課程思政下“有限單元法及應(yīng)用”教學(xué)改革與實(shí)踐探索

王青山 邵文 戴澤宇 藺永誠

［摘 要］ 專業(yè)知識(shí)的海洋能夠?qū)W(xué)生進(jìn)行工程倫理教育，培養(yǎng)其精益求精的大國工匠精神，激發(fā)其科技報(bào)國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。在“有限單元法及應(yīng)用”的教學(xué)實(shí)踐中，建立“信、知、行”三位一體的課程思政教學(xué)理念，將思政元素、專業(yè)知識(shí)、工程實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，提高學(xué)生正確認(rèn)識(shí)問題、分析問題和解決問題的能力，有助于學(xué)生塑造正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀。“信”是通過課程思政元素的融入，促使學(xué)生樹立國家富強(qiáng)、民族振興、人民幸福的家國情懷；“知”是通過夯實(shí)基礎(chǔ)理論知識(shí)，增強(qiáng)工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到學(xué)以致用；“行”指能夠根據(jù)所學(xué)理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，解決實(shí)際工程中的潛在問題，使學(xué)生具備獨(dú)立進(jìn)行問題分析的能力。圍繞“信、知、行”三位一體課程思政教學(xué)理念，“有限單元法及應(yīng)用”從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)大綱、課程體系、課程內(nèi)容、課程手段、課程案例等多維度開展課程改革，為更好地開展“有限單元法及應(yīng)用”課程思政教學(xué)改革提供了思路和方法。

［關(guān)鍵詞］ 課程思政；有限單元法及應(yīng)用；教學(xué)改革；實(shí)踐探索

［基金項(xiàng)目］ 2021年度湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目“新時(shí)代課程思政大背景下‘材料性能學(xué)教學(xué)內(nèi)容與方法改革研究”（HNJG-2021-0012）；2021年度中南大學(xué)課程思政建設(shè)研究項(xiàng)目“‘信、知、行三位一體——‘有限單元法及應(yīng)用課程思政教學(xué)改革與實(shí)踐”（2021KCSZ024）

［作者簡(jiǎn)介］ 王青山（1989—），男，湖南祁陽人，博士，中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授，博士生導(dǎo)師，主要從事振動(dòng)噪聲分析與控制研究；邵文（1987—），男，湖南武岡人，博士，中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授，博士生導(dǎo)師，主要從事復(fù)雜曲面零件抗疲勞設(shè)計(jì)制造研究。

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A［文章編號(hào)］ 1674-9324（2023）37-0056-04［收稿日期］ 2023-06-05

中南大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)對(duì)本科學(xué)生的培養(yǎng)方案定位為“培養(yǎng)具有實(shí)干擔(dān)當(dāng)精神、社會(huì)精英素養(yǎng)、行業(yè)領(lǐng)軍能力的高素質(zhì)人才”。因此在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)“有限單元法及應(yīng)用”課程教學(xué)過程中，實(shí)現(xiàn)畢業(yè)生“能夠獨(dú)立或協(xié)作解決現(xiàn)代制造業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的復(fù)雜工程問題”的預(yù)期目標(biāo)較為重要。

課程思政的內(nèi)涵是指以專業(yè)為載體，根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)特點(diǎn)和專業(yè)能力素質(zhì)要求，提煉專業(yè)所要求的核心價(jià)值，將之融入專業(yè)人才培養(yǎng)全過程和專業(yè)建設(shè)［1］。因此，在課程教學(xué)過程中，如何潤(rùn)物無聲地將思政元素系統(tǒng)化與全過程融入專業(yè)知識(shí)，是課程教學(xué)改革的重點(diǎn)與難點(diǎn)，是全面貫徹落實(shí)立德樹人的根本目標(biāo)［2］，提升“有限單元法及應(yīng)用”課程教學(xué)的思政含量與德育價(jià)值，實(shí)現(xiàn)知識(shí)與能力的同向“協(xié)同”效應(yīng)具有重要的理論價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)也是踐行中南大學(xué)“價(jià)值塑造、知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、智慧啟迪”人才培養(yǎng)理念的一次探索。

一、課程思政下的課程教學(xué)現(xiàn)狀

中南大學(xué)“有限單元法及應(yīng)用”于2017年脫胎于“現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法”中的有限元分析教學(xué)模塊，基于重大工程裝備復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)特性以及材料成型中的復(fù)雜工藝等實(shí)際工程問題，現(xiàn)有現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中的有限元分析模塊內(nèi)容不足以支撐學(xué)生全面掌握有限單元法原理及應(yīng)用，而隨著新版《機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)人才本科培養(yǎng)方案》的實(shí)施，預(yù)期目標(biāo)中對(duì)畢業(yè)生提出了“能夠開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代機(jī)械工程類設(shè)計(jì)與開發(fā)工具、信息技術(shù)工具”的要求，因此學(xué)生需要掌握現(xiàn)代軟件工具，解決實(shí)際問題。經(jīng)過內(nèi)容建設(shè)及發(fā)展，“有限單元法及應(yīng)用”課程體系如圖1所示，目前課程主要存在以下問題。

（一）課程教學(xué)內(nèi)容晦澀難懂

“有限單元法及應(yīng)用”課程所涉及的基礎(chǔ)知識(shí)面廣而散，主要知識(shí)點(diǎn)包括力學(xué)、數(shù)值分析技術(shù)、計(jì)算機(jī)編程語言等。目前，機(jī)械類的學(xué)生普遍掌握“理論力學(xué)”“材料力學(xué)”以及“線性代數(shù)”等先修課程，而對(duì)于有限單元法中的彈性力學(xué)與數(shù)值分析等核心內(nèi)容的掌握還有待加強(qiáng)。因此，在現(xiàn)有課程教學(xué)內(nèi)容安排中，需要在開展有限單元法學(xué)習(xí)的前導(dǎo)過程中為學(xué)生建立一定的力學(xué)與數(shù)學(xué)體系。此外，在整個(gè)有限單元法的理論學(xué)習(xí)過程中，存在諸如虛功原理、最小勢(shì)能原理、等參變換等大量復(fù)雜的理論公式推導(dǎo)，而這部分知識(shí)的學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生而言較為枯燥，存在一定的難度和挑戰(zhàn)，容易導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生畏難心理，影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）課程思政融入教學(xué)不足

在現(xiàn)有“有限單元法及應(yīng)用”課程框架內(nèi)，主要注重學(xué)生專業(yè)知識(shí)的能力提升，并未系統(tǒng)交互涉及課程的“知識(shí)使命”與“價(jià)值塑造”方面，僅在《緒論》部分簡(jiǎn)單穿插軟件應(yīng)用場(chǎng)景與我國科技事業(yè)方面的引導(dǎo)。在整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)層面上，沒有深入地考慮課程教學(xué)與思政育人之間的關(guān)系，也沒有考慮思政元素與專業(yè)知識(shí)有效結(jié)合的方式，因此，目前的課程思政教學(xué)資源還較為匱乏［3］。教師對(duì)課程思政的認(rèn)識(shí)不足，對(duì)專業(yè)課的教學(xué)還是聚焦于學(xué)生專業(yè)能力的培養(yǎng)，對(duì)于課程思政增強(qiáng)學(xué)生價(jià)值觀并激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國的重要作用認(rèn)識(shí)不足，從而導(dǎo)致課程思政元素在“有限單元法及應(yīng)用”教學(xué)中融入不足。

（三）課程教學(xué)方式效果差

課程教學(xué)應(yīng)建立在豐富的教學(xué)資源基礎(chǔ)上，目前，“有限單元法及應(yīng)用”課程教學(xué)只有專業(yè)所需的課程用書，并沒有專業(yè)知識(shí)與課程思政元素結(jié)合的教學(xué)資料，導(dǎo)致融入課程思政的教學(xué)內(nèi)容體系化不足，直接影響了學(xué)生最終的培養(yǎng)質(zhì)量，思想政治教學(xué)效果較差。除了思政元素匱乏外，目前在理論教學(xué)中存在大量的力學(xué)、數(shù)值分析等公式推導(dǎo)，在授課過程中較為枯燥［4］。而在實(shí)踐教學(xué)方面，目前也止步于上機(jī)案例教學(xué)，還無法完全給學(xué)生展現(xiàn)有限單元法的美妙之處，存在理論知識(shí)和實(shí)踐操作比例失衡的現(xiàn)象。

二、課程思政教學(xué)改革與實(shí)踐探索

（一）課程專業(yè)目標(biāo)修改

依據(jù)中南大學(xué)“建設(shè)特色鮮明的世界一流大學(xué)”的辦學(xué)定位，以及培養(yǎng)具有“實(shí)干擔(dān)當(dāng)精神、社會(huì)精英素養(yǎng)、行業(yè)領(lǐng)軍能力”高素質(zhì)人才的目標(biāo)，確定課程知識(shí)目標(biāo)與能力目標(biāo)；弘揚(yáng)以“知行合一、經(jīng)世致用”為核心的中南大學(xué)精神，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人。提出如下培養(yǎng)目標(biāo)［5］。

1.知識(shí)目標(biāo)。能夠掌握有限元分析設(shè)計(jì)的基本力學(xué)基礎(chǔ)、數(shù)學(xué)求解原理，掌握一維有限單元法和連續(xù)體有限單元法，并能夠?qū)で髮?shí)際工程問題的有限單元法描述，正確表達(dá)復(fù)雜機(jī)械工程問題，建立正確且合理的有限單元分析模型。

2.能力目標(biāo)。根據(jù)有限單元法的基本原理和現(xiàn)有的數(shù)學(xué)與力學(xué)知識(shí)，能夠熟練掌握一門有限元軟件，獨(dú)立開展簡(jiǎn)單機(jī)械工程結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，能夠獨(dú)立或協(xié)作解決現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品及相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。

3.育人目標(biāo)。（1）根植家國情懷，提升民族自信。能樹立國家富強(qiáng)、民族振興、人民幸福的家國情懷。（2）塑造職業(yè)素養(yǎng)，承擔(dān)社會(huì)責(zé)任。培養(yǎng)誠實(shí)守信、遵紀(jì)守法及愛崗敬業(yè)的職業(yè)素養(yǎng)。（3）啟發(fā)創(chuàng)新思維，提升工程能力。能弘揚(yáng)追求真理的科學(xué)探索和創(chuàng)新精神。（4）養(yǎng)成進(jìn)取品質(zhì)，培養(yǎng)工匠精神。能養(yǎng)成不斷進(jìn)取、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、追求卓越的工匠精神。

（二）課程思政元素及思政教學(xué)理念

立足于課程自身專業(yè)知識(shí)，結(jié)合課程自身定位及中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院的特色，從課程知識(shí)目標(biāo)與能力目標(biāo)實(shí)際需求出發(fā)，挖掘了“兩彈一星”、東風(fēng)系列導(dǎo)彈、陳紹蕃先生的鋼結(jié)構(gòu)性能與設(shè)計(jì)原理等經(jīng)典思政元素；匯機(jī)電特色、融機(jī)電精神、傳機(jī)電文化，深入挖掘了鐘倔院士的高性能鋁材制備、黃明輝教授大型構(gòu)件精密模鍛工藝與裝備、湛立華教授大型復(fù)雜薄壁材料/構(gòu)件成形成性協(xié)同制造、何清華教授愛崗敬業(yè)精神等具有中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院烙印的學(xué)科技術(shù)特色與創(chuàng)新精神等元素。

在充分挖掘課程思政元素的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步凝練“信、知、行”三位一體的思想政治教學(xué)理念。“信”：通過挖掘課程思政元素，并與課程內(nèi)容充分融合，樹立學(xué)生國家富強(qiáng)、民族振興、人民幸福的家國情懷，培養(yǎng)誠實(shí)守信、遵紀(jì)守法及愛崗敬業(yè)的職業(yè)素養(yǎng)，弘揚(yáng)追求真理的科學(xué)探索和創(chuàng)新精神，以及養(yǎng)成不斷進(jìn)取、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、追求卓越的工匠精神；“知”：夯實(shí)有限單元法基礎(chǔ)理論知識(shí)，掌握有限單元法的核心內(nèi)容，加強(qiáng)三類核心單元學(xué)習(xí)，增強(qiáng)工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用；“行”：能夠根據(jù)所學(xué)理論知識(shí)與有限元分析軟件，解決實(shí)際工程的潛在問題，使學(xué)生能夠獨(dú)立或協(xié)作解決現(xiàn)代制造業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的復(fù)雜工程問題。

（三）課程體系與內(nèi)容更新

主要將課程內(nèi)容、教學(xué)手段與考核方法層面的創(chuàng)新互相支撐，形成了多層次耦合型創(chuàng)新課程體系，主要包括：（1）“信、知、行”三位一體的教學(xué)理念：將思政元素、專業(yè)知識(shí)、工程實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，拓寬其知識(shí)面；（2）采取“線上+線下”混合式教學(xué)方法［6］：線上開展理論知識(shí)預(yù)先講授與線上考核，線下開展以工程問題為導(dǎo)向的專題討論，同時(shí)針對(duì)三類單元開展單元特性的學(xué)習(xí)；（3）綜合評(píng)判、不拘一格：注重能力培養(yǎng)的OBE“過程式”考核方式［7］，以2人小組形式開展實(shí)際工程問題的研究，嚴(yán)格按照中南大學(xué)本科生畢業(yè)論文撰寫要求進(jìn)行撰寫，并且需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)PPT答辯，從學(xué)生工程實(shí)踐能力、自主學(xué)習(xí)能力、理論知識(shí)掌握三個(gè)方面綜合評(píng)價(jià)學(xué)生的課程達(dá)成度。

在創(chuàng)新課程體系后，要進(jìn)一步更新課程內(nèi)容，主要包括：寓教于理，寓教于行，寓教于思。（1）將專業(yè)知識(shí)與育人目標(biāo)有機(jī)結(jié)合，能夠?qū)⑺鶎W(xué)理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，并且能夠自主開展實(shí)踐，在實(shí)踐的同時(shí)，還能結(jié)合本科所學(xué)理論知識(shí)以及相關(guān)文獻(xiàn)資料，進(jìn)行有限的自我反思，對(duì)于知識(shí)、對(duì)國家命運(yùn)等進(jìn)行多維度思考。（2）雙線漸進(jìn)、致知于行。以問題和工程案例教學(xué)為主，使工程案例走進(jìn)課堂，引導(dǎo)學(xué)生解決問題。同時(shí)采用畫龍點(diǎn)睛式、專題嵌入式、元素化合式、隱性滲入式等手段將思政元素融入課堂，形成思政元素與專業(yè)知識(shí)雙線漸進(jìn)的模式。（3）通過雙線漸進(jìn)的模式，提高學(xué)生的參與積極性，從個(gè)人情感上實(shí)現(xiàn)認(rèn)知、態(tài)度、情感和行為認(rèn)同，能夠主動(dòng)貫徹中南大學(xué)“價(jià)值塑造、知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、智慧啟迪”的人才培養(yǎng)理念，達(dá)到對(duì)學(xué)生致知于行的教學(xué)目的。

結(jié)語

本文針對(duì)“有限單元法及應(yīng)用”課程思政教學(xué)的不足，依據(jù)中南大學(xué)辦學(xué)定位與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，從課程專業(yè)目標(biāo)、課程思政元素與思想政治教學(xué)、課程體系與內(nèi)容等方面提出了教學(xué)改革與創(chuàng)新方法，挖掘了具有中南大學(xué)通用與特色的思政元素，建立了“信、知、行”三位一體的思想政治教學(xué)理念，并在實(shí)踐中取得了一定的成果，然而還存在課程思政實(shí)踐效果評(píng)估難等問題，如何促進(jìn)思政元素和專業(yè)能力深入結(jié)合，創(chuàng)新思想政治教學(xué)的評(píng)價(jià)方式，還需在今后進(jìn)行積極與更加深入的探索。

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Teaching Reform and Practical Exploration of Finite Element Method and Application under the Background of Curriculum Ideology and Politics

WANG Qing-shan， SHAO Wen， DAI Ze-yu， LIN Yong-cheng

（College of Mechanical and Electrical Engineering， Central South University， Changsha， Hunan 410083， China）

Abstract： Professional elective courses are faced with the general problem of how to organically integrate ideological and political elements with professional knowledge and engineering practice when carrying out ideological and political courses， which can develop students engineering ethics education， the craftsmans spirit of excellence， and stimulate students national feelings and mission to serve the country through science and technology while students swim in the ocean of professional knowledge. The teaching practice of Finite Element Method and Application should establish the ideological and political teaching concept of the “faith， knowledge and action” trinity course， and organically combine the three parts of ideological and political elements， professional knowledge and engineering practice， so as to improve students ability of correctly recognizing， analyzing and solving problems， as well as help students to shape the correct outlook on world， life and values. “Faith” refers to establishing students national feelings of prosperity， national rejuvenation and peoples happiness through the integration of ideological and political elements into the curriculum. “Knowledge” refers to strengthening basic theoretical knowledge， enhancing engineering application experience and putting them into practice. “Action” refers to being able to solve potential problems in practical engineering based on the theoretical and practical knowledge learned， so that students have the ability to independently carry out problem analysis. Focus on the ideological and political teaching concept of the “faith， knowledge and action” trinity course， Finite Element Method and Application carries out curriculum reform from multiple dimensions such as teaching objectives， syllabus， curriculum system， curriculum content， curriculum methods， and curriculum cases. It provides ideas and aspects for better carrying out the ideological and political teaching reform of the course “Finite Element Method and Application”.

Key words： curriculum ideology and politics; Finite Element Method and Application; teaching reform; practical exploration