“點線面”結合構建“材料力學”課程思政體系

李娜 張乃芳 王璋琦

[摘 要]該文結合材料力學課程特點，研究讓思政教師參與到課程思政建設過程中，充分發揮各教師的專業特長。專業課教師通過挖掘課程的思政元素，提煉出厚值愛國情懷、培養責任擔當精神、增強人文素養和加強職業教育等四條主線，與思政課教師進行討論、交流，融入課程知識點完成教學設計，形成了系統的教學案例。通過教學實踐，實現了知識傳授、能力培養和價值塑造三者有機結合的人才培養目標。

[關鍵詞]材料力學;課程思政;育人目標;教學研究

[中圖分類號] G641[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）48-00-03[收稿日期] 2020-09-22

一、引言

課堂教學是人才培養的主渠道，在大學課堂教學中進行課程思政，充分發揮大學課堂的思想育人作用。習總書記在全國高校思想政治工作會議上強調，要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，用好課堂教學這個主渠道，所有課堂都有育人功能[1]。“課程思政”是通過梳理專業課程所蘊含的思想政治教育元素，以及本課程所承載的思想政治教育功能，融入專業課程的課堂教學各環節，實現思想政治教育與知識體系教育的有機統一[2]。專業教師不僅要熟練掌握所講授的專業知識，還需要深入挖掘專業課中所蘊含的思政元素，將思政元素和專業知識做到有機融合。“課程思政”建設對專業教師的業務知識、業務能力和思想水平提出了新要求。

材料力學是高等工科院校的一門專業基礎課程，是一門注重理論聯系實際的經典力學課程，是專業基礎課和專業核心課程之間的橋梁。在課程思政建設的過程中，教學團隊針對課程特點，從“點、線、面”三點出發，全方位進行教學探索。

二、全面布局：雙課交融，合力同育專業新人才

（一）專業課教師為主，思政課教師為輔的建設模式

專業課教師大多畢業于是理工科院校，具有深厚的工科背景，但是自身的文化素養尚有不足。為了更好地踐行課程思政，具有深厚人文背景的思政課教師參與課程思政建設，構建了以專業課教師為主，思政課教師為輔的建設模式。如下圖所示。

課程思政建設模式圖

課程建設以專業課教師為主，思政課教師為輔。專業課教師熟悉本專業的發展歷程、課程內涵和專業知識，負責提煉課程的思政元素，并與思政課教師進行交流、溝通;思政教師利用自己的學科特長，把握課程思政元素的正確方向，與專業教師共同探討、設計，如何更好地將思政元素融入專業課程;專業課教師負責組織課程的教學內容、教學設計和教學實施的整個過程，完成課程思政建設。這種建設模式充分發揮各科教師的專長，通過不斷的交流、溝通、做到完好融合。

（二）構建課程的“三位一體”教學目標

材料力學主要研究構件強度、剛度和穩定性計算，為工程構件的設計和選材提供理論基礎和計算方法。材料力學課程是專業基礎課和專業核心課程之間緊密聯系的紐帶，也是理論與實際工程緊密結合的橋梁，本課程不僅要實現知識傳授和能力培養的教學目的，而且要充分發揮思想育人、立德樹人的教育本質。材料力學課程思政建設中，從學生的學習能力、綜合素質和思想態度全方位三方面著手，提出實現知識傳授、能力培養和思想育人有機結合的“三位一體”的課程教學總目標。

材料力學課程的知識目標：研究構件的強度、剛度和穩定性計算，在保證構件既安全適用又經濟的前提下，為構件選擇合適的材料，確定合理的截面形狀和尺寸，提供必要的計算方法和實驗技術;課程的能力目標：具備一定的建模能力，和熟練的分析計算能力，培養學生良好的科學素質和分析解決工程問題的綜合能力;課程的育人目標：將專業知識與工程實踐相結合，培養責任擔當精神，強化對社會和集體的責任感;將專業知識與工程倫理相結合，培養學生遵守職業道德規范、培養安全意識、求真務實和開拓創新的職業精神;將專業知識與職業發展相結合，培養學生求真務實、追求卓越和精益求精的工匠精神。

三、點、線交融：提煉課程思政主線，與知識點有機融合

材料力學是一門經典的力學課程，起源和發展于工程，最后應用于工程實踐。在課程教學內容中，結合課程內容，深入挖掘課程的思政元素，提煉課程思政主線，并與課程知識點做到有機融合。

（一）融入中華元素，培養文化自信，厚植愛國主義情懷

中國作為四大文明古國，古代在科學技術方面取得了卓越的成就，其中很多可以在材料力學的課程教學中加以應用。課程教學中加入這些優秀傳統文化，一方面可以豐富課堂教學內容、增強課堂的趣味性，另一方面有助于學生對我國古代文明的理解和認識，增強民族自信，培養學生的愛國情懷。

材料力學作為一門實踐性較強的學科，緒論部分可以結合中國古代的建筑成果。如隋代李春建造的趙州橋，歷經1400多年，多次水災和地震，依然完好沒有破壞。現代的數值模擬技術表明它的結構非常符合現代力學原理，被選定為“國際土木工程里程碑”之一;山西應縣木塔—作為世界三大奇塔之一，建成于900年前的遼代，采用筒式結構和斗拱結構，歷經多次地震，目前結構依然完好。在講述梁的合理截面設計這部分內容時，引入宋朝李誡在1100年所著《營造法式》中的論述，指出在圓木中截取矩形截面梁的合理高寬比為3︰2時，其結構更為合理;而英國的托馬斯·楊在1807 年《自然哲學與機械技術講義》中，通過數學關系證明矩形木梁的合理高寬比為強度最大時√2︰1 和剛度最大時√3︰1;兩者對比可以看出，李誡在《營造法式》中所提出的3︰2比值恰好在二者之間，說明這一比值完全符合力學的基本原理[3]。盡管我國古代沒有完整科學的力學體系，但工匠們能夠實踐得出這種合理的比值關系，反映了我國古代工匠的智慧。

關于工程構件變形和受力之間的線性關系，最常見的是從胡克的彈簧試驗講起。教師可以在此加入東漢經學家鄭玄在《考工記·弓人》中的論述：“假令弓力勝三石，引之中三尺，弛其弦以繩緩擐之，每加物一石，則張一尺。”這一論述通過做弓力的實驗，揭示了變形與力的線性關系，從時間上比胡克定律要早1500 多年。國防科技大學的老亮教授認為鄭玄最早提出的力與變形的正比例關系，并建議把胡克定律改成鄭玄—胡克定律[4]。

通過這些傳統建筑經典和經典文獻的故事，讓學生領略中華文化的博大精深，展現中國古代人民的智慧，增強學生的民族自信與自豪感。

（二）培養責任擔當精神，強化社會責任與使命

“青年興則國家興，青年強則國家強”。培養學生成為一個對國家、對社會用的人，對集體負責，以及家國情懷和社會責任擔當，是大學課堂不可缺失的教育責任。

強度是指材料抵抗外力變形而不破壞的能力，在結構強度理論部分，通過簡單桁架結構的承載能力計算例題，經過理論推導得到結構強度取決于結構中承載能力較弱的那根桿件的結論。通過提問讓同學思考如何提高結構的承載能力，與社會學中的木桶理論對比，對于個人而言，只有正視自己的缺點，才能提高自身素質;對于團隊而言，提高團隊成員每個人的能力，大家齊頭并進、共同努力，團隊才能更好戰斗力。

剛度是構件抵抗變形的能力，分析靜不定桁架結構的特點時，桿件的內力不僅與載荷有關，還與桿件的剛度相關，并與剛度成正比。可以參照這一結論，提示學生通過提升自身的能力，才能在未來承擔更大的責任，更好地服務于國家和社會。

在分析組合截面的強度問題時，通過例題舉證疊合梁（團而不結）和膠合梁（又團又結）的承載能力的不同[5]，說明只有團結在一起，才能充分發揮承載能力。告訴學生全國人民團結一心，形成強勁的凝聚力，才能使國家更加強大;并留下思考題讓同學以筷子為例，分析多根筷子在彎曲時的承載能力。

（三）力學中的哲學體現，培養學生的人文精神

理工科大學生由于課程設置特點，人文素養一般較差，在課堂教學中注重人文素養教育，拓寬文化視野，提高思想的高度和深度。

力學起源于哲學，而材料力學是一門緊密聯系實踐的課程，其建立與發展本身就遵循了實踐—理論—實踐的認知規律。如推導純彎梁的彎曲正應力公式的過程，首先通過觀察實驗現象，做出平面假設，再結合變形幾何關系、物理關系和靜力平衡關系，推導出的彎曲正應力的計算公式;最后通過電測試驗加以驗證其正確性。

再如，研究梁的平面彎曲問題時，討論梁的強度問題中，由于切應力的影響很小，通常以純彎梁建立彎曲正應力計算公式，然后在推廣到橫彎梁。這一方法體現了工程中解決具體問題時，由于問題的復雜性，不可能考慮到所有的影響因素，先考慮對其有主要影響的因素，即抓住主要矛盾去分析研究問題，這也是材料力學在工程使用性的一大特色。

在分析疲勞破壞的規律時，疲勞破壞經歷了裂紋萌生—裂紋擴展—斷裂的過程，一般的疲勞破壞需要一段時間的累積，反映了從量變到質變的哲學道理。

（四）結合工程案例，加強職業素養教育

材料力學的很多知識點都可以通過具體的工程案例進行講解與分析，通過這些實際案例，進行工程安全教育，培養學生的職業素養。

強度不足導致的重大安全事故工程案例—江西豐城電廠冷卻塔施工平臺坍塌特別重大事故。2016年11月24日7時33分，江西豐城發電廠三期擴建工程發生一起冷卻塔施工平臺坍塌特別重大事故，造成74人死亡、直接經濟損失10197.2萬元 。調查認定該事故是一起生產安全責任事故，事故的直接原因是施工單位在冷卻塔第50節筒壁混凝土強度不足的情況下，違規拆除模板，致使筒壁混凝土失去模板支護，不足以承受上部荷載，從底部最薄弱處開始坍塌，最終導致平橋整體倒塌[6]。通過這個案例告訴學生在未來的工作中要遵守安全規程，為了工期而忽視安全生產規程，將會造成重大安全隱患甚至導致重大安全事故發生。

壓桿穩定性引起的工程案例—加拿大魁北克大橋坍塌事故—“工程師之戒”的起源。1907年位于加拿大圣勞倫斯河上的魁北克大橋在建設過程中，發生整體坍塌，造成75人遇難。事故原因分析：主要是由于設計師庫帕的過度自信，過度增大橋梁的跨度，致使受壓弦件發生失穩破壞，導致的橋梁坍塌。通過這個案例告訴學生，在工作中要遵循客觀規律，要懂得敬畏生命，遵守職業道德。

材料的力學性能對強度的影響—著名“泰坦尼克”的事故。1912年4月14日晚，號稱“永不沉沒”的豪華游輪“泰坦尼克”號，在其處女航行過程中，在北大西洋海面撞上冰山而沉入水底，造成1500多人在事故中喪生。通過對打撈上的船體殘骸材料進行分析表明：由于受到當時的認知所限，工程師為了增加鋼的強度而添加了大量的硫化物，這些硫化物的添加使材料的脆性大大增強，在當時的低溫環境下航行時，鋼材由韌性變成脆性，導致了災難性的脆性斷裂。通過這個案例告訴學生，結構的強度安全不僅僅取決于應力分析，還與材料的力學性能息息相關;另一方面，科學的不斷進步才能更好地對工程實踐的起到指導作用。

四、結語

“課程思政”不是“思政課程”，在專業課程的課堂教學過程中，不能脫離課程性質和學科特點，不能過分強調思政因素而弱化專業課程的難度與深度。專業課教師結合課程教學的內容，深入挖掘課程所蘊含的思政元素，思政課教師發揮自己的深厚的人文素養，兩者協同，將思政元素巧妙設計融入具體教學內容中，讓思政元素和課程知識完美結合，實現教書育人的教學目標。

參考文獻

[1]習近平.把思想政治工作貫穿教育教學全過程開創我國高等教育事業發展新局面[N].人民日報，2016-12-09.

[2]教育部.高校思想政治工作質量提升工程實施綱要，2017-12-4.

[3]宋秋紅，袁軍亭，張俊，等.“材料力學”課程思政建設實踐探索[J].課程教育研究，2019（5）：64-65.

[4]武際可.鄭玄的弓和胡克的彈簧[J].力學與實踐，2012，34（5）： 75-77.

[5]單輝祖.材料力學[M].北京：高等教育出版社，2016：169-170.

[6]國務院嚴肅處理江西豐城發電廠“11·24”冷卻塔施工平臺坍塌特別重大事故[DB/OL].新華網，2017-9-15.