基于課程思政的材料力學教學設計方法

劉 鋒 吳偉輝 胡松喜

（韶關學院智能工程學院，廣東 韶關 512005）

0 引言

為全面推進高校課程思政建設，發揮好每門課程的育人作用，提高高校人才培養質量，2020 年5 月，教育部印發《高等學校課程思政建設指導綱要》。 綱要指出，專業課程是課程思政建設的基本載體，應結合專業特點分類推進課程思政建設，解決好專業教育和思政教育“兩張皮”問題，將課程思政融入課堂教學建設全過程。

材料力學是機械工程、 土木建筑等相關工科專業的一門重要專業基礎課， 廣泛應用于各種工程領域的設計過程中， 直接影響著學生就業后解決工程問題的能力，也是很多后續專業課的知識基礎，其在人才培養方案中起著承上啟下的作用。 如何充分發揮材料力學課程育人功能，將價值塑造、知識傳授和能力培養三者融為一體，幫助學生塑造正確的世界觀、人生觀、價值觀，落實立德樹人的根本任務顯得尤為重要。 本文以機械類專業為例， 在對材料力學教學現存問題分析的基礎上，探討如何立足課程內容，將課程思政元素與課程教學有機融合，在培養學生的分析能力、計算能力、發現問題能力、解決復雜工程問題能力的同時，弘揚民族自信， 啟示學生在設計過程中要具有嚴謹的科學態度、踏實的工匠精神，樹立誠實守信的社會主義核心價值觀，實現知識傳授和價值引領的有機融合。

1 現存問題分析

根據多年的教學實踐及調研發現，目前材料力學課程思政的主要困難和問題表現在以下幾個方面：

（1）課時少而教學內容多。 近幾年大部分高校的材料力學課時都有所減少， 而教學內容基本沒有減少。 如有的高校從原有的78 學時縮減至現今的56 學時， 這就提高了課程思政在材料力學中融入的難度。緊張的教學節奏導致部分任課教師只注重專業知識、技能的教學，缺乏課程思政教學主動性，忽視育才與育人的統一。

（2）材料力學與思政教育相配合的教材及教學資源貧乏。 部分教師只關注知識內容，而缺乏對學生進行思想道德培養和價值觀引領的意識， 脫離形勢政策，不能充分挖掘和利用課程思政資源，制約了課程思政功能的發揮和教學效果的提升。

（3）學生學習主動性與積極性有待提高。 以機械類專業的學生為例，一般在大二才開始學習專業基礎課及專業課，材料力學課程一般開設在大二第二個學期。 學生在此前已學過高等數學、理論力學等課程，根據隨堂調查發現， 約60%同學具有較扎實的基礎知識，約30%同學基礎知識較薄弱，約10%同學相關知識較貧乏。 但在分析構件外力作用下的內力和變形前，需利用理論力學的知識將構件剛化求外力；在推導扭轉、彎曲應力等相關公式時，需要用到高等數學的微積分知識，對于基礎較薄弱的同學，容易造成學習主動性不高、學習的恐懼感和抵觸情緒。

（4）材料力學的知識具有科學性和普遍性，不具備道德立場和價值判斷。 材料力學的知識體系以連續性假設、均勻性假設、各向同性假設及小變形問題為基礎，以應力和應變為基本研究變量，其主要研究內容為桿件在外力的作用下發生拉壓、扭轉、彎曲等基本變形以及組合變形情況下的應力、變形理論和計算方法，其內容較為抽象，邏輯性較強，對學生來說，學習難度較高。

2 基于課程思政的教學設計方法

根據現存問題及原因分析，結合材料力學課程特色，提出“一個中心，三線結合”的教學設計方法，其流程圖如圖1 所示。 以課程內容、學生學情、教師能力素養為出發點，構建三條主線，三線互進互助；以學生為中心，教師結合課程特色與知識點，有效挖掘育人素材，寓價值觀引導于知識傳授和能力培養之中，將育人素材與專業知識有機融合。

圖1 基于課程思政的教學設計方法流程圖

課程內容是課程教學的基礎，以課程內容為出發點，根據社會需求、學校定位、專業目標、課程特色明確課程的知識能力教學目標及課程思政目標，在此基礎上，構建知識結構簡圖，理清知識點間的邏輯關系、教學重點及教學難點。 雖然材料力學的知識具有科學性和普遍性，不具備道德立場和價值判斷，但材料力學思維方法的學習、訓練、掌握和運用，可以有效幫助學生解決學習、生活、工作等方方面面。

教師是教學過程的主體，以教師為出發點，通過專業培訓樹立教師課程育才與育人相統一的教學理念、提高教學育人主動性； 建立教學評價機制促進教師提高自身綜合素質，改善教學手段，增強教學親和力和感染力； 開展教師交流活動提高教師課程思政的挖掘能力和融入能力，提高教師課程思政育人的能力。

以學生為出發點，關注學生，在對學生學情分析的基礎上，了解學生的知識基礎、學習習慣、學習態度等，把握學生的興趣點和關注點。 該課程科學性和邏輯性較強，廣泛應用于工程機械、港口機械、車輛船舶、航空航天等工程領域的設計中，以學生興趣點和關注點為中心，挖掘以培養愛國情懷、職業素養、科學研究方法、辯證唯物主義等為目的的工程案例或時事熱點案例，在每章知識結構簡圖中選取課程思政的切入點，確保專業內容知識與育人素材相輔相成，在培養專業知識與能力的同時，激發學生學習興趣，潛移默化影響學生。 在此基礎上合理安排授課進度，制訂詳細的教學實踐方案。

3 教學設計案例

3.1 教學內容設計

以第11 章壓桿的穩定性中第11-1 節及11-2 節內容為例， 本部分內容的教學重點為壓桿的穩定性的相關概念、臨界載荷的定義及其分析方法、兩端鉸支細長壓桿的臨界載荷的歐拉公式。 由于歐拉公式的推導過程較抽象，為教學難點。 對此部分內容相關知識點、邏輯關系及其在材料力學知識體系中的作用進行分析，繪制知識結構簡圖如圖2 所示。

圖2 知識結構簡圖

將其內容設計成6 個教學環節，具體如下：

（1）課程導入環節：向學生展示趙州橋、Quebec 大橋工程案例，引導學生分析問題，導入細長壓桿穩定性的問題，引出本章學習內容。

（2）知識點發散環節：介紹拉壓桿的強度工程實例，引導學生復習拉壓桿的強度問題，分析細長壓桿的失效形式。 利用工程實例吸引學生注意力，讓學生結合生活經驗和已學知識分析問題， 培養學生工程意識。

（3）重點突破環節：利用鋼桿—彈簧系統的實驗現象，引導學生分析問題，引出臨界平衡定義和臨界載荷概念。 培養學生運用知識解決問題的思維方法。

（4）難點突破環節：引導分析臨界載荷的方法，此部分較難較抽象，以體育賽事直觀引入，激發學生興趣，引導學生得出分析方法。

（5）重難點突破環節：基于環節4，提出兩端鉸支細長壓桿的臨界載荷怎么求？ 以此推導出歐拉公式，分析歐拉公式成立條件，培養學生解決問題的能力。

（6）總結提升環節：以工程建筑腳手架案例引出歐拉公式的應用， 如何應用歐拉公式提高其穩定性。讓學生掌握歐拉公式，應用其解決工程問題的同時為下一環節的教學內容作鋪墊。

3.2 課程思政元素的融入

課程思政的融入主要體現在課程導入環節、難點突破環節及總結提升環節。

在課程導入環節，采用“案例式教學法+問題式教學法”，融入中華傳統文化和工程案例。 趙州橋建于隋朝年間，距今已有1400 多年，巍然挺立在洨河之上，體現了我國古代勞動人民智慧的結晶。 加拿大著名的Quebec 大橋于1900 年開始修建，1907 年當橋梁即將竣工之際發生了垮塌，事故調查表明，技術決策者庫珀忽略了對橋梁重量的精確計算， 壓桿發生失穩是橋梁整體垮塌的主要原因。為了牢記這個慘痛教訓，庫珀畢業的學校加拿大工學院不惜巨資買下建造這座橋梁的所有鋼材，加工成戒指，號稱“恥辱戒指”。 通過中國傳統建筑案例，樹立學生民族自豪感，增強愛國情懷，弘揚民族自信心；通過Quebec 大橋的慘痛教訓，啟發學生設計過程中要具有嚴謹的科學態度、 踏實的工匠精神，樹立誠實守信的社會主義核心價值觀。并在此基礎上導入壓桿穩定的基本概念及工程意義。

在重點突破環節采用 “案例式教學法+探討式教學法”以時事熱點案例融入。2012 年倫敦奧運會，中國的名將林清峰奪得金牌， 捍衛了中國男舉在69 公斤級上的榮耀。 以運動員舉重問題為例，引起學生的學習興趣，共同探討臨界載荷的分析方法，引導學生探討分析舉重最難的臨界狀態，與壓桿穩定性的臨界狀態類比，建立數學模型，求出臨界載荷。 由于工程問題復雜，在建立數學模型的過程中，融入“要善于抓主要矛盾，正是由于抓住了主要矛盾，抓住了事物發展的本質和主流,帶動了全局，解決了工程問題”。通過運動員的艱苦訓練經歷， 啟示學生樹立正確的人生觀，勇于面對困難，迎難而上。

在總結提升環節采用 “啟發式教學法+探究式教學法”以工程案例融入。 建筑業各類別較大事故中，腳手架倒塌事故較為常見。 請分析腳手架的受力與約束方式？ 工程中常用的增加腳手架與墻壁間的約束有何作用？ 引導學生運用歐拉公式分析如何提高細長壓桿的穩定性，解決實際工程問題。 培養學生良好的職業素養，設計無小事，理論聯系實際，會運用理論知識解決復雜的工程問題，優化設計。

4 結語

基于課程思政的材料力學課程育人，要在尊重專業教學體系、保障材料力學課程知識體系完整的基礎上，利用材料力學課程特點，采用啟發式、探討式等教學方法，結合學生的興趣點、關注點，以國家需求、新時代智能制造需要為中心挖掘思政要素，激發學生學習興趣和內需，培養學生自主學習能力、分析復雜工程問題的能力的同時，實現能力培養、知識傳授與價值塑造三位一體。