材料力学课程思政建设与实践★

2023-01-10刘立悦李桐栋孙瑞敬孙晓勇仝国军

山西建筑 2022年4期

刘立悦，李桐栋,路维,孙瑞敬,孙晓勇，仝国军

(河北水利电力学院土木工程学院,河北沧州 061000)

材料力学是工科专业重要的一门专业基础课。根据课程的特点，如何在教学内容和教学过程中显性或隐性地融入思想政治教育内容，实现课程思政建设目标，是材料力学教学改革的重点关注问题之一。

1 材料力学课程思政建设的目标

自2016年12月全国高校思想政治工作会议以来，为实现三全育人的目标，思政元素越来越多地进入理工科课程[1-5]。2020年5月教育部通知印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》中要求结合专业特点分类推进课程思政建设。材料力学课程是力学类、土木类、机械类等工科专业必修的一门专业基础课，在课程体系中占有重要地位。通过对材料力学中与工程实际结合、与民族自豪感结合、与社会科学结合的思政元素进行深入挖掘，与教学过程有机融合，可以使学生在掌握专业知识的基础上做到以下几点:

1)培养良好的专业素养，如通过对学科历史、课程知识体系的学习，培养学生的工科逻辑思维方式，了解科学的发展过程，加深对专业的学习兴趣和探索精神。

2)树立更加强烈的爱国主义情怀，如通过港珠澳大桥桥隧接头误差降低到毫米级、火神山医院结构火速设计施工等例子，了解我国当下重大工程的实施过程及科研创新成果，培养学生专业报国的热情和理想信念。

3)感悟到一些做人做事的道理，对人生规划和日常生活进行有益思考。总之，通过材料力学课程思政建设，在教会学生知识的同时，培养学生爱国、敬业、创新、全面发展的价值观和行动力。

2 材料力学课程思政元素

根据材料力学课程的特点，可以从爱国主义教育、专业素质培养、性格塑造等方面充分挖掘课程思政的切入点。

2.1 爱国主义教育方面

工科专业课程思政建设，可以借助我国当下重大工程实例作为引例，强调我国在各个领域不断创新所取得的世界瞩目的成果，例如河北保定的转体斜拉桥重量和跨度均刷新世界纪录；港珠澳大桥创下多个“世界第一”；“九章”量子计算机诞生；探月工程“嫦娥五号”任务取得圆满成功等等。通过这些典型案例强化爱国主义教育，也提醒学生关注时事，关注学科发展，树立专业报国的理想信念。通过抗击新冠疫情期间，武汉“火神山”“雷神山”医院以及石家庄“火眼”实验室等例子，学生们可以更加深入地了解我国智能化“基建狂魔”的内涵，也将自身的发展同国家的需要联系起来。此外，通过材料力学课程经典示例，如应县木塔双筒结构的稳定性、赵州桥结构的抗压设计、营造法式中关于柱墙等结构尺寸的说明等，使学生对我国传统文化增加了解，增强文化自信。

2.2 专业素质培养方面

工科学生的专业素养体现在逻辑思维能力、联系实际解决问题的能力、严谨创新的专业精神等。材料力学课程内容本身具有较强的逻辑性，并且联系工程实际的内容较多。学生在学习过程中，不仅学到课程的知识和应用，还能学习知识建立过程中的逻辑推理过程，并通过工程实例对知识的应用进行强化理解，提高工科思维能力，提升专业素养。以下进行举例说明。

2.2.1 工科逻辑思维能力

在梁弯曲的内力和应力这一章，学生根据知识建立的过程学习工科逻辑思维和分析问题的方法。首先从工程中受弯细长构件的结构、受力和变形特点进行观察，抽象出梁的力学模型，并给出梁弯曲的定义，进而分析梁弯曲的内力和应力分布规律。在建立力学模型时，需要抓住主要因素，如将受弯构件简化成用轴线和截面代表的梁模型；通过对简支梁、悬臂梁变形特点的观察，引出并理解中性轴的概念；用严谨准确的语言定义力学概念。延用拉压和扭转基本变形的分析方法，研究弯曲变形的内力和应力问题，体会由简单到复杂、由已知到未知的学习和探索过程，激发学习兴趣和热情。

在压杆稳定这一章，首先讲述问题出现的背景是多座桥梁的突然崩塌，使得科学家在已有研究的强度、刚度问题的基础上意识到稳定性问题的存在，即在工程实际中发现问题、通过已有经验加创新思维总结和解决问题的过程。在细长杆临界力公式推导的过程中，需要研究杆件失稳的临界力，这里采用启发式教学，先引导学生思考压杆稳定问题如何建立力学模型，经过讨论后再讲解欧拉公式的建立过程。若研究失稳前的结构则因为只存在轴向受压而无法进行分析，于是欧拉通过研究在受临界力的作用下、在横向力扰动下的弯曲模型作为研究对象，得到了欧拉公式。这体现了解决问题时从概念出发、适当转变思路、综合考虑问题内因和外因的重要性。

2.2.2 联系实际解决问题的能力

材料力学课程内容中涉及到很多实际问题，很多工程设计手册中的计算方法都基于“材料力学”课程的基本理论[6]。在进行强度条件判断时，安全因子的取值与材料和结构特点有关。在讲解这部分内容时，首先通过典型例题巩固学生对强度条件应用的理解，然后讲解在实际中需要经过大量的试验数据和工程测算，才得出安全因子的经验值取值范围，让学生理解理论来源于实践又反过来指导实践的过程。另一个例子是，在例题中计算出的符合要求的截面尺寸，在实际中需要根据型钢表来选择比计算结果更加安全的截面型号。材料力学主要研究杆件的强度、刚度、稳定性问题，即在设计结构时需要综合考虑上述方面，此外在实际工程中还应考虑经济成本等因素。因此应引导学生进行工程设计时结构安全要求必须满足，此外根据应力分布规律充分利用材料的性能，在实际情况中分清主次、综合考虑。

2.2.3 严谨、创新的专业素养

通过港珠澳大桥沉管隧道E29和E30段安装合拢后又重新返工的例子，使学生认识到实际工程建设中，除了需要扎实的专业基本功，更需要精益求精、严谨求实、面对问题勇于挑战、勇于解决的精神。不仅在国家重大工程的建设中如此，在关乎民生的基础工程中亦如此。不论是土木专业、水利专业、道桥专业的学生，作为各行各业的未来的工程师，必须养成一丝不苟、永求真知的专业习惯，具有工匠精神。此外，通过堤溪大桥等结构破坏造成人员伤亡、经济损失的例子，也使得学生树立设计安全、生产安全的意识，增强责任感。材料力学课程思政建设还应强调培养学生自主学习、灵活创新的能力。例如通过材料力学实验、各类学科竞赛、创新课题项目以及课外拓展文献查询等途径，强化学生的专业素养、提高学习主动性、锻炼工科的科学思维方式。

2.3 性格塑造方面

自然科学和社会科学在很多方面是相通的。通过相似的逻辑思维关系，学生可以将学习到的思维方式引申到其他领域的问题中。例如，在讲解超静定杆系结构时，杆件刚度越大内力越大，从该结论中引申出能者多劳，引导学生勇于承担重任。压杆稳定这一章节中，首先可以通过杆件轴向压力超过临界力后受到横向扰动会丧失稳定性，引申为日常学习和生活压力不要太大，要学会将压力转化、适当减压；其次根据杆端约束越强临界力越大的规律，引申为提高抗压能力可以通过增强支撑作用，这个支撑可以来源于自身或者来源于外界，例如对自己的充分认知以及家人朋友的关爱和支持。此外，2.2中提出的综合考虑各种因素以及将复杂问题分解为简单问题等等，也可引申到做人做事的道理中，实现教书育人的目标。

3 材料力学课程思政建设的实践

材料力学课程思政建设改革，首先需要教师有丰富的知识积累，包括工程实例及思政内容。在备课过程中，可以借助教学团队的力量，集思广益，互相学习提高，或者参加学习培训，不断提高自身的职业素养，还可以与思政课老师进行沟通学习，确定更好的思政内容结合点。在充分挖掘思政元素的基础上，进行融入思政元素的教学设计，从教学内容的圈定、思政内容的插入点及体现形式，到教学资源的搜集、教学课件的制作，再到讲稿、讨论环节的设计等。思政内容与学科内容的结合根据具体内容采用显性或隐性的形式，例如工程实例可以直接引入，联系章节内容，而做人做事的道理，可以采用隐性结合的形式点到即可，不过于赘述，也不能太牵强。在课后还要注重与学生交流，通过学生的反馈不断对教学过程进行优化。

此外，材料力学课程思政建设还需要教师具有较高的职业道德修养，做到言传身教。教师优秀的工作作风和工作习惯也会对学生的职业道德观念有积极影响。授课过程中语言表达严谨，积极向上，在课堂上的状态达到最佳；批改作业过程中严谨、细致、全面；课下答疑及时、耐心、注重引导。强调计算题解题过程要规范、不能没有过程直接给出结论、概念题要叙述标准、图解要规范等，也会促进学生养成良好的工科思维和表达方式以及严谨细致的好习惯。

为对材料力学课程思政建设模式进行不断优化，对我校18级学生的课程评价进行了统计。调研过程中，有学生提到“对港珠澳大桥和火神山医院的例子记忆深刻，对工程师和施工人员十分崇敬”“更加了解了专业发展和国家需要”“材料力学没有传说中的那么难”“学会了逻辑推理和力学的分析方法”等。调研结果显示，课程思政建设有助于提高学生对材料力学的学习兴趣，学习效果提高，并且也逐渐培养了学生的工程师意识和专业素养，同时激发了爱国主义情怀。