课程思政元素在工程力学教学中的融合研究*

刘洋 李哲 夏成宇 侯作富 缪鹏程

1 长江大学机械工程学院 湖北荆州 434023 2 广州铁路职业技术学院 广州 510430

0 引言

当今世界科技创新方兴未艾，而科技创新需要一批批大学生的积极参与和奉献，因此，高校不仅要向大学生传授知识和技能，更肩负着培养大学生世界观、人生观和价值观的重担，以便在未来工作中更好服务科技创新。思政元素是各类学科教育的关键元素，尤其是工科基础课程，例如，工程力学更需要在课程教学中融入思政元素。随着时代的进步和教学改革的推进，由于常规教学模式自身特点的限制，常规教学模式难以激发学生学习兴趣，抑制了学生的创造力，不利于开展启发式和探究式教学，这些缺点严重影响了教学效率。在教学过程引入思政元素，采用以课程思政案例为切入点的教学模式，培养学生扎实的理论基础的同时，引入老一辈科技工作者的奉献精神案例，培养学生对工匠精神的深刻认知，激发学生对未来学习和科研工作的热情和兴趣，培养学生的自信心和成就感，进而升华对社会的奉献和对国家的热爱。在常规理论课程教学过程中引入思政元素，有利于提高课堂教学的生动性，克服常规教学枯燥无味、生硬难懂的缺点，是一种改善课堂教学的有效方法。

1 现阶段工程力学课程教学存在的不足

工程力学为专业基础课程，主要采用理论教学、课堂练习、课后练习等相结合的教学方式，使学生掌握工程力学基本理论和计算方法。这些传统的教学方式不能引起学生的兴趣和好奇心，导致学生的学习积极性降低。

以长江大学机械学院工程力学为例，该课程主要针对工业设计和环境工程专业的学生，工业设计专业偏向美术或艺术类专业，而环境工程主要偏向化学专业，这两个专业课程大纲中高等数学、画法几何以及理论力学课程学时较短，造成学生对工程力学学习不够深入，学生认为该课程难度较大。课程内容涉及力学建模和公式推导，对这些内容的学习让学生感到枯燥乏味，而且部分内容难以理解，导致学生逐渐失去对该课程的兴趣，从教学过程来看，工程力学教学过程主要存在以下几点不足。

1.1 不利于启发式和讨论式教学模式的实施

在高等教育改革过程中，许多传统学科不可避免地要减少学时，工程力学也不例外。课时量急剧减少，导致单位时间内所需的教学内容大大增加。在教学中，如果启发学生思考、讨论问题的时间较长，就不能保证教学任务的完成。

1.2 不利于培养学生独立学习和创新的能力

在传统教学中，教师以教材为中心，知识单向传递给学生，学生只能被动地接受内容，不利于自主学习能力的培养，抑制学生创新能力的发展。

1.3 不利于培养学生解决实际工程问题的能力

按照常规教学模式，虽然教师在课堂上引入工程实例会引起学生的好奇心，但难以进一步分析这些工程案例。因此，不利于培养学生解决实际工程问题的能力[1-2]。

1.4 不利于培养学生理论与实践结合的能力

将工程力学知识应用于实践，需要组织学生参与实践活动，传统填鸭式教学方式不利于培养学生实践应用的能力。

2 思政实例融入工程力学教学的优势

2.1 使学生成为课堂的主人

利用思政元素与实际案例结合的方式可以克服现阶段学时减少、学生缺乏工程背景等诸多负面因素的影响，帮助教师运用启发式教学方式讨论探究，调动学生的积极性，培养学生用科学的思维和方法解决实际工程问题的能力，使学生真正成为课堂的主人。以工程实践案例为核心，提前对工程力学课程的教学案例进行分析研究。学生完成案例分析会对相关问题有一定了解。因此，教师不像以前那样忙于教学任务，有足够的时间让学生探究教学的重难点内容。

例如，讲授静力学的5个公理，在其中一个加减平衡力系的公理中，如果只按照课本内容讲解，学生无法有效理解公理概念和知识点，不利于对公理的掌握和记忆，有经验的教师会列举实际案例，包括该知识点的诞生由来，公理的应用等，可以用拔河比赛的例子讲解加减平衡公理，如此讲解让学生更加清晰理解知识点，而且便于对公理的记忆。

2.2 提高和调动学生学习的积极性

思政案例作为工程力学教学过程的核心元素，引导学生设计解决方案，使学生有“沉浸式”的感觉，能够理解“学习”，激发学生强烈的兴趣和求知欲。

2.3 有利于提高学生分析和解决实际问题的能力

思政案例是真实发生的事件，思政案例作为工程力学的核心内容，通过学生对思政案例的合理分析，运用科学思维方式才能有效解决问题[3]，将有利于提高学生分析和解决实际问题的能力。

2.4 有效减少教学时间，以克服不利影响

思政元素融入工程力学教学过程，需要学生在课前对案例做充分的理解和准备，教师在课堂上只需关注学生掌握不好的地方，这样可以减少教师在课堂的讲述时间，学生有更多时间延伸到课外活动中，提高课堂效率的同时，有利于促进教学任务的顺利完成。除了引入课程实践教学环节，在今后的课程教学中还需进一步加强对学生抽象能力和计算能力的培养，为后续相关机械专业课学习打下良好基础。

2.5 利于学生对科技创新和工匠精神的认知

将杰出科学家攻坚克难、执着追求的事迹以适当的方式引入课堂教学，利用榜样的力量激发学生勇于探究、刻苦钻研的内在动力，利于学生对科技创新和工匠精神的认知。

3 以思政实例为核心的工程力学教学实施

3.1 教师的准备

1）首先，为了保障思政元素有效融入工程力学课堂教学，教师必须在课前对思政案例进行精心准备，选择思政案例让学生感觉真实，不再是一个“模糊”事件，这样才能激发学生的好奇心和探索欲望。其次，设置学生需要完成的课程目标。例如，对强度、刚度及稳定性理论知识的掌握，能较熟练运用材料力学方法完成杆件结构安全性校核、截面设计及安全许可载荷确定等任务，解决各类工程结构的安全问题。教师需要通过揭示杆件强度、刚度、稳定性等知识发生过程，培养学生分析问题与解决问题的能力，并以理论分析为基础，培养学生的逻辑思维能力。同时，进一步培养学生在科研工作方面的能力，包括力学问题建模、力学计算及其工程应用方面的能力。拓展学生专业知识和工作学习能力，强化学生自主学习和终身学习的意识，训练学生掌握自主学习的方法和技能，增强学生适应科学技术发展的能力，培养学生根据实验方案，构建实验系统。

2）教师需要引出与力学相关的工程案例，而且工程案例中应融入思政元素，引导学生以积极的心态学习力学课程。关于列举工程力学课程中的思政案例，包括一些与力学课程相关的科学现象，如塔克拉玛大桥为什么会抖动，钻井工程为什么会发生重大井喷事故，这些事故与工程力学的研究有较大的关联性，而这些难题为什么一直没有完全攻克，需要青年学生发挥自身优势，燃烧自我、奉献社会，实现自身价值的提升。除了这些国家工程实例外，教师还需要引入和力学课程相关的先驱人物事例，例如，一代力学宗师徐芝纶教授90岁高龄依然坚守课堂教学，徐芝纶教授在固体力学研究上做了大量的前期工作，取得了国家一流课程教学成果，却一直坚守在工程力学的教学第一线为国家培养力学专业人才。他曾先后教授过应用力学、材料力学、结构力学、弹性力学、水力发电工程等十多门课程。还有航天英雄杨利伟神五飞天对国防科技的影响，钱学森等老一辈科学家的执着与爱国精神，这些思政案例在课堂中对学生产生“润物细无声”的影响，体现了思政元素在课堂教学中的重要性。

3）教师在讲解工程力学材料力学部分内容时，需要分清楚内力和外力的关系，因为物质在受力过程中既有内因还有外因的综合影响，便于学生对材料力学和理论力学的区分和掌握，这对理解后续课程内容奠定基础，这两种力学课程既有联系又有区别，例如，讲到拉压杆件需要向学生说明外力、拉力（压力）、轴力、内力、应力之间的区别，以及彼此之间的单位形式，往往这些细节问题讲授不够深入，会对学生形成很大的困扰[4-5]。同样的情况，稳定性安全系数要比强度安全系数大得多，要加强未来工程师的责任意识教育。因此，在工程力学课程教学中，既要考虑知识点的准确性，也要研究讲授方法。

3.2 学生的准备和需要完成的目标

准备好案例，提前1～2周向学生布置预习任务。案例的叙述需要突出实际工程背景，课后学生可以使用参考书、互联网、聊天软件讨论并解决问题，真正练就学以致用的能力。

教师在讲授的过程中，将课程目标融入学习内容，可以结合相关工程案例引起学生的重视。例如，对于材料拉伸（压缩）实验章节，为什么要做材料试验，需要联系材料力学的几个目标，对于任何结构件需要满足强度、刚度、稳定性这三个基本的目标，并设定相应的安全因素，工程力学是将力学原理应用到实际工程系统的科学，要求学生具备严谨的科学态度与精益求精的工匠精神[6-8]。

再比如，学习零件安全系数部分的内容时，用思政案例来说明安全系数的重要性，列举美国挑战者号航天飞机升空十秒发生爆炸事故。讲到应力概念，和压强联系起来，压强和应力计算公式比较类似，而两者又存在区别，应力由内力引起，可列举气球爆炸事例。讲到强度问题还可以列举双壳潜艇艇体，内壳是钢制的耐压艇体，保证潜艇在水下活动时，能承受与深度相对应的静水压力，外壳是钢制的非耐压艇体，不承受海水压力。

学生需要达到的课程目标要求：解决各类工程结构与设备中材料、构件、结构设计中的安全问题，能够应用工程力学、自然科学和工程原理识别和判断机械产品设计、制造、控制和使用过程的关键环节和参数，并应用于工程实践。

4 结束语

在工程力学课程中引入思政元素是培育人才的重要手段，人才培养需要注重人文情怀、职业技能的培养，教师还需要掌握正确方法。例如，讲解胡克定律时要和高中阶段的学习内容加以区分，在工程力学中所学习的胡克定律有不同的公式类型，需要进行分类分解，整个课程贯穿胡克定律的范围，不论是拉（压）杆、扭转变形还是弯曲变形都离不开胡克定律，因此，胡克定理推广应用非常广泛，材料力学课程安排从简单到复杂，将这些力学定理串联起来，并和实际案例相结合，其中穿插一些思政元素，可以有效提高学生的独立思考的能力，使学生对价值观、人文情怀、职业素养有更深刻的体会和认识。在工程力学课程中引入思政元素是提升学生技能的重要途径：工程力学中弯曲内力和弯曲切应力是教学中比较困难的内容之一，具有一定的挑战性，需要探索如何将现行的教学方法与思政元素结合起来，结合实际案例，增强学生对知识点的掌握。