材料力学课程思政元素的挖掘与教学设计

朱晓伟，李美云，陈俊旗，曹世豪，张 朋

（河南工业大学土木工程学院 河南 郑州 450001）

2016 年12 月7 日习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上就高校思想政治工作中一系列方向性、根本性问题做出了科学回答，是指导做好新时代高校思想政治工作的纲领性文献。2020 年教育部印发了《高等学校课程思政建设指导纲要》，建议课程思政要结合专业特点进行分类建设，其中理工科专业在课堂教学时要着重将马克思主义立场观点与科学精神的培养相结合，提高学生认识问题、分析问题和解决问题的能力。

材料力学是土木类、机械类等专业的学科基础课，是研究物体力与变形的一门学科。通过课程学习，培养学生逻辑思维、力学问题建模、力学计算与实验操作及其工程应用方面的能力。传统的材料力学课程概念抽象、理论性强，学生普遍反映材料力学课程难学，概念公式多，理解难，不会用。与此同时，近几年，材料力学课堂存在学时普遍精简趋势，加重了填鸭式、满堂灌等现象，使得师生课堂角色混乱，忽视学生主体地位，学生只负责听，不需要回答与思考。而现在的“00 后”大学生个性鲜明、思想独立，不喜欢生硬的说教，因此如何引导他们独立进行深层次思考，如何激发他们的学习兴趣和创新思维，以润物无声的方式将教书与育人结合起来，就成为摆在老师面前的一个难题。

河南工业大学工程力学教学团队曾获评国家级教学团队，材料力学课程为国家级精品课程，近几年利用材料力学课程思政改革契机，教学团队希望将课程思政元素与教学内容相融合，通过增强课程的人文性、知识性，活跃课堂氛围，激发学生学习的主动性。但在实际教学过程中发现了相关思政元素素材过少，且陈旧；思政元素在课程设计中如何无缝嵌入等教学问题。教学团队对此现状，结合教学实践经验，总结出了一套材料力学思政元素挖掘方法和教学设计流程。

1 材料力学课程思政元素挖掘

依据《高等学校课程思政建设指导纲要》要求，教学团队着重在深度、温度和广度层面，从课程所涉专业、行业、国家、国际、文化、人物、历史等角度，增加课程的知识性、人文性，提升引领性、时代性和开放性。

1.1 深度层面

力学起源于哲学，材料力学课程中深度层面的思政元素可以着重从方法论的角度去挖掘。如基于简化力学模型的主次要矛盾论、基于截面法的整体与局部的思想、基于应力应变理论的宏观微观结合方法、在扭转切应力和弯曲正应力推导中体现的实践—理论—实践的认知规律、在压杆稳定公式（欧拉公式）推导中体现的批判性思维等等。

此外，马克思曾指出，科学仅当它成功地利用数学时才达到完善的程度。而力学与数学的发展紧密不可分割。因此，材料力学课程中深度层面的思政元素也可以从力学与数学的联系方面进行挖掘。如材料力学中四个基本假设的根本目的是为了建立一个理想化的数学模型；平面图形几何性质部分可以指出静矩本质是一阶矩，其跟数学上的期望概念类似，而惯性矩本质是二阶矩，跟数学层面上的方差概念相似。再如复杂应力状态的三个主应力在数学层面上本质是这个应力矩阵的特征值，等等。

1.2 温度层面

材料力学温度层面的思政元素可以从历史、文化、人物、自然等角度挖掘。如在讲解材料与中国古代建筑结构时可以结合故宫、应县木塔、佛光寺、河北赵州桥等现存历史建筑，充分说明我国古代工匠的建筑智慧与高超技艺。在胡克定律概念讲解时可以穿插介绍东汉时期郑玄在《考工记 弓人》中表达了力与变形之间的关系，这比胡克定律早了近1500 年。强度理论章节中可以讲述俞茂宏教授提出的统一强度理论，破解了强度理论的世界性难题。通过这些中国历史文化、中国人物故事可以增强学生的民族文化自信心。扭转和弯曲章节都有涉及空心截面与实心截面的对比例题，在讲解完相应习题后，可以引导学生认识到自然界中竹子、芦苇、小麦均是空心杆的合理性，以及思考植物表皮韧性为什么比内部要强，百米高的空心红杉木为什么不会倒。使学生在感慨大自然神奇进化的同时，也意识到要保护自然生态环境。

1.3 广度层面

材料力学广度层面的思政元素可以从工程案例、前沿科技等角度挖掘。讲解扭转时可以指出风力发电机的传动轴属于扭转构件，从而引出我国已经是世界最大的风力发电国，为实现碳中和坚定履行着大国责任。在弯曲变形部分介绍港珠澳大桥、江阴大桥等例子，指出中国在基础设施建设领域处于世界领先地位。而变截面梁概念中可以举出飞机机翼的例子，从而引出我国的C919 型国产大飞机，这些都可以潜移默化地增强学生的民族自豪感。同时可以介绍一些工程事故，如魁北克大桥倒塌和工程师之戒的故事，在变形问题的讲解中融入塔科马海峡大桥的坍塌事故等等。以此来警醒学生作为未来工程师应该具有的工程责任意识和职业精神，树立正确的人生观和价值观。

此外，材料力学是一门既古老又年轻的科学，古老指的是理论体系基本完整，而年轻则指随着新工艺、新材料的发展，材料力学也在不断发展。如在轴向拉杆部分讲解3D 打印微桁架结构形成的超轻超硬材料，讲解泊松比时介绍负泊松比的概念和案例，讲解压杆稳定时介绍多孔材料在细观尺度的支杆屈曲。大量类似的前沿科技实例，可以极大地引发学生对科研的兴趣，培养他们的科学素养。

2 考虑课程思政的材料力学教学设计研究

在传统的材料力学课程中，教师在设计教学时，往往依据教学目标，将各类知识点划分为重点、难点、易点等。通过合理的课堂讲授、课堂互动、课下作业等形式，使得学生掌握重点、难点，了解易点。而教学任务完成质量的高低则以学生对知识点的掌握程度进行评判，其本质是显性教育。而从深度、广度、温度层面上挖掘出的材料力学课程思政元素则更多体现出了我国社会主义核心价值观，更多强调的是育人，属于隐性教育。

如何将材料力学课程思政元素无缝嵌入课堂教学之中，是课程思政改革的关键所在。一个好的教学设计必须将教学目标与课程思政目标有机结合起来，在实现教学目标的同时，达到课程思政目标，这就要求任课教师精心设计每一个课堂环节。经过近几年的课程思政改革实践和经验总结，教学团队形成了一整套课程教学设计方案，具体如图1（p121）所示。其在不增加教学时长的前提下，课堂氛围更加宽松活泼，教学效果得到了学生认可，学生平均成绩和及格率有进一步提升，主要体现在以下几点：

图1 材料力学课程思政建设流程

在教授重点、难点环节时，教学设计可着重穿插深度层面的思政元素。如在一些经典理论公式的推导过程中，穿插分析其中涉及的方法论和背后的数学原理。此外，材料力学课程涉及的例题研究对象基本上都是已经建好的力学模型，因此在例题解答之前，要让学生明白其解题所用的力学模型在实际工程中代表什么，如何简化得来的。让学生认识到处理问题时，应该抓住主要矛盾。这样的教学设计使学生在掌握重点、难点的同时，达到了培养学生方法论和逻辑思维的课程思政目标。

在讲述课程易点环节时，教学设计中可着重穿插温度和广度层面的思政元素。材料力学课程涉及的力学概念和工程应用部分相对较为简单，可以分别穿插介绍一些对应的温度和广度层面的思政元素，在了解易点的同时潜移默化地培养学生的爱国主义、文化自信、科学素养和职业精神等课程思政目标。

在教学设计过程中，教师应该通盘考虑整个材料力学课程的授课进度，以常规45 分钟课程为例，可以设计穿插3―5 个思政元素点。思政元素点过多，容易影响教学进度，过少则达不到课程思政育人的目的。同时适度的思政元素穿插可以调节课堂氛围，调控授课节奏，从而调动学生学习的积极性。

考虑思政元素的教学设计不是一蹴而就的，需要在不断实践—总结—再实践的过程中完善。教学设计好不好，还是要基于学生实际的课堂反应和课堂感受进行反复评估与改进。

3 总结

综上所述，教学团队从深度、温度、广度层面上挖掘材料力学课程涉及的思政元素。增加了课程的知识性、人文性，激发了学生的学习兴趣。而在课程教学设计时着重在重、难点环节融入深度层面的思政元素，在易点环节融入温度、广度层面的思政元素。实现了在潜移默化中将“教书”与“育人”统一结合，形成了协同效应，并取得了较好的教学效果，受到了学生的一致好评。