《應用固體力學》課程思政教學設計與實踐

李世遠，王宴濱，董雪林，劉福江

（中國石油大學（北京）石油工程學院，北京 102249）

2019年12月，習近平總書記在全國高校思政工作會議上強調，要用好課堂教學這個主渠道，各類課程都要與思想政治理論課同向同行，形成協同效應。深入貫徹習近平新時代中國特色社會主義思想和黨的十九大精神，全面落實全國高校思想政治工作會議精神，充分發揮課堂教學主渠道作用，把思想政治工作貫穿教育教學全過程已經成為當前高校教學改革的必然趨勢。石油與天然氣工程學科的研究生課程《應用固體力學》是校級品牌課及研究生精品課程。本文就該課程的“課程思政”教學目標、教學過程與方法、教學成效、特色與創新等進行具體的設計與實踐闡述。

1 課程思政的教學目標

應用固體力學（原課程名為應用彈塑性力學）是校級品牌課及研究生精品課程。應用固體力學以固體材料或結構的應力、應變理論以及在工程中的應用為主要對象的一門基礎性、實踐性很強的應用學科，在石油工程、航天航空工程、船舶與海洋工程、汽車工程、電力工程等領域均有重要應用。本課程的教學目標是使學生堅實地掌握彈塑性力學基本概念和方法，培養學生初步具備利用彈塑性力學知識解決實際工程問題的能力，并成為高層次工程科技研究人才。

本課程的“課程思政”建設方向是通過課程教學從力學史的闡釋、審美情懷的培養、哲學思想的發現、大國重器的思考和堅韌品格的鑄就五個維度推進課程思政教育，以思政元素促德育，切實提高教學效果。重點是挖掘與運用不同的教學素材，在課內實現五個維度的課程思政教育培養。

2 課程思政教學過程與方法

在教學模式方面，通過課堂講授、師生研討、學生習作、課外實踐等方式，推進課程思政的教學目標。探索形成了應用固體力學的課程思政教學模式，即力學紅色資源與力學發展史―力學中的美學與哲學―國計民生或油氣行業標志性工程應用案例―思想認知和價值培育的升華的有機融合，實現了課內以知識點概念的知識目標―以行業標志性工程應用案例分析的能力目標―以工程師使命責任與專業智慧支撐行業和國家發展的價值目標的課程思政方法路徑。

從教學內容上，按照五個維度發掘與講授，其中包括：第一是“述力學發展”，即講授石油與天然氣行業巖石力學、管柱力學和流體力學老一輩科學家、教育家的紅色事跡，老一輩力學家對彈塑性力學學科發展的推動。例如，介紹一張“空天三代”合影的故事。照片中是哥廷根應用力學學派創始人普朗特，他是德國空氣動力學和航空的代表，他的學生、加州理工學院教授馮卡門，他是美國航空航天的代表。還有馮卡門的學生錢學森，后來成為中國導彈技術的領軍人物。這張圖為“空天三代”，它反映了航空航天與工程力學的頂尖學脈的傳承。德國哥廷根大學普朗特教授開創的應用力學學派，倡導基礎研究需要與應用研究相互融合，共同為工程實踐服務。普朗特的弟子馮卡門和鐵木辛柯把學派傳至美國，再經馮卡門的弟子錢學森、郭永懷和錢偉長等傳入中國，深刻影響了新中國“兩彈一星”等工業現代化的進程，從而形成了力學的紅色基因與傳承。我校“雙一流”學科石油與天然氣工程的老一輩科學家和教育家，包括沈忠厚先生、劉希圣先生、黃榮樽先生以及我校工程力學學科創始人蔡強康先生等，都是把應用力學緊密與油氣工程問題結合，在油氣井工程流體力學、油氣井工程巖石力學和油氣工程力學等方向上具有精深的建樹，并培養了以高德利院士、李根生院士、陳勉教授、鄧金根教授和帥健教授等油氣工程領域的一大批國內領軍人物。

在知識點中，涉及應力、應變及本構關系的推導等反映力學科學的發展歷史，一個科學嚴謹的公式或概念歷經上百年的形成過程。例如，“梁彎曲”的概念、米塞斯準則等，都是歷經很長時間，經過幾代科學家的探索并不斷完善形成的。在這個過程中，逐漸培養學生嚴謹的科學精神和邏輯思維能力等。

第二是“育審美情懷”，數學科學作為理性思維和想象的結合體，其本質力量的感性與理性的顯現就形成了數學的美。數學美包括和諧美、統一美、簡潔美、對稱美和奇異美等。由于彈塑性力學是數學知識的應用和拓展，我們可將數學、力學、美學關聯起來，透過數學美來發現、感受、鑒賞彈塑性力學課程中的美，培養學生的審美情懷，以美育來促進德育和智育的發展。例如，應力函數法是比較抽象和理論的內容，從當中可以提煉出美學的賞析與哲學的思維。考慮有體力的情況下，求解應力函數，其平衡方程具有對稱性、簡潔性和和諧統一之美，是數學中的美學，也是數學的本質之一。還有畸變能條件的表達式，充分體現了數學表達中的和諧統一之美，數學方程進一步簡化成曲線的方程。工程問題中，這種逆向求解的思想往往是有效的解決辦法。

第三是“傳哲學智慧”，彈塑性力學在具體的理論形成、公式推導和方法運用中也充滿著辯證法思想，例如，“一般”與“特殊”“對立”與“統一”“量變”與“質變”“否定之否定”“簡單”與“復雜”等辯證關系。在課程內容中例如，逆解法、半逆解法是通過逆向思維，反演方式給予求解。這充分體現了“一般”與“特殊”“否定之否定”等哲學原理，欲行其道反而攻之。

第四是“思大國重器”，針對油氣行業及大國制造中的標志性成果，國計民生、疫情防控中的重點工程，其工程問題大量地涉及應用固體力學里面的強度、剛度及穩定性問題等重要概念與應用。一方面，運用重大工程開展課程思政，增進學生對于中國制造、自主創新的民族自信心和凝聚力；另一方面，又培養學生在工程實例中發現與運用專業知識判斷思考，并樹立工程師的責任感和道德規范，培養工匠精神等。我國“奮斗者號”深潛器在馬里亞納海溝成功挑戰10909m，這是我國深潛事業的又一里程碑。卡梅隆導演曾單人屈膝進入深海挑戰者號，潛入萬米的馬里亞納海溝。如今，我國奮斗者號攜帶三人，進入海底一萬米。雖然，時間上落后了幾年，但三人艙相對于單人艙，技術上的先進不止三倍。奮斗者號載人艙直徑約為深海挑戰者的一倍。載人艙空間的擴大，需要克服困難？這里要從結構尺寸和新型材料兩個角度來重新設計載人艙。我國“深海一號”深水淺層鉆井管柱，根據塑性材料抗拉不抗壓，需要進行管柱幾何方面的優化，提升其承壓性能。結合油氣行業標志性工程，運用本節知識點給予分析與解釋，突出專業知識貢獻中國智慧和自主創新的重要力量。

第五是“鑄堅韌品格”，本課程具有概念抽象化多、解析計算性強和工程應用性廣的重要特點，對學生數理基礎有一定要求，這就給學生在學習過程中磨煉意志、堅韌品格創造了實踐機會。

在教學方法上，采用力學紅色資源及力學史故事教學、力學中的美學與哲學教學、行業標志性工程應用案例教學、課程研討教學等，運用不同教學方法的目的就是把五個維度的思政元素給予具體實現。在考核評價上，增加了學生小論文研討和小論文寫作兩部分的內容環節，占總成績的20%。在研討及論文寫作內容上，需要體現課程思政五個維度當中的某一兩個方面。總結起來，表1（P100）展示了《應用固體力學》課程思政教學設計。

表1 《應用固體力學》課程思政教學設計

3 “課程思政”的教學成效

課程團隊近年來通過對課程思政的具體實施，總體提升了學生課堂學習的興趣、激發了學生學習本課程以及油氣井工程、油氣田開發工程、力學、海洋油氣工程等研究生專業的熱情和信心。

課程小論文研究水平及課程思政領域的認知逐年加深。學生論文研討具有明顯的創新意識，即運用課程知識進行理論或方法的創新性研究，旨在解決油氣工程中的關鍵問題等。例如油氣井管柱力學與工程領域的研究生，結合鉆頭的彈塑性力學分析，改進礫巖等非常規巖石儲層的鉆井效果；油氣井巖石力學與工程領域的研究生，結合地層巖石彈塑性力學分析，闡述了井壁穩定、水力壓裂等最新技術進展及應用案例分析等；油氣井流體力學與工程領域的研究生，把流體與儲層巖石的流固耦合作用考慮進工程設計與優化之中。課程教學從降本增效、技術創新、自主研發等多方面突出了課程思政良好的教學效果，學生從研一開始就立志做好研究生或者博士生科研課題并為學術發展打下堅實的基礎，為投身行業貢獻力量做好準備。總結起來就是“傳承力學紅色基因，立志油氣工程發展”。

4 “課程思政”的特色與創新

本課程思政建設的特色在于緊密結合國計民生和油氣行業標志性重大成果案例，通過五個維度的課程思政實踐，集專業談思政，用思政促專業。亮點在于課程實現力學紅色資源與力學史―力學中的美學與哲學―國計民生或油氣行業標志性工程應用案例―思想認知和價值培育的升華的課程思政教學模式。創新點在于形成以課程概念的知識目標―以行業標志性工程應用案例分析的能力目標―以工程師社會責任與專業智慧支撐行業和國家發展的價值目標的課程思政方法路徑。

本文通過介紹《應用固體力學》的課程思政教學設計與實踐，闡述了石油與天然氣工程學科研究生人才培養當中，該門主干課程如何充分發揮育人功能。經過幾年的課程實踐，不斷充實課程思政的教學研究，不斷為國家油氣行業及相關行業培養高質量人才做出新的貢獻。