李明昊，隋 哲，田 杨，罗 冰

（沈阳理工大学 机械工程学院，辽宁 沈阳 110159）

关健词：机械；课程思政；有限元法；教学改革

0 引言

习近平总书记曾在全国高校思想政治工作会议中指出：“要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面[1]。”这就意味着要将“课程思政”融入到高等教育的教学过程中。在此背景下，利用课堂教学的关键渠道，在专业课教学的同时，贯穿课程思政教育，把立德树人作为课堂的中心环节。

1 课程特点与要求

“有限元法”是机械设计制造及自动化专业的一门重要的专业课，有限单元法是在当今技术科学发展和工程分析中获得最广泛应用的数值方法，由于它的通用性和有效性，受到工程技术界的高度重视，伴随着计算机科学和技术的快速发展，现已成为计算机辅助工程和数值仿真的重要组成部分。本课程为学生讲述有限元法基本原理、基本方法及有限元法在各领域的应用，通过本课的学习，使学生掌握有限元基本理论和方法，同时通过工程实例的分析，培养学生分析和解决工程问题的能力。

通过本课程的学习，学生要对本课的基本内容有系统的理解，掌握其基本概念、理论和方法，运用这些理论解决工程实际问题，并达到如下要求：

课程目标1：掌握有限元法的基本概念、理论及发展趋势，包括弹性力学基础知识、弹性力学中的典型问题、平面问题有限元法；

课程目标2：具备对简单机械工程问题有限元模型建模、求解与分析的能力；

课程目标3：能够应用有限元软件对简单机械结构和零部件进行求解、分析和评价；

课程目标4：养成综合分析、多方面考虑问题的习惯，提高对简单机械工程问题的分析、判断和决策的能力，具有良好的科学态度。

有限元法课程具有非常鲜明的工程应用背景，其理论背景为弹性力学，其课程要求既有一般抽象的有限元理论和方法，又要与工程实际相结合，解决具体问题。有限元法课程有如下特点：

（1）概念较多且抽象，涉及基础学科众多。

（2）求解方法自成体系，步骤较多。

（3）计算工作量大，手工计算复杂。

基于以上课程特点，课程安排在第六学期学习，并且在教学大纲中制定了复习基础知识的环节：包括但不限于高等数学、线性代数、理论力学、材料力学和机械工程材料等学科的知识，帮助学生巩固复习基础知识。

2 有限元法课程育德目标

本课程思政拟通过课程的建设与规划，以马克思列宁主义、毛泽东思想、邓小平理论、“三个代表”重要思想、科学发展观和习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，着重从“自强不息”和“坚定不移的走自主创新的道路”思政要点出发与课程讲授的知识点结合，挖掘“有限元法”课程中潜在的思想政治教育元素和思想政治教育功能，以“有限元法”知识点为载体，融入教学各环节。通过课程的教学改革与实践，丰富课程内涵，优化教学设计，培养学生自主创新的使命感和从事科研的基本素质与能力，使其认识到现代机械设计方法对我国中国制造2025的重要意义，依托机械设计制造及其自动化专业激发学生为中国制造2025以及中华民族伟大复兴而努力学习的责任感[2]。作为教师在课堂上不仅传授知识，更需要抓住育人的重要机会，实现教书育人的有机结合，在传道授业解惑中要授人以大道、启人以大智，达到全方位育人的目的[3]。

3 “课程思政”映射与融入点

“有限元法”课程的改革思以立德树人为宗旨，做到知行合一，言传身教，细心规范相统一。在每个教学环节都充分体现课程的思政功能，结合课程内容，潜移默化地对学生进行思想教育。“有限元法”课程经过教学改革，使得考核方式更加多样，以满足教学需要为前提，以理论和实践相结合为原则，以应用能力培养为核心，教师团队制定了ANSYS软件分析案例、课后作业、课堂测试、课堂提问、出勤考核和论文答辩等形式组成的考核方案，考核方式的多样化为授课过程中思想政治元素与“有限元法”专业知识无缝对接和有机互融提供了基础。围绕“课程思政”融入点，在教学实践中探索，开启翻转课堂，探索以学生为中心的教学模式，充分发挥学生学习知识的主动性，激发学生的学习兴趣和社会责任感。课程思政映射与融入点见表1。

表1 “有限元法”课程思政映射与融入点

4 课程思政教学案例设计及教学效果

本课程以“有限元法”知识点为载体，以专题的形式分别讲述弹性力学基础知识、平面三角形和等参单元、轴对称单元及平面等参数单元的内容，同时关注机械领域和交叉学科中有限元软件ANSYS WORKBENCH解决实际工程问题的实践[4]。在授课过程中深入挖掘思想政治元素，设计四个教学案例，与“有限元法”专业知识进行有机融合。

4.1 教学案例1

绪论的学习过程中详细讲解“有限元法”的发展历程，在此以图片和视频形式播放收集的资料，新中国成立之初，百废待兴，我国排除万难支持科学研究事业，结合目前西方国家对我国计算机软件和硬件的制约背景，提出“自强不息”和“坚定不移地走自主创新的道路”的思想理念。综合利用图片、视频等形象具体资料和课堂提问讨论的形式，使学生懂得一定要理论与实践相结合，在计算机软件和硬件领域，做到“两手都要抓，两手都要硬”，坚定不移的走自主创新的道路，在关键技术上摆脱西方国家的束缚。

通过工程案例讲述在不利用弹性力学的情况下解决非对称薄板力学问题的复杂性，且计算结果缺乏精确性，引入本门课程的知识点-弹性力学，进而详细讲述弹性力学的发展史。讲述弹性力学的求解方法的演变与改进，进而提出“有限元法”的概念，介绍“有限元法”在工程领域的应用，进而介绍“有限元法”在机械专业领域的应用与发展，随着上世纪80年代计算机的飞速发展，介绍有限元软件ANSYS的发展史和各类模块基本功能，并介绍有限元软件的应用与未来发展方向。新中国成立之初，我国排除万难支持科学研究事业，结合目前西方国家对我国计算机软件和硬件的制约背景，提出“自强不息”和“坚定不移的走自主创新的道路”的思想理念。

采用问卷形式统计学生对“自强不息”和“坚定不移的走自主创新的道路”的思想理念的认识情况。

4.2 教学案例2

在学习了弹性力学平面问题典型问题-平面应力和应变问题的基础上，与学生进行互动如何求解以上2个问题，进而引出本节课学习内容-平面平衡微分方程、平面几何方程和平面物理方程。

利用弹性力学典型案例-平面薄板问题，以板书、多媒体和课件PPT相结合的方式推导平面平衡微分方程、平面几何方程和平面物理方程。弹性力学三大方程式求解的重要方程，但是对于复杂问题，我国著名科学家冯康发明了基于变分原理的差分方法，在核武器内爆分析与计算、核武器中子迁移方程计算、航天运输工具的高速空气动力学计算、飞机翼气动力颤振性计算等军工和航天领域均取得丰硕的研究成果[5]，我国“有限元法”在国际上一度处于领先地位，增强学生学习的文化自信和爱国情怀。

课前收集资料与企业现场调研，课上对案例进行研讨。使学生懂得在学好理论的同时，一定注重结合专业背景解决实际问题，激发学生的学习信心和奋发图强的精神，循序渐进，这样逐步积累我国独立的技术，打破西方的技术壁垒。

4.3 教学案例3

机械三维问题“有限元法”求解，讲述“有限元法”在我国国家重大工程项目中应用的案例，使学生明白新技术相对于传统方法的优越性。对课程学习的有限元法内容进行总结，提出有限元法求解方法，通过悬臂梁的案例利用理论计算和ANSYS WORKBENCH软件操作相结合的方法讲解有限元法求解问题的过程，包括：有限元模型的建立、计算整体刚度矩阵并组装、计算模型整体载荷列阵、修正整体刚度矩阵、求解整理应力和应变结果。

启发提问：与学生进行互动沟通，在有限元软件ANSYS的操作上进行提问，使其掌握ANSYS软件的操作流程，提前制作ANSYS错误操作案例，提问学生进行改正，使其掌握处理错误操作案例的能力。

使学生明白新技术相对于传统方法的优越性，通过每人一题的课后软件操作案例分析作业使学生拥有获得知识的喜悦感，并增强自信心。

4.4 教学案例4

复习弹性力学的基本理论，对“有限元法”课程进行总结，以简单的机械零件-轴承座为案例，提问学生利用有限元法进行应力分析的过程。复习弹性力学的基本理论，弹性力学的典型问题，弹性力学的基本方程，平面问题有限元法的整体刚度矩阵计算与组装，平面等参元的计算，总结三维复杂机械问题的有限元法求解方法，利用专题案例探讨的形式，以简单的机械零件-传动齿轮为案例，利用理论计算和ANSYS WORKBENCH软件相结合的方式求解，使学生了解有限元法在专业领域的重要性[6]。通过我国和西方国家有限元法研究现状的对比，使学生了解今后努力的目标，激发学生的社会责任感。作业布置：学生每人提交一份体现“课程思政”的“有限元法”课程的思想体会作业一篇。

4.5 预期效果

在课程传授知识的同时，使学生懂得，我们一定要理论与实践相结合，注重结合专业背景解决实际问题，在计算机软件和硬件领域，“自强不息”和“坚定不移的走自主创新道路”，激发学生的学习信心和奋发图强的精神，循序渐进，这样逐步积累我国独立的技术，打破西方的技术壁垒。通过我国国家重大工程项目的有限元法案例和课后软件操作案例分析使学生拥有获得知识的喜悦感，并增强自信心。完成体现课程思政的教学研究论文、教学大纲、教案、课件、微课视频和教学建设报告等内容。

5 总结

对于“有限元法”课程思政改革进行了探索与实践，取得了一定的教学效果，“有限元法”是一门工科属性比较强的专业课，同时其思政功能同样重要，“有限元法”课程开展课程思政教育，教师在教学过程中不仅需要完成专业培养目标，还需要推动“课程思政”内容的进一步发展，将“课程思政”和“有限元法”课程有机的融合。通过案例教学，提出“自强不息”和“坚定不移的走自主创新的道路”的思想理念，增强学生学习的自信心，激发学生的爱国情怀和社会责任感。

科技是第一生产力，当代高校学生肩负着民族复兴的重任。因此，在高校专业课的教学过程中融入“课程思政”是必要的，教师需要不断挖掘专业课程的思政元素，持续的改进教学方法，实现教书育人的有机结合，在传道授业解惑中要授人以大道、启人以大智，达到全方位育人的目的。