固體力學課程思政元素挖掘與教學應用研究

摘 "要：在新工科背景下，工學專業教育領域正發生深刻變革，將思政元素融入到專業課程教學中，利用隱性教育方式發揮專業課程的思想政治教育功能，成為各高校進行課程改革的一個重要方向。該文對固體力學課程中的思政元素進行挖掘，探討在教學過程中的應用方法，分析專業知識與辯證唯物主義觀點的關聯性，國家重大基建工程可作為素材引入到教學過程中，激發學生的民族自豪感和社會責任感。

關鍵詞：固體力學；彈塑性力學；課程思政；橋梁；民族自豪感

中圖分類號：G640 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2096-000X（2025）06-0185-04

Abstract： Profound changes are taking place in the field of engineering education in the context of emerging engineering disciplines. It has become an important direction of curriculum reform for universities to integrate the elements of ideology and politics into the professional courses， and to utilize the implicit education method to play the ideological and political education function of professional courses. This paper explored the elements of ideology and politics in the course of Solid Mechanics， and discussed the application methods in the teaching process. The relevance of professional knowledge and dialectical materialism was analyzed. Major infrastructure projects of China were introduced in the teaching process to stimulate the students' national pride and sense of social responsibility.

Keywords： Solid Mechanics; elastic-plastic mechanics; course ideology and politics; bridge; national pride

教育是國之大計、黨之大計，承擔著立德樹人的根本任務[1]。2019年8月，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發了《關于深化新時代學校思想政治理論課改革創新的若干意見》，文件中明確指出，“思政課是落實立德樹人根本任務的關鍵課程，發揮著不可替代的作用”“辦好思政課，要放在世界百年未有之大變局、黨和國家事業發展全局中來看待，要從堅持和發展中國特色社會主義、建設社會主義現代化強國、實現中華民族偉大復興的高度來對待。思政課建設只能加強、不能削弱，必須切實增強辦好思政課的信心，全面提高思政課質量和水平”。

新工科是基于國家戰略發展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的我國工程教育的改革方向，是新時期全面推動工業轉型升級和高等教育系統供給側結構性改革的探索和嘗試[2-3]。在新工科背景下，工學專業教育領域正發生深刻變革，傳統的“以教師為中心”的知識灌輸教學模式已無法滿足新時期對人才培養的要求[4]。習近平總書記在清華大學考察時的重要講話提到，“我國社會主義教育就是要培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人”。在此背景下，將思政元素融入到專業課程教學中，利用隱性教育方式發揮專業課程的思想政治教育功能，成為了各高校進行課程改革的一個重要方向[5]。

一 "固體力學課程教學現狀

（一） "課程簡介

固體力學課程是機械類、土木工程和材料成型等專業的一門專業課，是力學中研究固體機械性質的學科，連續介質力學組成部分之一。固體力學主要研究固體介質在外力、溫度和形變的作用下的表現，廣義的固體力學一般包括材料力學、彈性力學、塑性力學和結構力學等部分。

固體力學課程是山東大學面向機械設計制造及其自動化（中澳合作辦學）專業開設的必修課之一，該課程從澳大利亞斯威本科技大學引進，課程安排為中方教師承擔36學時，澳方教師承擔24學時。該課程于大三下學期開設，此時學生已完成理論力學和材料力學課程的學習，因此，該課程主要學習彈性力學和塑性力學的相關理論知識，與我國其他高校的彈塑性力學課程基本一致。本課程旨在擴展學生的固體力學知識，以及在結構分析、機械設計和材料加工等領域的應用。使學生了解非線性對結構行為的影響，使學生掌握必要的分析技能，對其作為機械工程師的專業實踐有重要意義。

（二） "課程教學目標

本課程的教學目標是：使學生具備機械專業人才所必須的固體力學基礎知識，培養作為專業工程師所需的分析能力以及解決問題的能力。課程目的是擴展學生非線性固體力學在結構分析、機械設計和材料加工應用領域的知識，讓學生掌握基本分析技能，使他們能夠熟練解決高級實踐問題，并向學生提供必要的工具來認識和處理被廣泛應用于行業中的高級非線性計算設計方案。

1 "知識目標

掌握應力、應變的基本知識和表示方法；掌握屈雷斯加屈服準則和米塞斯屈服準則的基本概念和應用特點；掌握彈塑性應力應變關系及其解析應用；理解塑性變形的增量理論、全量理論，并嘗試用塑性成形問題的主應力法計算簡單問題。

2 "能力目標

學以致用的能力：針對日常生活和學習中常見的受力構件，能夠合理構建力學模型，求解應力狀態，判斷構件能否安全、穩定工作。

融會貫通的能力：力學工程問題往往需要多學科知識綜合解決，學生要能夠綜合利用高等數學、線性代數、材料力學等多學科知識解決專業技術問題。

3 "德育目標

精益求精、實事求是。對一個小問題進行詳細、深入的研究和探索，才使得力學發展到今天的水平，通過本章節的學習，培養學生精益求精的科學素養。

勇于探索、勇于創新。力學中很多理論和實驗的名稱都是以人名命名的，然而這些人名中鮮有中國人的名字，鼓勵學生要勇于探索、勇于創新，爭取在力學的發展史上寫下中國人的名字。

通過對本課程的學習，培養學生理論聯系實際、注重實踐、學以致用的學習習慣，鍛煉初步解決實際力學問題的能力。

（三） "教學中存在的問題及改革方向

在固體力學課程教學過程中存在的主要問題是理論知識抽象晦澀、難以學以致用。為了使教學工作更適應時代的發展，培養高素質新工科人才，在教學過程中可采用“案例式”教學模式[6]，以國家重大基建工程、航天工程和古今著名建筑等為案例，將實際力學問題與理論知識相結合，將抽象的理論知識具象化，實現教學從“以教師為中心”的知識灌輸模式向“以學生為中心”的產出導向模式轉變，解決傳統教育與行業發展需求脫節的問題，引導學生堅定歷史自信和制度自信，提高學生的民族自豪感和認同感。同時，在講解專業知識點的同時，穿插引入“現象與本質”“主要矛盾和次要矛盾”“對立統一”等辯證唯物主義理論，培養學生以辯證的角度學習專業知識的素養。本文將固體力學知識點中蘊含的思政元素進行挖掘，并分析了專業知識與思政元素的關聯性，為培養有理想、有信念的時代青年做出貢獻。

二 "固體力學中蘊含的辯證唯物主義觀點和思政元素

（一） "主應力和應力不變量中蘊含的哲學思想

當外部載荷不變時，材料內部各點的應力狀態也是不變的，可采用應力張量表示任意一點的應力狀態，各應力分量的數值與所選取的坐標軸方向有關，當選取的坐標軸方向不同時，各應力分量也會發生變化，其變化規律符合“坐標變換”，也就是應力張量的表達式不同。然而，無論應力張量的表達式如何變化，將其作為矩陣求特征值，特征值即為主應力，而且，存在3個不隨坐標軸方向變化的量，即第一、第二和第三不變量。其實，我國古人早就發現了類似的現象，蘇軾的《題西林壁》：“橫看成嶺側成峰，遠近高低各不同。不識廬山真面目，只緣身在此山中。”蘇軾之所以認不清廬山真正的面目，是因為他身處在廬山之中。這與上述現象同屬于唯物辯證法中的“現象與本質”的范疇[7]。蘇軾從不同的角度看到了廬山不同的形態，這與坐標系不同而得到不同表達式的應力張量同屬于“現象”。然而，“廬山真面目”并不會隨觀察角度不同而改變，這與主應力和應力不變量同屬于“本質”。

（二） "強度理論和屈服準則的關聯性

橋梁、水壩和建筑等是固體力學知識點的重要應用場景，在教學過程中可選擇一些具有代表性的大型工程建筑作為素材，引出固體力學中的知識點。中央電視臺拍攝的紀錄片《超級工程》和《港珠澳大橋》擁有較好的口碑，可作為影視素材豐富教學過程。以橋梁為例，通過介紹我國橋梁的發展史，引出相關知識點，同時增強學生的民族自豪感[8]。早在西周和春秋時期，我國就出現了梁橋和浮橋；隋代建造的趙州橋是世界上現存年代久遠、跨度最大、保存最完整的單孔坦弧敞肩石拱橋，體現了中華文明的悠久歷史，鼓勵學生要堅定歷史自信；1960年建造的南京長江大橋是長江上第一座由中國自行設計和建造的雙層式鐵路、公路兩用橋梁，體現了中華民族自強不息的精神；2009年開工建造的港珠澳大橋是世界上最長的跨海大橋，是在“一國兩制”框架下粵港澳三地首次合作建設的，充分體現了我國集中力量辦大事的制度優勢[9]。我國橋梁的演變過程凝聚了中華民族的智慧和力量，也體現了中國人民對于力學知識的巧妙應用。正如習近平總書記所言，“大橋建成通車，進一步堅定了我們對中國特色社會主義的道路自信、理論自信、制度自信、文化自信，充分說明社會主義是干出來的，新時代也是干出來的”。

港珠澳大橋上有三座鋼結構斜拉橋，若干根鋼索將橋面的重力傳給索塔，從而防止橋面垮塌，鋼索數量過少則無法保證橋梁的安全，數量過多則導致資源浪費，因此，有必要對鋼索的數量和尺寸進行計算，保證其滿足強度理論。

鋼索常用的材料為高強度鋼，在此情形下，采用第三強度理論和第四強度理論較為合適。

強度理論是判斷材料在復雜應力狀態下是否破壞的理論，當鋼索內部各質點的應力分量均滿足強度理論時，就說明鋼索所受到的載荷處于安全范圍，不會使其屈服失效。屈服準則表示的是質點進入塑性狀態時各應力分量之間滿足的特定關系。屈服準則和強度理論之間存在著對應的關系[10]，常用的兩種屈服準則如下。

當外部載荷較小時，鋼索處于彈性狀態，發生彈性變形，隨著外部載荷的增大，彈性變形逐漸增大，當載荷超過一定極限，鋼索發生屈服，在彈性變形的基礎上又產生塑性變形，在塑性變形過程中，材料始終滿足屈服準則。

鋼索產生塑性變形的過程符合唯物辯證法中的“質量互變規律”，施加外部載荷后，鋼索首先發生的是彈性變形，即“量變”，當載荷達到屈服極限，材料產生屈服，發生塑性變形，即“質變”（圖1）。

（三） "米塞斯屈服準則和屈雷斯加屈服準則的比較

屈服準則是判斷質點是否處于塑性狀態的依據，而屈雷斯加屈服準則和米塞斯屈服準則的公式卻是不同的，它們的區別主要在于屈雷斯加屈服準則沒有考慮中間主應力？滓2，而只考慮了最大的主應力？滓1和最小的主應力？滓3。

正如杜甫的《前出塞九首·其六》中提到的“挽弓當挽強，用箭當用長。射人先射馬，擒賊先擒王”。把握住問題的主要矛盾是解決問題的關鍵。當我們采用屈雷斯加屈服準則來分析問題時，最大的主應力？滓1和最小的主應力？滓3是“主要矛盾”，而中間主應力？滓2是“次要矛盾”。授課過程中，可通過表1從唯物辯證法的角度向學生講解兩種屈服準則的差異。

為了深入比較這兩種屈服準則的區別，需對其公式進行變形，羅德提出了羅德參數

比較公式（3）和（6），變形后的米塞斯屈服準則和屈雷斯加屈服準則只差了一個系數？茁，經分析可知，該系數的取值范圍是1～1.155。兩種屈服準則的關系是“既對立又統一”。單向受拉或受壓時，？茁的值為1，此時兩種屈服準則是一致的，即“統一的”。純剪切時，？茁的值為1.155，此時兩種屈服準則差別最大，即“對立的”，此時采用米塞斯屈服準則更為準確。

（四） "力學發展史上的中國元素

固體力學中的很多理論和實驗的名稱都是以提出者的名字命名的，比如屈雷斯加屈服準則、米塞斯屈服準則、羅德實驗和泰勒及奎乃實驗等，學生在學習理論知識的同時，也記住了這些外國學者的名字。

西安交通大學俞茂宏教授提出的“雙剪強度理論”將單一的準則和理論發展為統一強度理論，這是中國人創立的唯一被寫進基礎力學教科書的理論[11]。維基百科“塑性力學”英文詞條中引用的唯一中國人的文獻就來自俞茂宏教授，由此可見俞茂宏教授的成果得到了各國基礎力學專家的一致認可。

雙剪強度理論被認為是強度理論發展史上的一個里程碑，這也激發了中國人的民族自豪感和愛國情懷，同時也暴露了我國在理論創新方面的不足。我國人口總數約占世界人口數的1/5，是世界第一人口大國，在科技領域和理論創新領域的貢獻并不突出，在固體力學方面，除了俞茂宏教授提出的雙剪理論，再無享譽世界的成果。我國在應用力學知識方面擁有非常悠久的歷史，據考古發現，在河姆渡遺址、西安半坡村和殷商遺址中均有木結構建筑、宮殿和宗廟等建筑遺跡，這說明我國是世界上最早應用力學知識的國家之一[12]。然而，近代以來，我國在理論研究方面遠落后于西方發達國家。目前，我國正處于經濟的飛速發展時期，為科研事業的發展提供了堅實的物質基礎，各領域的研究工作正逐步走向世界前列，在這樣的大背景下，在教學過程中應鼓勵學生要勇于探索、勇于創新，爭取在固體力學的發展史上寫下中國人的名字。

三 "結束語

本文對固體力學課程中的思政元素進行了挖掘，在講解應力張量和屈服準則時，都是以港珠澳大橋為背景引出相關知識點，可通過截取播放紀錄片《超級工程》和《港珠澳大橋》中的片段，培養學生的民族自豪感和榮譽感，鼓勵學生自強不息、勇于創新、團結奮進。以趙州橋、南京長江大橋和港珠澳大橋三座橋梁為代表，簡要介紹了國家橋梁的發展史，通過對橋墩和鋼索進行受力分析，引出了應力張量和屈服準則的知識點。港珠澳大橋的建成通車體現了集中力量辦大事的制度優勢，進一步堅定了我們對中國特色社會主義的道路自信、理論自信、制度自信、文化自信。大橋上建立了三座“海豚塔”以減少橋墩對白海豚棲息地的影響，實現了人與自然和諧相處。通過講解古詩《題西林壁》中蘊含的唯物辯證法“現象與本質”的觀點，讓學生更容易理解應力張量和主應力之間的關系。此外，引入了“量變與質變”“主要矛盾和次要矛盾”“對立統一”等辯證唯物主義理論，幫助學生理解屈服準則中的專業知識。

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