機械工程專業課程思政教學改革探索和實踐

張新春 王金祝 李娜 王璋奇

［摘 要］文章針對高等院校材料力學傳統授課相對枯燥、學生聽課效率和學習效率低的教學現狀，以“學生學”為中心，以課程思政為主線，以工程案例為驅動，進行材料力學課程教學改革。在材料力學教學過程中，尊重學生主體地位，給予學生自由發揮與創造的空間，實現師生雙向互動。搜集材料力學中的相關素材，結合材料力學學習過程中學生反饋的情況，將思政元素與工程案例巧妙結合，可以激發新工科背景下學生學習材料力學的興趣，達到學生主動學的教學目標，培養工科學生的愛國主義情懷。

［關鍵詞］課程思政；材料力學；教學改革；工程案例

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2022）11-0055-03

一、引言

材料力學課程是高等工科院校機械類專業基礎課程，是一門理論與實踐并重的課程。它的任務是：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[1]。本課程的目的和任務是要求學生掌握材料力學的基本概念、基本理論與基本方法，具備一定的分析計算能力，培養學生優秀的科學素養與解決工程實際問題的綜合能力，并為后續專業課程（例如結構力學、機械設計、機械原理等）的學習打下堅實的基礎。

高等學校人才培養是育人和育才相統一的過程，推進課程思政建設是高等學校落實立德樹人根本任務的戰略舉措[2]。課程思政作為高等學校立德樹人的重要渠道，是實現全員全程全方位育人的關鍵。習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上指出，“使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應”[3]。課程思政作為新時代高等教育的理念創新、制度創新和實踐創新，著力構建價值引領、知識教育、能力培養“三位一體”的人才培養模式，是對學生成長規律的深刻把握和運用，有利于高校更加自覺地堅持立德樹人，堅持以學生為中心，真正做到圍繞學生、關照學生、服務學生，幫助學生健康成長[4]。學高為師，身正為范。人民教師不僅是理論知識的傳授者，而且應成為先進思想文化的傳播者和黨的教育方針的貫徹者。三尺講臺不僅是教師傳授學術知識的地方，而且應該是進行思政教育與弘揚愛國主義等寶貴中華民族精神的前沿陣地。

目前，部分高等院校在材料力學課程的教學方面仍存在一些問題。一是大多數院校的教學計劃修訂減少了材料力學課程的學時，導致部分學生對材料力學的知識體系了解不夠深入，產生畏難心理而放棄本課程的學習。二是材料力學課程枯燥、難學難懂，現在的學生大多是“00后”，其對傳統的灌輸式教學模式和教學方法不感興趣，教師的教學吸引力不足，導致學生的聽課效率低下。三是部分教師并未使用前沿教學技術，仍然采用缺乏師生互動的傳統教學方法，學生在上課過程中參與度不高。

盡管部分院校進行了一系列與課程思政相關的力學課程的改革探索，但并沒有真正實現師生互動、未能有效提高學生學習的積極性。因此，教師在授課過程中要轉變傳統的教學理念，改變傳統的教學模式。教師要特別關注線下教學過程中的趣味性，真正做到材料力學課程理論與工程實踐有機結合，力學課程與思政元素相互融合。在材料力學課程教學過程中，應當與時俱進，融入思政教育，使學生樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀[5]，培養學生不畏困難，自強不息的奮斗精神；在材料力學中提煉哲學精神，提升工科學生的綜合素養；厚植愛國主義情懷，增強學生的文化自信；加強責任感教育，培養學生對家庭、社會和國家的責任感。此外，還應建立以“學生學”為中心的課程教學改革，這樣才能提高人才培養質量，真正體現大學作為學術殿堂和教育最本真的內涵[6]。

二、材料力學課程改革思路及內容

依托河北省教改項目“移動互聯背景下基礎力學課程資源精品化重構及優秀教學團隊建設”、河北省優秀教學團隊“基礎力學教學團隊”，我們持續推進材料力學課程教學改革。考慮到當前大學生的學習特點，我們采用以“學生學”為中心的教學模式，以課程思政為主題，從工程實例出發，將課程思政元素與工程案例相結合，貫穿于整個教學過程中。在授課過程中，以工程案例引出各章節的知識點并進行針對性的講解，以此激發學生學習材料力學的興趣。

（一）采用“學生學”為中心的教學模式

在高等教育創新性的教學過程中，應該把教的創造性留給教師，把學的主動權還給學生。在整個材料力學的教學過程中，我們始終圍繞以“學生學”為中心，不斷激發學生的學習興趣，吸引學生的注意力。基于當前移動互聯背景，我們利用課堂派、學習通等工具開展師生互動，通過啟發式教學讓學生真正參與到課堂教學中。對于材料力學中部分疑難的知識點，我們采用分組討論和探究式交流的方式，讓學生參與到整個教學過程中。此外，學生需要完成一定量的習題才能參加過程考核，考核可以采用線上課堂派、學習通等工具互判的形式避免抄襲現象，這樣更有利于學生對知識點的整體理解與把握。

傳統教學模式是以“教師教”為中心，而現代教學模式則以“學生學”為中心。兩者的教學理念、教學目標、教學方式、學生學習模式與情景都有很大區別，見圖1。

通過進行材料力學線上線下的教學，我們對學習材料力學的110名學生進行了學習情況的問卷調查，調查結果如圖2所示。從調查問卷的結果我們可以發現，不同學生對于考試、上課、習題作業等的態度截然不同，無助內容也完全不一樣。有的學生認為作業考試是檢驗他們能力的一種有效方式，而有的學生卻對作業與考試產生畏懼心理，背上了嚴重的思想包袱。

（二）以工程案例和思政元素相結合，不斷激發學生學習材料力學的興趣

材料力學內容豐富、涉及面廣。身邊的工程案例和適當的知識拓展都可以將材料力學抽象的概念形象化，吸引學生的注意力，激發學生的學習熱情，讓材料力學的課堂教學變得引人入勝。材料力學課程也是源于生活和工程實踐的一門專業基礎課，涉及的我國古代工程案例數不勝數。中國古代的建筑規律大多可以運用材料力學的知識進行力學分析，這可以培養學生的愛國主義情懷，增強學生的文化自信。

針對學生注意力持續時間通常不超過20分鐘的實際情況，在不改變每節課 45分鐘的授課時間的前提下，我們把材料力學上課過程中的教學知識點細化，每節課分成2～3個知識點，每個知識點的講解控制在10～15分鐘。在講授知識點前先提出難度適宜的工程案例，這些工程案例大多是實際生活的事例或者與中國古代建筑有關的案例。比如，在講授應力集中概念時，可根據圖3所示提出問題：“為什么我們吃的零食包裝袋上都有鋸齒形結構？可樂易拉罐的頂部為什么會有刻痕？這些利用的是什么原理？”在講授材料力學等強度梁的知識點時，可與學生一起探討2010年上海世博會中挪威館的支撐梁設計成變截面梁而不是等截面梁的原因。然后反問學生“實際工程中你還知道有哪些梁是等強度梁呢？”學生通過探索工程案例中蘊含的力學概念和原理，對知識點的理解更加深入，突出了以“學生學”為中心的教學理念。通過這樣的方式讓學生在課程中起到主體作用，師生雙方進行交互式、討論式、引導式的交流，而不是像過去一樣教師一個人從頭說到尾，下面的學生昏昏欲睡。

通過學習古代中國科學家對材料力學發展做出貢獻的典型案例，可以強化學生的愛國之情，培養學生的民族情懷。比如在講胡克定律時，可以介紹比胡克早1500年的中國東漢時期的鄭玄，他在注解《考工記·弓人》談的：“每加物一石，則弓長一尺”，這是歷史上對彈性變形最早的描述[7]；在講授如何選擇梁的合理截面內容時，可以引用宋代李誡所著的《營造法式》中的，“凡梁之大小，各隨其廣分為三分，以二分為厚”[8]。實際上，無論何種類型的梁，其理想截面的高寬比應為3∶2。國內外均對此規范的科學性予以了極高的評價。因為如果我們按材料力學知識進行計算，從一根圓木中截取具有最大強度的矩形梁，截面的高寬比應該為1.41∶1。這個答案與《營造法式》規定值1.5相比是非常接近的。

將思政教育滲透到材料力學的課堂教學中，既能加深學生對力學背景與工程應用的理解，又能激發學生的好奇心與想象力，培養學生嚴謹認真的科學態度。這種潤物細無聲的教學方式，發揮了材料力學課程教書育人的作用，取得了很好的教學效果。

（三）融入現代思政元素，培養學生的工程創新能力

材料力學課程的內容不僅凝聚了古代勞動人民的智慧結晶，更體現了現代建筑元素的實用性與美觀性的統一。在材料力學的講授過程中，我們需要追蹤最新的工程案例，并適當地進行知識的拓展與抽象概念的形象化。

北京大興國際機場的整體對稱性與流線型設計，彼此相接的儀式感，顏色與建材無不傳遞著中華文明中的視覺藝術。這既是中華傳統元素與當代元素的相互統一，也是實用性與美觀性的統一。北京大興國際機場俯視圖如圖4所示。追蹤當今世界新穎的工程案例，能夠吸引學生的注意力，啟發學生深入思考，在激發學生學習熱情的同時使材料力學課堂教學變得引人入勝。

（四）融入哲學元素，培養學生的人文精神

材料力學是一門新的學科，以1638年伽利略發表的《關于兩種新科學的敘述及其證明》為誕生的標志。然而，材料力學的發展歷程并不是一帆風順的，很多理論建立的背后凝聚著諸多科學家的心血與汗水。例如，以伽利略的木梁實驗作為梁彎曲變形研究的起點，歷經200余年，經過胡克、伯努利等多位科學家的不斷努力、實踐與修正，才推導出當前正確的理論公式，找到梁中性軸的精確位置。

通過向學生講述科學家發現并解決問題的艱辛歷程，告訴學生科學是嚴謹的，要勇于懷疑、敢于實踐，這樣才能去粗取精、去偽存真，得到正確的結論。只有平時的積累達到一定的量，才能引發質變。引導學生在學習過程中獨立思考，樹立“持之以恒，科學嚴謹，不懼困難，勇于探索”的科學信念。

三、結束語

材料力學課程教學改革不能脫離以“學生學”為中心的教學理念。在材料力學教學過程中，應以“學生學”為中心，尊重教學過程中學生的主體地位，這樣才能在實現師生互動的同時融入思政教育。以工程案例來驅動課堂教學，以思政教育為主線，將思政元素與工程案例巧妙結合，激發學生學習材料力學的興趣，實現學生主動學的教學目標，提高課堂學習效率，增強學生對家庭、社會、國家的責任感。相比于傳統的教學模式，工程案例引導式和互動式教學取得了良好的教學效果，更符合新工科背景下培養大學生能力的教學目標。

［ 參 考 文 獻 ］

[1］ 戴葆青.材料力學教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.

[2］ 劉建平，周耀杭，莫丹華.深入把握高校課程思政的基本規律[J].中國高等教育，2020（23）：36-38.

[3] 張鴻雁.新時代加強高校思想政治工作的路徑初探[J].科教文匯（下旬刊），2018（33）：8-9，12.

[4］ 韓憲洲.論課程思政建設中的幾個基本問題：課程思政是什么、為什么、怎么干、怎么看[J].北京教育（高教），2020（5）：48-50.

[5］ 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.

[6］ 張新春，汪玉林.以學生學為中心的結構力學課程教學改革[J].大學教育，2021（1）：72-75.

[7］ 顧娟，陳平，孫鷹，等.通識教育理念下基礎力學教學中滲透人文思想的思考與實踐[J].高等建筑教育，2018（1）：42-44.

[8］ 翟彬彬.宋式建筑元素在開封現代化城市進程中的傳承研究[D].開封：河南大學，2016.

［責任編輯：陳 明］