将“立德树人”理念融入《工程力学》课程教学中的尝试

陈璐

（贵州师范大学材料与建筑工程学院，贵州 贵阳 550001）

陈宝生部长在2019年全国教育工作会议上的讲话中指出：“要让立德树人回归社会、回归家庭、回归生活，以新的方式推进立德树人工作，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。”习总书记提出了“五育并举”、“六个下功夫”，强调凡是不利于实现立德树人这个目标的做法都要坚决改过来，指出立德树人是高校教学的根本任务，要发挥课堂的主渠道作用，打造高效课堂[1]。

面对当前高等教育全面加强“立德树人”工作的要求，工科教学面临着极大的挑战。当前工科教学往往重视科学知识和技能技术的培养，而忽视了人文素养方面的教育[2-5]。笔者在《工程力学》课程教学中也有深刻的体会。《工程力学》是工科材料专业及相关专业一门重要的专业课，是研究物体的机械运动规律以及构件的强度、刚度和稳定性等计算原理的科学。任何工程中，物体的受力、运动、变形、失效、破坏等力学现象无所不在，力学分析计算在工程设计中占据着重要的地位。该门课程以严谨的数学逻辑性和理论推导为表现形式，系统性强，有些章节比较抽象，难以理解。教学工作者多偏重于提高学生掌握理论知识的能力，往往重技能而无人文，难以达到立德树人的培养目标[6-7]。立德，就是坚持德育为先，通过正面教育来引导人、感化人、激励人；树人，就是坚持以人为本，通过合适的教育来塑造人、改变人、发展人。本文就笔者在教学中的体会，谈谈在《工程力学》教学过程中丰富相关科学内容，传递人文关怀，在品德和社会责任感等方面培养学生的尝试。

一、通过课程知识内容启发学生

工程力学课程虽然理论性强，概念、定律、公式多，但其中也蕴含着丰富的人文哲理。在教学过程中，将人文精神融入专业技术课程，从哲学角度来分析和认识工程力学的基本知识，从日常生活中提炼相关力学元素，又渗透回生活和学习中，一方面引起学生兴趣，营造轻松愉快的课堂教学氛围；另一方面使学生更好地理解所学知识，并应用到设计计算中。

1.利用竹子强度启迪坚韧不拔的精神

在学习强度的时候，有这样一个现象：根据材料力学实验测定，竹材的收缩量很小，而弹性和韧性却很高，有的竹材抗拉强度甚至能达到普通钢材的一半。并且如果按照单位重量计算抗拉能力，竹材还要比钢材强2-3倍。为什么竹子的抗拉能力强？因为竹子是空心的，空心杆的抗弯能力和抗扭能力要比同样横截面积的实心杆大得多，并且在保证一定的壁厚的条件下，随着空心杆内、外径之比增大，抗弯和抗扭能力也会随之增加。

这一科学现象可以上升到哲学的高度来加以认识，正是由于竹子的“虚心”，才有了更强的实力。能引导学生从中感受到做人的道理，要像竹子一样坚强、正直、虚心，自己才能越来越强大，并且面对困难和挫折时，坚强地面对，做一个谦虚正直的人。

另外，在暴风骤雨中，有些参天大树都被连根拔起，但竹子虽然枝条狂舞，主干却能屹立不倒。引导学生仔细观察竹子，发现竹子的根系深而广，对比教材中学到的固定端约束，可以引导学生体会无论做什么都只有打好坚实的基础，“根深才能叶茂”，在不断向上的过程中才能高而不折。而竹子下粗上细，也是不惧风雨的原因之一，这是大自然造就的，受力越大横截面积越大，受力越小横截面积也小，不易折断的“等强度梁”。在受到最为暴烈的风雨侵袭之后，竹子会弯曲却不会像树木被折断，风雨之后又能摆动自如。启迪学生追求科学既需要有深厚的根基，还需要百折不挠、能屈能伸的精神。只有不惧苦难，不怕外界的风雨，就算一时失意，也不要萎靡不振被打垮，只有坚韧不拔，才能取得成功。要有竹的精神“千磨万击还坚劲，任尔东西南北风”。

回答这些问题时，学生首先要思考理工科的知识，这加深了学生对知识的理解，在试着解答时，又能联系自身，提高学生的认知水平、文化素养和道德品质。

2.利用连接件问题启迪认真谨慎的态度

工程中的零、构件之间，往往采用铆接、榫接、销钉连接、键连接等方式彼此连接。铆钉、螺栓、键和销钉等统称为连接件。连接件在工作中主要承受剪切和挤压。20世纪初到二战时的桥梁、轮船和军舰，包括南京长江大桥，都是靠铆钉把钢板连接起来组建的（图1）。

图1 铆钉连接钢板示意图

20世纪初英国建造的由大型金属钢板结构材料组装成的世界上最大的豪华邮轮“泰坦尼克号”，在首航美国的途中不幸被漂浮的冰山撞沉，造成了当时世界航海史上最大的海难事故。近百年来，科学家普遍推测事故发生的原因是钢板质量存在问题。但经过对打捞出来的泰坦尼克号的钢板和铆钉残骸的分析检验，才发现体积小，比起钢板来造价便宜，极不起眼的铆钉，却是泰坦尼克号撞上冰山后沉没的主要原因。泰坦尼克号撞击冰山后，钢板受压变形，质量不合格的劣质铆钉被剪切断裂后形成裂口，海水逐渐涌入船舱致使轮船沉没。

千里之堤，溃于蚁穴。一艘巨轮，是靠千千万万颗小小的铆钉把巨大的钢板连接起来形成的一个整体。每一座桥梁、每一栋房屋、每一条道路，在设计计算的时候如果忽略细节，不谨慎对待，不对每一个零部件把好关，特别是对工科同学来说，在工程设计中的微小计算错误，都有可能惹来极大祸患。笔者在课堂上讲授以剪切和挤压变形为主的连接件时用以上案例做比喻，起到了非常好的效果。同学们更能认识到设计时应保持认真谨慎的态度，细心多次的复核的重要性。

3.通过铸铁抗压性能启迪自信豁达的品格

《工程力学》课程中最重要的实验之一是以低碳钢和铸铁为代表的塑性材料和脆性材料的拉伸和压缩。塑性材料的特点是不易变形，低碳钢表现出色，轴向拉伸和轴向压缩时的许用应力均为170MPa，抗拉和抗压能力都很强。而脆性材料易变形，灰口铸铁在轴向拉伸时的许用应力仅为30-50MPa，还不到低碳钢的一半。看起来脆性材料应该被淘汰了，铸铁却在轴向压缩时表现出了良好的抗压性能，可以达到160－200MPa，并且铸铁的造价低于低碳钢。在需要抗拉的时候，使用脆性材料不能起到良好的作用，并且很有可能造成断裂的严重后果；在需要抗压的时候，脆性材料却能胜任并且在经济方面具有优势。这一现象给我们的启示是：看起来再弱小的人，在某些方面也可能很强大，只要对自己有正确的认知，不要狂妄自大更不要妄自菲薄，找准自己的位子，每一个人都可以在适合自己的岗位上发光发热。

4.借用冷作硬化现象启迪沉着冷静的心态

如图2所示，塑性材料在轴向拉伸时要经历四个阶段：弹性阶段（ob）、屈服阶段（bc）、强化阶段（ce）和缩颈断裂阶段（ef）。工程上有时候需要提高塑性材料的弹性性能，继续加载是不可能达到的。只有将材料拉伸至强化阶段，卸载以后再加载，材料的比例极限才能增大，由a点增高至d点，弹性性能也自然得到了提高。这个过程称之为冷作硬化或加工硬化。这一方法也能应用到生活和学习中，在遇到困难或者瓶颈的时候，不要一味钻牛角尖，冷静下来，重新从问题的最初出发，也许能找到更好的途径，能走得更高。另外冷作硬化虽然提高了比例极限，但也降低了延伸率，也即是在增大弹性性能的同时，降低了塑性性能。引导学生从中体会全局观的重要性，避免顾此失彼，在需要做出取舍的时候，也要根据实际情况，做出最合适的决定。

图2 塑性材料拉伸时的应力-应变图

二、依靠教师自身品格影响学生

大学阶段是大学生人格形成的重要时期。培养学生是教师和学生相互作用的结果。亲其师才能信其道、乐其道，教师自身的品格、智慧和奋斗精神是在潜移默化中熏陶和激励学生努力进取的最好方式。

1.爱岗敬业

笔者自2006年至今一直工作在工科本科教学第一线，为材料与建筑工程学院材料工程、冶金工程和土木工程三个不同专业的学生讲授力学必修课。在多年的教学工作中，深切体会到教书与育人之间不可分割的联系，始终把为学生思考、关切学生的需要放在第一位。绝不照本宣科，根据学生的反应不断调整教学设计和教学方法。针对学生学习程度差异大的特点，分别在学期开始前和学期中进行分组，与组员之间的成绩息息相关。前期分组让学生感受团队互相帮助的力量，并在此期间增强集体荣誉感；中期学生小组磨合熟悉开始懒散以后再次分组，调整组员，让学生离开安全区，重新分配在团队中的位置。学生在同学的压力和帮助下，激发出潜能，共同进步，越来越好。在对学生的分组提问中，精心设计有深度和广度的问题，学生需要寻找资料，认真思考，齐心合力才能摸索出答案。这些书本之外的付出，老师对教学的热爱，学生都能潜移默化的感受到，也能在这个过程中自发地形成在学习生活中对所做的事情、获取的任务认真敬业的习惯。

2.创新思维

现代大学生是构成未来20年中国教师和家长的教育主体，他们是成长在互联网的新一代，受教育过程中的成长环境、挫折和机遇、观念的冲击、全球视野的体验都与前人有着鲜明的差异，他们的认知、爱好、信念、沟通方式都有自己的特点。面对这种新特点，只有用创新的思维才能开拓教育的创新。

针对现代大学生对手机依赖过重的问题，将网络与课堂连接，在教学APP中时常提出与时事相关的问题让学生讨论，如2019年10月10日发生在江苏无锡的桥梁垮塌事故，最主要的原因应该是什么造成的？与生活息息相关的问题才能激发学生的兴趣与共鸣。讨论的过程也是课堂之外师生交流的另一种方式。还有知识点讲授过后的习题计算和讨论时间，原本是学生最容易开小差看手机的时候，让手机的作用发挥在抢答与测试中，学生没有时间再去打开游戏和淘宝，既促进了课堂的多样化，也提高了学习效率。还有微信手势签到、照相签到、随机抽答等方式，让学生感到有趣新奇的同时，也亲身对比发现创新在各行各业的重要性。

3.奋斗精神

笔者在不断提高自身的师德修养、专业水准和教学技能的同时，也参加了多项教学培训课程和教学比赛。于2016年获全国高校青年教师教学竞赛工科组三等奖和贵州省高校青年教师教学竞赛自然科学应用学科组一等奖。在准备比赛的过程中，学生亲眼目睹了老师不断修改教学设计、不厌其烦地反复丰富和深化知识点内容时所付出的艰辛和努力，参与了老师对教学方法的改革，见证了老师此间教学技能的提高。老师的奋斗精神和对事业的付出与追求是能够震撼和感染学生的，学生精神面貌和对学习专注度的提升都是向其师、践其道的最好反应。

三、借助实践工程项目激励学生

《工程力学》是工科学生的重要技术基础课，是解决工程技术问题的技术基础。既要培养学生的逻辑思维能力，又要培养学生解决实际工程问题的能力。在课程中大量引入实际工程案例，既引领学生开拓视野，将最新的成果变化切实展现在学生面前；又能探索工程背后设计计算和实际实施过程中遇到困难和面对困难、克服困难的过程，以此激励学生。

1.热爱祖国、为国争光

港珠澳大桥自2018年10月23日正式开通之后，受到了世界各方的关注，它集桥、岛、隧于一体，总体跨度最长，钢结构桥体最长，海底沉管隧道最长，是世界最长的跨海大桥。港珠澳大桥展现出的恢弘壮丽，震撼了学生，也让学生的民族自豪感油然而生。这座大桥闻名世界的不仅是它的超大建筑规模和顶尖建造技术，还有它空前的施工难度。我国第一次在外海环境下建沉管隧道，工程实际情况不同，世界上其他国家的沉管隧道技术无法照搬套用，国外的技术咨询漫天要价，建设团队不得不从零开始，自主攻关。最后我国工程师不仅完成了任务，还对生产和安装技术进行了创新，为世界海底隧道工程技术提供了独特的样本和宝贵的经验。中国工程师也用这份优秀的作品向世人证明，很多事情我们可以做到！[8]学生在被中国工程师热爱祖国、为国争光，克服困难的决心感动，激起更强烈的爱国之心的同时，也会自己思考，我能为祖国做什么，以及从微小的做作业时遇到的难题，到以后人生中遇到难题，该如何去面对和积极主动的解决。

2.追求真理、破除迷信

世界著名的华裔建筑大师贝聿铭的众多作品中，有一个是在香港建造的中国银行大厦，由四个不同高度的三角柱身组成，呈多面棱形，下粗上细，到一定高度变细一节，在阳光照射下呈现出不同色彩，璀璨生辉。这样优秀的设计在建造之初却备受挫折。迷信风水的香港人因为大厦尖削的外形像个三棱的刀，认为它是不吉之物，会切去阴阳之间的平衡，引起了许多反对之声，甚至游行抗议。贝聿铭顶住压力，花了很多时间与港英当局的有关部门交涉，终于使设计施工得以顺利进行[9]。最后以优美的建筑造型，高效的建材使用和比汇丰便宜几亿美元的低廉造价完美完成了任务。这种不畏封建迷信，坚持自我，追求真理，勇于开拓的精神，是学生学习计算和设计理念之外，培养道德品质的最好教材。

通过近几年的教学实践，在引导学生发现和解决问题、学习知识的教学过程中，学生们不仅能更深刻地理解专业理论知识，还能体会到知识当中隐含的道理，感受到科学知识的构建和生活息息相关。既营造了轻松愉悦的课堂教学氛围，激发了学生的学习兴趣，又提高了教学效果。

学生在实践体验中学到知识后，再引导学生不仅能运用这些知识去设计计算，还能了解社会和关注社会，并能运用工科理论知识来理解人文内容，实现自然到人文的过渡，进而培养学生在道德修养、人文情怀、理想信念、生态文明等方面的综合素养，将立德树人融入到工科课程教学中。