工程專業認證驅動下的思政元素挖掘與教學實踐

［摘 要］ “工程有限元與數值計算”課程是支撐西安交通大學機械工程專業認證的重要核心必修課，課程所對應的畢業要求指向數學、力學及復雜工程問題，其中蘊含諸多思政元素。在工程教育理念驅動下開展課程思政教育，是專業類課程推進“三全育人”的重要著力點。首先，在分析課程目標和畢業要求指標點對應關系的基礎上，細分課程各個目標下的教學環節與學習內容；其次，通過確立課程思政總體設計重點和方向，深入挖掘了課程目標關聯的思政元素；最后，探索了課程思政建設的實施模式，為專業課程全面落實“三全育人”的課程思政改革提供參考。

［關鍵詞］ 有限元；專業認證；課程思政；思政元素；教學改革

［基金項目］ 2024年度西安交通大學本科教學改革研究青年項目“AI賦能有限元課程翻轉課堂設計”（2402Q-07）

［作者簡介］ 孫 瑜（1985—），女，陜西西安人，工學博士，西安交通大學機械工程學院副教授（通信作者），主要從事多尺度力學、智能材料結構設計與創新應用研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）44-0019-04 ［收稿日期］ 2024-06-14

引言

2016年6月，中國獲批成為國際本科工程學位互認協議（華盛頓協議）的第十八位正式成員，標志著中國高等工程教育向著與國際接軌邁出了重要一步。隨后，在工程專業認證工作的全面開展下，各大高校工科類專業通過頂層修訂人才培養目標和畢業要求、底層改革課程教學內容與評價體系，逐步逐層將產出導向（OBE）理念有機融入了高校工科教育中［1-3］。

西安交通大學機械學院作為全國機械類工程專業認證排頭兵隊伍中的一員，于2017年底全面通過專業認證評估，有效期自2012年1月算起［4］。“工程有限元與數值計算”課程是西安交通大學機械工程專業的專業核心課程之一。面向本專業培養“一等品行”，兼具全球視野、中國情懷和西部地區擔當的機械工程“領軍潛質”人才的總體目標，如何在工程專業認證的驅動下緊扣教學內容與課程目標，深入挖掘課程思政元素，是課程思政教育中始終需要思考的問題［5-8］。本文通過對“工程有限元與數值計算”課程內容與教學環節的分析，探討了課程目標指引下的思政元素的提出和落實方案，以期為工程專業認證驅動下的力學類、數值類課程思政建設提供借鑒與參考。

一、課程基本情況

“工程有限元與數值計算”課程是西安交通大學機械工程專業核心必修課，開設在大三上學期，課內40學時/2學分（其中，授課24學時，課內實驗4學時，課內上機12學時）。課程旨在培養學生數字化思維、數值計算及解決復雜機械工程問題的能力。課程的主要任務是通過課堂教學、上機練習、課外討論、真實工程問題驅動的實驗教學等環節，培養學生面向復雜工程問題的數字化思維和數值分析能力。通過授課、實驗、上機多環節結合，達成以下三個課程目標：（1）要求學生基本掌握工程中基礎的計算方法，即數值逼近、數值代數，重點掌握微分方程求解的方法。（2）要求學生熟練掌握有限元基本原理、形函數的構造、單元類型的選取及各種數值方法等基礎內容；能夠使用計算機程序化地實現大規模有限元計算。（3）通過本課程的學習與實踐，應使學生掌握有限元軟件的使用方法，開展有效的實驗研究，使學生具備解決實際工程中復雜問題的能力。目標1支撐畢業要求：掌握數學知識并能將其用于解決機械工程問題。目標2支撐畢業要求：能夠應用數學、自然科學和工程科學的基本原理和方法，對機械設計、制造及其自動化領域（系統）的復雜工程問題進行識別和描述。目標3支撐兩個畢業要求：能夠針對復雜工程問題設計整體實驗方案，搭建實驗系統，開展有效的實驗研究；能夠在機械產品或系統的設計開發的過程中，利用現代信息技術及工具，獲取或開發所需的資源，并能選用恰當的設計、分析方法及軟件工具，建立產品對象的模擬及預測模型，進行設計方案的驗證與評價。

二、課程思政總體設計

課程始終堅守“扎根西部，服務國家，世界一流”的思政建設基石，深化中國高等工程教育的新工科特色和領軍工程人才培養要求，思政建設總體設計如下。

（一）追求高度——思政教育引領教學設計環節

確立課程思政建設“工科大局觀”制高點，站在中華民族偉大復興、國家重大需求和國民經濟主戰場的背景下，從宏觀角度找準課程思政在整個專業建設和人才培養體系中的作用。在此基礎上，從“工程有限元與數值計算”課程教學設計入手，梳理好課程內容主干，確定課程的思政主題，以此為主線，形成貫穿整個課程思政建設的脈絡，再延伸到項目、任務、知識點和技能點。

（二）拓展寬度——思政教育融入內容重構環節

把握課程精益求精的科學精神、價值取向以及倫理規范的要求，深入挖掘思政元素，對課程內容進行重新認識和梳理，按照教學設計的主線，將思政元素有機融入教學環節之中，做到課程內容與思政教育同向同行，相得益彰。

（三）激發熱度——思政教育升華教學實施環節

貼近時代、貼近實踐、貼近學生，不斷增強親和力和針對性，優化教學手段，積極采用案例式、探究式、體驗式、互動式等教學方式，促進師生之間和生生之間的交流互動、資源共享、知識生成和情感共鳴，將思政教育在教學設計和教學內容重構中切實落腳在課堂教學中。

三、課程思政元素挖掘

“工程有限元與數值計算”課程數學基礎要求高、理論知識抽象、工程應用背景突出。課程畢業要求指標點對應的數學、力學、復雜工程問題中的學術大家輩出、工程案例豐富，尤其是與解決國家重大需求的“卡脖子”技術關聯性強。對應工程認證畢業要求指標點，深入挖掘、分析與知識點密切關聯的思政元素，將其融入課堂教學，成為激發學生科技報國使命擔當的重要發力點。部分思政教育內容和教學設計案例見表1。

四、課程思政建設實施模式

（一）傳統課堂與翻轉課堂相結合的思政教育模式

抓好課堂教學“主渠道”，積極運用翻轉課堂、OBE等教學方法，實現從傳統課堂教學模式向“雙向互動+主題研討+實踐體驗”教學模式的轉變。通過顯性教育與隱性教育相統一、第一課堂與第二課堂相統一的課程思政載體，推動學生在知識傳授和能力培養中實現價值引領和價值塑造。

（二）綜合實驗項目驅動的思政教育模式

課程先后投入大量資源購置ANSYS正版教學軟件、搭建轉轍機殼體/風機小葉片結構響應測試實驗臺。教學團隊基于在機械系統與設備的動態分析及故障診斷方面深厚的研究基礎，將工程中的典型問題引入課堂教學，以綜合實驗項目為驅動，培養學生的工匠精神、社會責任感、家國情懷。

（三）小班教學師生研討的思政教育模式

思政教育并非只是思政課教師的職責，專業課教師應當樹立“全員育人、全程育人、全方位育人”的思政教育理念。專業核心課程作為全課程育人模式中的“一翼”，應當充分將專業教育與德育融合統一。教師團隊在定期開展思政學習的基礎上，將小班探討與師生研討結合，把思政元素融入探討與研討中。

結語

“工程有限元與數值計算”課程作為機械工程專業培養的核心必修課，思政元素多、思政教育輻射面廣。面向工程專業認證背景，深入挖掘課程思政元素，有機融入教學授課環節，是發揮課程立德樹人、鑄魂育人作用的關鍵之一。本文以工程專業認證的OBE為驅動，梳理了與課程知識點相關的思政元素，探索了課程思政建設的實施模式。最后，值得一提的是，專業認證的核心之一在于持續改進，如何建立思政教育的評價標準，仍是后續需要思考與探索的問題。

參考文獻

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Mining of Ideological and Political Elements and Teaching Practice of “Finite Element Method and Numerical Analysis in Engineering” Driven by Engineering Specialty Certification

SUN Yu， YANG Lai-hao， CHEN Xue-feng， LI Bing

（School of Mechanical Engineering， Xi’an Jiaotong University， Xi’an， Shaanxi 710049， China）

Abstract： The course “Finite Element Method and Numerical Analysis in Engineering” is an important core compulsory course to support the certification of Mechanical Engineering program at Xi’an Jiaotong University. The mathematics， mechanics and complex engineering problems in the corresponding graduation requirements of the course contain a lot of ideological and political elements. To carry out the ideological and political education of the course under the concept of engineering education is an important point for the promotion of three-wide education during the professional courses. Firstly， on the basis of analyzing the correspondence between the course objectives and graduation requirement index points， the teaching links and learning contents under each objective of the course are subdivided; secondly， the overall design focus and direction of curriculum ideology and politics are established， and the ideological and political elements associated with the course objectives are deeply explored; finally， the implementation mode of the curriculum ideology and politics is explored， so as to provide references for the reform of the ideological and political teaching of the professional course.

Key words： finite element; engineering specialty certification; curriculum ideology and politics; ideological and political elements; teaching reform