜截面上的应力时可以采用解析方法进行求解，也可以用画图的方法得到结果，尽管用两种方法计算的结果一样，但是学生的思维方式拓宽了，学习兴趣和积极性也提高了，这种多角度思维方式的开发可以应用在材料力学中的很多知识点上，这需要教师在材料力学的教学设计上搭设和创建更多学习和训练多角度思维方式的平台。

（3）创新思维能力培养　创新思维是指以新颖独创的方法解决问题的思维过程，其本质在于用新的角度、新的思考方法来解决现有的问题。创新能力的形成要求不畏常规，勇于超越，同时需要有利于培养创新能力的环境和实践活动，实践是创新能力形成的动力和源泉。实验是作为理论的基础和验证，是培养学生动手能力和综合求解能力的有效方法。教师可以开展力学团体实验竞赛活动为契机，创新材料力学实验教学体系和内容，增强实践教学质量。除此之外，材料力学课程与工程实际紧密相连，利用实际生活或工程中的问题将理论知识转化为实践能力，培养学生的学习动机和学习兴趣，同时也能培养学生的发散性思维能力，而发散性思维是创新思维的重要来源，也是创新思维的核心^[5]。

2.3　材料力学中工程伦理案例

材料力学的任务是在满足强度、刚度和稳定性的基础上，以最经济的代价，为构件确定合理的形状和尺寸，选择合适的材料，为构件设计提供必要的理论基础和计算依据。其实质是如何解决构件设计中的安全与经济的问题，这就要求工程技术人员不仅要掌握技术知识和能力，同时要求具有技术的态度和情感^[6]。所以在工程教育中要培养学生从哲学的角度进行分析，运用辩证唯物主义的基本原理来辨别是非，以诚信建设为重点，加强社会公德、职业道德、家庭美德、个人品德的重要性，注重强化学生工程伦理教育，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。

3．课程思政融入课程内容的教学设计

完善材料力学课程的教学体系，梳理课程中的内容关系。通过梳理教学内容，分析和提炼课程教学内容中的思政教育资源，同时在教学过程中，选用符合专业实际情况的例题或者习题进行讲解。材料力学课程思政设计方案如图1所示，首先在材料力学课程中挖掘思政元素，可从材料力学的民族发展史、材料力学教学中科学思维方式培养、材料力学中工程伦理案例等方面进行探究和寻求，并将思政元素融入到材料力学课程的教学中，对教学形成评价，从中发现教学中存在的问题，结合教学大纲及教学目标进行改进，再从材料力学课程中进行深度挖掘思政元素，如此循环，使材料力学课程构建教学质量可持续改进体系，以切实提升高校人才培养质量。

材料力学课程思政设计思路可从以下几部分进行开展。

思政元素的融入是在对材料力学课程本身的深刻理解基础之上进行的，随着对本课程专业知识脉络的深入领会和梳理，教师自身精神世界的成长和丰富，思政元素融入点、融入方式也随之提升，思政融入设计主要包括以下几方面目标。

3.1　掌握材料力学的基础知识

通过课堂讲授、课堂测验和布置课外作业，让学生掌握材料力学中的基本概念、基本理论和基本方法。掌握内力、应力、应变、变形、强度、刚度和稳定性概念和计算能力。具体知识点，杆件基本变形的内力图、横截面上的应力、应变分布规律及相应基本变形的强度和刚度计算；应力状态和强度理论；组合变形下杆件的强度计算；轴向受压杆的临界载荷，临界应力和稳定性计算等。通过理论知识的讲解，期望对学生的世界观、人生观、价值观产生积极影响。

3.2　具有实际工程问题分析和初步的解决复杂工程问题的能力

通过本课堂研讨、习题讨论、课堂测验和家庭作业，培养学生获得如下能力：①学生对材料力学中的基本概念、假设和结论有正确的理解；了解材料力学应用的工程背景，具有将一般构件简化为力学简图的分析能力。②能够画出杆件基本变形的内力图，掌握横截面上的应力、应变分布规律，并能熟练地进行强度和刚度计算。③对应力状态和强度理论有明确的认识，并能用于进行组合变形下杆件的强度计算。④会计算轴向受压杆的临界载荷、临界应力并稳定性计算。⑤对金属材料的力学性能有较全面的了解。

在讲述材料力学基本理论时渗透工程中具体应用实例，比如说某些事故——桥梁的垮塌，塔吊的倾覆等。这些教训也是警示我们重视工程质量，尤其是在设计时就要研究最坏情况下的材料力学参数设计。让学生知道学好本门课程是今后实施工程项目的基础，同时也是对人民生命财产负责。这也是思政教育的重要作用。把枯燥无味的理论知识变成一个一个具体的实际工程应用案例，让学生深刻体会到学以致用，这是以结果为导向的教学方法，是“学会”这个结果让学生产生愉悦的体验。

3.3　具有科学的学习方法和团队合作与交流能力

通过阶段考核和课堂分组讨论，让学生认识到及时总结学习内容对学习的重要性，培养学生分析问题解决问题能力，提高团队合作和一定的创新能力。

3.4　帮助学生了解我国人民在力学方面的实践和贡献，增强民族自豪感和文化自信心

在教学中通过图片，视频等手段，展示我国古代在力学方面的实践，特别是当代在科技和工程中的巨大成就，使学生认识我国的力学大师，了解我国的科学进步，增强自豪感和文化自信，培养学生的家国情怀。

4．结论

本文从不同的方面提出了一些渗透在材料力学课程中的思政元素，这些元素能够丰富课堂教学内容，创造轻松的课堂气氛，培养学生学习兴趣，调动学生学习的积极性，提升课堂教学效果。材料力学课程思政的教学设计不仅加强了专业教师自身的人文素养和人文精神，实现了知识传授与价值引领的有机统一，推进了“三全育人”综合改革，发挥了教师的引路人角色。同时，渗透了科技强国教育，培养了学生工匠精神，通过思政元素的融入，引导学生树立正确的人生观、价值观和科学观的方法论、实践论，为实现应用型人才综合素养的培养起到极其重要的作用。

参考文献

［1］习近平在全国高校思想政治工作会议上强调：把思想政治工作贯穿教育教学全过程　开创我国高等教育事业发展新局面［N］.人民日报，2016-12-09（1）.

［2］文良起．基于人文素养培育的《材料力学》课程思政实践探究［J］．教育现代化．2018，45：362-363．

［3］苟文选，王安强．材料力学（Ⅰ）［M］．北京：科学出版社．2017．

［4］秦子鹏，田艳．工科专业背景下材料力学建模能力的培养与实践［J］．力学与实践．2018，40：218-222．

［5］顾爱军，梁金栋．大学生科学思维方式的培养-以力学教学为例［J］．教育教学论坛．2014，10：148-150．

［6］李冬梅．谈工程力学教学中学生工程意识的教育和培养［J］．教育与职业．2008，21：88-89．