彈塑性力學內容體系梳理和課程思政建設探究

0 引言

自課程思政的理念提出之后[1]，中共中央、國務院及教育部等出臺多個文件[2-3]，要求把思政教育貫穿所有高校的全部課程教學過程。彈塑性力學是所有工科專業碩士研究生的核心基礎課程之一，在整個研究生教育階段占有重要地位。在該課程的授課中深挖其蘊藏的思政元素，并以“潤物細無聲”的方式傳授給學生，是一個值得深入研究的問題。

為此，很多彈塑性力學教師開展了積極有益的探索。賴金茂[4從課程思政的本質內涵、建設難點和建設對策三方面對課程思政的實施給出了總體方案，為所有專業課程的思政教學提供了很好的借鑒。在此基礎上，張豐收等[5]根據彈性力學課程的特點，從力學史、力學美、辯證法等角度深入挖掘力學課程中的思政元素，全面培養學生正確的價值觀，實現知識傳授與德育并舉。李信富等[根據彈性動力學課程的教學目標，提出從教學團隊建設、教學內容和教學方式等方面構建課程思政教學體系，并通過案例教學等方式實施思政教育。梅瑞斌等[基于塑性力學課程的知識體系提出思政元素挖掘與價值典范凝練的教學方法，并將優秀傳統文化與唯物辯證法有機融入課堂教學。徐業鵬等[8]結合應用彈塑性力學課程特點和學校特色，有針對性地修訂教學大綱、更新教學內容，并挖掘了12個課程思政教學點，取得了良好的教學效果。唐雪松等[9根據新時代人才培養要求，并結合彈性力學課程特點，從教學內容、課程思政和過程考核等方面出發，提出了相應的教學方法。

上述研究通過課程教學實踐，為課程思政建設提供了良好借鑒。但上述研究大多針對課程的某一具體章節或知識點展開研究，容易導致學生對課程總體內容及重難點知識把握不全面。賴金茂[4將課程內容與思政元素類比為“湯”與“鹽”的關系，從這個角度來說，前者是基礎，后者是升華。先是課程內容的“湯”有營養，而后加入思政元素這份點睛之筆的“鹽”，二者就能彼此升華。下面分別從上述兩方面對該課程進行分析，即首先對課程內容這碗“湯”中的營養成分進行有效提煉，讓學生能夠快速、高效地對整個課程體系有一個很好的把握，而后，再加入思政元素的“鹽”，讓學生能夠輕松、愉快地吸收。為此，首先對課程內容進行分析、歸納和總結，以便學生能夠更容易地理解和掌握；其次，結合本課程特點，對課程思政建設流程與機制進行探討。

1課程內容體系分析

借鑒筆者的前期研究成果[10]，以學校采用的徐秉業等編寫的《應用彈塑性力學》教材[11]為例進行介紹，其內容結構如圖1所示，即首先從研究對象、研究內容和研究方法等三方面進行分析，研究對象為線彈性體和塑性體，研究方法主要為理論分析和試驗研究，研究內容則主要包括五部分，即應力分析、應變分析、應力應變關系（本構關系）、彈性力學問題求解與塑性力學問題求解。課程內容表現為逐層遞進，即先介紹基本理論，然后利用基本理論求解實際問題，最終服務于實際工程。

通過多年教學實踐發現，彈性力學部分相對簡單，對在本科階段學習過彈性力學課程的學生來說更是如此。學生反映比較難學的部分是塑性力學相關內容，其抽象性更強，且知識點多而分散。為了讓學生更好地掌握這部分內容，下面對塑性力學的相關知識進行歸納總結。

首先是第一、二章的應力分析和應變分析，其特點是知識點多且分散。其實它們彼此關聯性很強，為此將相關知識點羅列如表1所示。需要說明的是，這里引入了等傾面的概念，通過相關試驗發現等傾面上的正應力（即靜水壓力）不會引起材料屈服，進而為塑性屈服準則的提出和本構模型的建立等奠定了基礎。

其次是應力應變關系（本構方程），由于線彈性本構比較簡單，這里不贅述，重點探討塑性本構關系。塑性本構關系由四部分組成：屈服準則、塑性勢函數、硬化規律和塑性流動法則。屈服準則是用來判斷某點是否進入塑性狀態的準則，常用的屈服準則包括一般材料屈服準則和巖土材料屈服準則，前者通常為材料力學介紹的第 1～4 強度理論。巖土材料具有剪脹性、等壓屈服和壓硬性等特點，導致其屈服準則與一般材料有所不同，主要包括雙參數強度準則（如Mohr-Coulomb準則、Drucker-Prager準則和統一強度準則等）和三參數強度準則（旋轉拋物面準則等），其中前者應用更多。當進入塑性狀態后，目前常用的應力應變關系如圖2所示，即分為增量型（萊維一米澤斯方程、普朗特一羅伊斯方程）和全量型（亨奇方程、伊柳辛方程）兩類，且這四種本構方程之間存在密切的聯系，這里不贅述。

圖1彈塑性力學課程內容框架

表1應力、應變分析相關內容總結與對比

前面給出了屈服準則和塑性本構方程，為了將二者聯系起來，塑性力學引入了德魯克公設和伊柳辛公設，二者的具體內容與區別如表2所示，其對塑性力學的發展起到了很大的推動作用。

而后就是利用上述方程進行彈性力學與塑性力學問題的求解。對彈性力學問題，由三類基本方程（平衡方程、幾何方程、物理方程）和相應的邊界條件（位移邊界、應力邊界和混合邊界）即可進行求解。而塑性問題遠比彈性問題復雜，按照變量類型可以分為位移法和力法，其求解過程要比相應的彈性力學問題復雜得多，這里不贅述。

2課程思政建設實踐和實施效果

結合課程特點，分別從培養目標、教學內容、教學方法和教學評價等四個方面開展課程思政建設，提出分層、遞進、閉環的課程思政建設機制。結合筆者于2023年秋季承擔的學校工程技術學院碩士研究生必修專業學位課一—彈塑性力學的課堂教學實踐對其實施效果進行分析評價，該課程在碩士研究生入學第一學期開設，總學時48，選課學生共127人。

2.1以結果為導向，確定培養目標，突出思政育人價值

在專業課教學中開展思政教育，必須有計劃、有目標地進行。根據國家教育政策、學校辦學定位和專業要求，提出如圖3所示的三維培養目標：1）思政目標：圍繞“知識傳授與價值引領相結合”的人才培養目標，培養學生的家國情懷、科學精神等；同時結合本課程特點，培養學生的工程觀念和安全意識，達到工程設計安全性與經濟性的最佳統一。2）知識目標：學生必須理解和掌握彈塑性力學基本理論和知識，并能夠理論聯系實際。3）能力目標：學生能夠掌握工程設計理念，并將所學知識應用于工程實踐，初步具備開展實際工程設計的能力。

1）在授課過程中，首先實現學生培養的思政目標，從彈塑性力學在我國重大工程建設、大國重器制造等行業中的基礎地位談起，讓學生將家國情懷與科學精神結合起來。如港珠澳大橋、川藏鐵路等重大工程的設計采用的基礎理論均是彈塑性力學，大飛機、航空母艦等鎮國重器是彈塑性力學在機械工程領域的應用。因此要學好這門課程才能實現科學報國的理想。

表2兩類公設的區別與聯系

2）知識目標的實現，就是通過前面的歸納和總結，讓學生能夠更好、更快地掌握課程知識點，為理論應用于實際奠定基礎。

3）在能力目標培養方面，結合某一具體工程如港珠澳大橋的設計，讓學生能夠利用金屬的屈服準則和本構方程進行橋梁結構的選材與受力變形分析計算，培養其理論聯系實際的能力。

2.2以學生為主體，優化教學內容，全面融入思政元素

本課程知識點多、內容覆蓋面廣且難度較大，應以學生為中心，進一步優化教學內容，構建適合本課程及本校學生背景的思政教學體系。

1）根據課程培養方案基本要求和思政教學目標，介紹該課程的總體概況，引導學生了解其在整個研究生學習階段的地位，幫助學生建立本課程與其他課程及今后所從事工作的關聯性，培養學生的總體觀和系統觀。在講述彈塑性力學強度準則時，可以我國著名學者俞茂宏教授提出的統一強度理論為例，有機融入思政元素；早期，彈塑性力學強度準則幾乎都是外國人提出的，但是近年來我國有迎頭趕上的趨勢，統一強度理論打破了外國人在該領域的壟斷地位，并躋身世界前列。以此提升學生的民族自豪感。同時也應認識到，雖然我們取得了一些進步，但還遠遠不夠，目前我國在該學科的研究總體上仍處于落后地位，由此激發學生樹立專業報國的責任感和使命感。

2）構建以學生為主體的教學體系，充分發揮學生的主觀能動性，提高學生分析問題和解決問題的能力，培養學生的創新意識。

2.3以質量為標準，創新教學方法，思政育人貫穿始終

根據本課程特點，以提高教學質量為目標，采用以教師授課為主、課堂討論和小組研討并行的教學方法。在教師授課環節，結合課程內容適時引入思政元素，營造積極向上的課堂學習氛圍，通過對我國偉大工程的介紹讓學生感受到祖國的強大；在課堂討論環節，由教師結合實際工程中存在的彈塑性力學問題，引導學生理論聯系實際、開展獨立思考，培養學生獨立分析和解決問題的能力；小組討論環節，在學生掌握基本知識的基礎上，引領學生以小組的形式對知識進行凝練、總結和應用，培養學生的團隊合作精神和創新意識。

在該課程的48學時中，課堂教學占42學時。課堂討論2次，占2學時，分別針對強度理論和本構模型，即為什么彈塑性力學中出現了那么多強度準則和本構模型，能否用一個強度準則和一個本構模型來描述所有的材料力學行為？小組研討2次，占2學時，分別針對航天飛機和港珠澳大橋在設計和建造過程中涉及該課程的哪些具體內容。最后是復習和課堂答疑2學時。

2.4以反饋為基礎，開展教學評價，持續提升育 人效果

建立“學生評價 $$ 結果分析 $$ 意見反饋 $$ 實時改進”的閉環質量保障體系，形成持續改進機制。通過平臺討論、作業、考核和學生評價等渠道實時了解學生的學習情況、存在的問題和建議等，對課程思政教學效果進行實時反饋，并以此為依據有針對性地對教學內容、教學方法和課程思政內容進行實時改進與完善，促使課程與時俱進，適應時代發展要求，保證課程的高階性、創新性和挑戰度。

在課程教學過程中采用課堂提問、布置課后作業、課堂討論、期末考試和課間交流等方法了解學生的學習情況，并分別于期中和期末采用問卷調查的形式深入了解學生對該課程授課的意見和建議。在期中調查時，學生反映的問題較多，主要歸納總結為如圖4所示的六個方面（有不少學生同時反映了多個問題，因此反映問題的學生總人數大于選課學生總數）。可以看出，對課堂授課方式和思政元素融合方面的反映最為集中，占比達到 30.2% ，分析認為可能是因為本課程難度較大，很多學生在課堂上沒有聽太懂，課后復習的時候由于課件解題步驟有跳躍，學生自學困難。同時課程內容與思政元素的融合方式、內容等均不夠具體和深入，如思政內容涵蓋的方面十分廣泛，從大的方面說包括馬克思主義世界觀、家國情懷等，從小的方面說還包括個人的一些世界觀和價值觀等等，而前期課程主要集中在宏觀方面，所以學生的親身體會不夠強。在后半學期的教學工作中，結合學生反映的問題，對教學方法、教學內容與思政教學方式等進行及時調整。以思政元素與教學內容的融合為例，結合學校、學院和地質類專業的特點，將家國情懷具體體現到地質報國中，希望學生能夠將自己所學與國家地質事業緊密結合。如在隧道工程建設或滑坡防治中，將統一強度理論與目前常用的莫爾一庫倫強度理論相比較，由于前者很好地考慮了中間主應力效應，通過應用它可以有效減少隧道支護或滑坡防護工程量約 10%～20% ，顯著降低工程造價，為國家節省工程建設費用，最終實現專業報國的目的，讓學生切實感受到學好這門課程的重要實際意義。

圖4學生反饋意見匯總

通過“學生評價 -結果分析 - 意見反饋 -實時改進”的互動機制，能夠及時發現問題、解決問題，取得了良好的教學效果。同時，由于社會快速發展，一些新的事物和問題不斷涌現，學生對一些事情的看法也會隨之發生變化，因此要采用定期或不定期的互動方式實時了解學生的學習情況和心理變化，以及時調整教學內容和教學方式，從而達到良好的教學效果。

3 結束語

針對彈塑性力學課程知識點多、難教難學的特點，筆者基于多年教學實踐，首先對課程內容之間的邏輯關聯和重難點部分進行歸納和總結，達到層次鮮明、重點突出、邏輯清晰的目的，便于學生對課程的學習和掌握。其次，基于課程內容，深挖其蘊含的思政元素，從培養目標、教學內容、教學方法、教學評價等四個方面提出課程思政建設流程與機制，具有層次清晰、操作性強、覆蓋面廣等特點。教學實踐表明，該課程思政建設取得良好效果，達到了知識學習與思政育人的有效融合，在保證學生掌握課程知識的同時，又潛移默化地培養了學生的家國情懷，達成了全方位育人目的。

4參考文獻

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