材料力學課程思政元素的挖掘與教學設計

朱曉偉，李美云，陳俊旗，曹世豪，張 朋

（河南工業大學土木工程學院 河南 鄭州 450001）

2016 年12 月7 日習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上就高校思想政治工作中一系列方向性、根本性問題做出了科學回答，是指導做好新時代高校思想政治工作的綱領性文獻。2020 年教育部印發了《高等學校課程思政建設指導綱要》，建議課程思政要結合專業特點進行分類建設，其中理工科專業在課堂教學時要著重將馬克思主義立場觀點與科學精神的培養相結合，提高學生認識問題、分析問題和解決問題的能力。

材料力學是土木類、機械類等專業的學科基礎課，是研究物體力與變形的一門學科。通過課程學習，培養學生邏輯思維、力學問題建模、力學計算與實驗操作及其工程應用方面的能力。傳統的材料力學課程概念抽象、理論性強，學生普遍反映材料力學課程難學，概念公式多，理解難，不會用。與此同時，近幾年，材料力學課堂存在學時普遍精簡趨勢，加重了填鴨式、滿堂灌等現象，使得師生課堂角色混亂，忽視學生主體地位，學生只負責聽，不需要回答與思考。而現在的“00 后”大學生個性鮮明、思想獨立，不喜歡生硬的說教，因此如何引導他們獨立進行深層次思考，如何激發他們的學習興趣和創新思維，以潤物無聲的方式將教書與育人結合起來，就成為擺在老師面前的一個難題。

河南工業大學工程力學教學團隊曾獲評國家級教學團隊，材料力學課程為國家級精品課程，近幾年利用材料力學課程思政改革契機，教學團隊希望將課程思政元素與教學內容相融合，通過增強課程的人文性、知識性，活躍課堂氛圍，激發學生學習的主動性。但在實際教學過程中發現了相關思政元素素材過少，且陳舊；思政元素在課程設計中如何無縫嵌入等教學問題。教學團隊對此現狀，結合教學實踐經驗，總結出了一套材料力學思政元素挖掘方法和教學設計流程。

1 材料力學課程思政元素挖掘

依據《高等學校課程思政建設指導綱要》要求，教學團隊著重在深度、溫度和廣度層面，從課程所涉專業、行業、國家、國際、文化、人物、歷史等角度，增加課程的知識性、人文性，提升引領性、時代性和開放性。

1.1 深度層面

力學起源于哲學，材料力學課程中深度層面的思政元素可以著重從方法論的角度去挖掘。如基于簡化力學模型的主次要矛盾論、基于截面法的整體與局部的思想、基于應力應變理論的宏觀微觀結合方法、在扭轉切應力和彎曲正應力推導中體現的實踐—理論—實踐的認知規律、在壓桿穩定公式（歐拉公式）推導中體現的批判性思維等等。

此外，馬克思曾指出，科學僅當它成功地利用數學時才達到完善的程度。而力學與數學的發展緊密不可分割。因此，材料力學課程中深度層面的思政元素也可以從力學與數學的聯系方面進行挖掘。如材料力學中四個基本假設的根本目的是為了建立一個理想化的數學模型；平面圖形幾何性質部分可以指出靜矩本質是一階矩，其跟數學上的期望概念類似，而慣性矩本質是二階矩，跟數學層面上的方差概念相似。再如復雜應力狀態的三個主應力在數學層面上本質是這個應力矩陣的特征值，等等。

1.2 溫度層面

材料力學溫度層面的思政元素可以從歷史、文化、人物、自然等角度挖掘。如在講解材料與中國古代建筑結構時可以結合故宮、應縣木塔、佛光寺、河北趙州橋等現存歷史建筑，充分說明我國古代工匠的建筑智慧與高超技藝。在胡克定律概念講解時可以穿插介紹東漢時期鄭玄在《考工記 弓人》中表達了力與變形之間的關系，這比胡克定律早了近1500 年。強度理論章節中可以講述俞茂宏教授提出的統一強度理論，破解了強度理論的世界性難題。通過這些中國歷史文化、中國人物故事可以增強學生的民族文化自信心。扭轉和彎曲章節都有涉及空心截面與實心截面的對比例題，在講解完相應習題后，可以引導學生認識到自然界中竹子、蘆葦、小麥均是空心桿的合理性，以及思考植物表皮韌性為什么比內部要強，百米高的空心紅杉木為什么不會倒。使學生在感慨大自然神奇進化的同時，也意識到要保護自然生態環境。

1.3 廣度層面

材料力學廣度層面的思政元素可以從工程案例、前沿科技等角度挖掘。講解扭轉時可以指出風力發電機的傳動軸屬于扭轉構件，從而引出我國已經是世界最大的風力發電國，為實現碳中和堅定履行著大國責任。在彎曲變形部分介紹港珠澳大橋、江陰大橋等例子，指出中國在基礎設施建設領域處于世界領先地位。而變截面梁概念中可以舉出飛機機翼的例子，從而引出我國的C919 型國產大飛機，這些都可以潛移默化地增強學生的民族自豪感。同時可以介紹一些工程事故，如魁北克大橋倒塌和工程師之戒的故事，在變形問題的講解中融入塔科馬海峽大橋的坍塌事故等等。以此來警醒學生作為未來工程師應該具有的工程責任意識和職業精神，樹立正確的人生觀和價值觀。

此外，材料力學是一門既古老又年輕的科學，古老指的是理論體系基本完整，而年輕則指隨著新工藝、新材料的發展，材料力學也在不斷發展。如在軸向拉桿部分講解3D 打印微桁架結構形成的超輕超硬材料，講解泊松比時介紹負泊松比的概念和案例，講解壓桿穩定時介紹多孔材料在細觀尺度的支桿屈曲。大量類似的前沿科技實例，可以極大地引發學生對科研的興趣，培養他們的科學素養。

2 考慮課程思政的材料力學教學設計研究

在傳統的材料力學課程中，教師在設計教學時，往往依據教學目標，將各類知識點劃分為重點、難點、易點等。通過合理的課堂講授、課堂互動、課下作業等形式，使得學生掌握重點、難點，了解易點。而教學任務完成質量的高低則以學生對知識點的掌握程度進行評判，其本質是顯性教育。而從深度、廣度、溫度層面上挖掘出的材料力學課程思政元素則更多體現出了我國社會主義核心價值觀，更多強調的是育人，屬于隱性教育。

如何將材料力學課程思政元素無縫嵌入課堂教學之中，是課程思政改革的關鍵所在。一個好的教學設計必須將教學目標與課程思政目標有機結合起來，在實現教學目標的同時，達到課程思政目標，這就要求任課教師精心設計每一個課堂環節。經過近幾年的課程思政改革實踐和經驗總結，教學團隊形成了一整套課程教學設計方案，具體如圖1（p121）所示。其在不增加教學時長的前提下，課堂氛圍更加寬松活潑，教學效果得到了學生認可，學生平均成績和及格率有進一步提升，主要體現在以下幾點：

圖1 材料力學課程思政建設流程

在教授重點、難點環節時，教學設計可著重穿插深度層面的思政元素。如在一些經典理論公式的推導過程中，穿插分析其中涉及的方法論和背后的數學原理。此外，材料力學課程涉及的例題研究對象基本上都是已經建好的力學模型，因此在例題解答之前，要讓學生明白其解題所用的力學模型在實際工程中代表什么，如何簡化得來的。讓學生認識到處理問題時，應該抓住主要矛盾。這樣的教學設計使學生在掌握重點、難點的同時，達到了培養學生方法論和邏輯思維的課程思政目標。

在講述課程易點環節時，教學設計中可著重穿插溫度和廣度層面的思政元素。材料力學課程涉及的力學概念和工程應用部分相對較為簡單，可以分別穿插介紹一些對應的溫度和廣度層面的思政元素，在了解易點的同時潛移默化地培養學生的愛國主義、文化自信、科學素養和職業精神等課程思政目標。

在教學設計過程中，教師應該通盤考慮整個材料力學課程的授課進度，以常規45 分鐘課程為例，可以設計穿插3―5 個思政元素點。思政元素點過多，容易影響教學進度，過少則達不到課程思政育人的目的。同時適度的思政元素穿插可以調節課堂氛圍，調控授課節奏，從而調動學生學習的積極性。

考慮思政元素的教學設計不是一蹴而就的，需要在不斷實踐—總結—再實踐的過程中完善。教學設計好不好，還是要基于學生實際的課堂反應和課堂感受進行反復評估與改進。

3 總結

綜上所述，教學團隊從深度、溫度、廣度層面上挖掘材料力學課程涉及的思政元素。增加了課程的知識性、人文性，激發了學生的學習興趣。而在課程教學設計時著重在重、難點環節融入深度層面的思政元素，在易點環節融入溫度、廣度層面的思政元素。實現了在潛移默化中將“教書”與“育人”統一結合，形成了協同效應，并取得了較好的教學效果，受到了學生的一致好評。