工程专业认证驱动下的思政元素挖掘与教学实践

［摘 要］ “工程有限元与数值计算”课程是支撑西安交通大学机械工程专业认证的重要核心必修课，课程所对应的毕业要求指向数学、力学及复杂工程问题，其中蕴含诸多思政元素。在工程教育理念驱动下开展课程思政教育，是专业类课程推进“三全育人”的重要着力点。首先，在分析课程目标和毕业要求指标点对应关系的基础上，细分课程各个目标下的教学环节与学习内容；其次，通过确立课程思政总体设计重点和方向，深入挖掘了课程目标关联的思政元素；最后，探索了课程思政建设的实施模式，为专业课程全面落实“三全育人”的课程思政改革提供参考。

［关键词］ 有限元；专业认证；课程思政；思政元素；教学改革

［基金项目］ 2024年度西安交通大学本科教学改革研究青年项目“AI赋能有限元课程翻转课堂设计”（2402Q-07）

［作者简介］ 孙 瑜（1985—），女，陕西西安人，工学博士，西安交通大学机械工程学院副教授（通信作者），主要从事多尺度力学、智能材料结构设计与创新应用研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）44-0019-04 ［收稿日期］ 2024-06-14

引言

2016年6月，中国获批成为国际本科工程学位互认协议（华盛顿协议）的第十八位正式成员，标志着中国高等工程教育向着与国际接轨迈出了重要一步。随后，在工程专业认证工作的全面开展下，各大高校工科类专业通过顶层修订人才培养目标和毕业要求、底层改革课程教学内容与评价体系，逐步逐层将产出导向（OBE）理念有机融入了高校工科教育中［1-3］。

西安交通大学机械学院作为全国机械类工程专业认证排头兵队伍中的一员，于2017年底全面通过专业认证评估，有效期自2012年1月算起［4］。“工程有限元与数值计算”课程是西安交通大学机械工程专业的专业核心课程之一。面向本专业培养“一等品行”，兼具全球视野、中国情怀和西部地区担当的机械工程“领军潜质”人才的总体目标，如何在工程专业认证的驱动下紧扣教学内容与课程目标，深入挖掘课程思政元素，是课程思政教育中始终需要思考的问题［5-8］。本文通过对“工程有限元与数值计算”课程内容与教学环节的分析，探讨了课程目标指引下的思政元素的提出和落实方案，以期为工程专业认证驱动下的力学类、数值类课程思政建设提供借鉴与参考。

一、课程基本情况

“工程有限元与数值计算”课程是西安交通大学机械工程专业核心必修课，开设在大三上学期，课内40学时/2学分（其中，授课24学时，课内实验4学时，课内上机12学时）。课程旨在培养学生数字化思维、数值计算及解决复杂机械工程问题的能力。课程的主要任务是通过课堂教学、上机练习、课外讨论、真实工程问题驱动的实验教学等环节，培养学生面向复杂工程问题的数字化思维和数值分析能力。通过授课、实验、上机多环节结合，达成以下三个课程目标：（1）要求学生基本掌握工程中基础的计算方法，即数值逼近、数值代数，重点掌握微分方程求解的方法。（2）要求学生熟练掌握有限元基本原理、形函数的构造、单元类型的选取及各种数值方法等基础内容；能够使用计算机程序化地实现大规模有限元计算。（3）通过本课程的学习与实践，应使学生掌握有限元软件的使用方法，开展有效的实验研究，使学生具备解决实际工程中复杂问题的能力。目标1支撑毕业要求：掌握数学知识并能将其用于解决机械工程问题。目标2支撑毕业要求：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理和方法，对机械设计、制造及其自动化领域（系统）的复杂工程问题进行识别和描述。目标3支撑两个毕业要求：能够针对复杂工程问题设计整体实验方案，搭建实验系统，开展有效的实验研究；能够在机械产品或系统的设计开发的过程中，利用现代信息技术及工具，获取或开发所需的资源，并能选用恰当的设计、分析方法及软件工具，建立产品对象的模拟及预测模型，进行设计方案的验证与评价。

二、课程思政总体设计

课程始终坚守“扎根西部，服务国家，世界一流”的思政建设基石，深化中国高等工程教育的新工科特色和领军工程人才培养要求，思政建设总体设计如下。

（一）追求高度——思政教育引领教学设计环节

确立课程思政建设“工科大局观”制高点，站在中华民族伟大复兴、国家重大需求和国民经济主战场的背景下，从宏观角度找准课程思政在整个专业建设和人才培养体系中的作用。在此基础上，从“工程有限元与数值计算”课程教学设计入手，梳理好课程内容主干，确定课程的思政主题，以此为主线，形成贯穿整个课程思政建设的脉络，再延伸到项目、任务、知识点和技能点。

（二）拓展宽度——思政教育融入内容重构环节

把握课程精益求精的科学精神、价值取向以及伦理规范的要求，深入挖掘思政元素，对课程内容进行重新认识和梳理，按照教学设计的主线，将思政元素有机融入教学环节之中，做到课程内容与思政教育同向同行，相得益彰。

（三）激发热度——思政教育升华教学实施环节

贴近时代、贴近实践、贴近学生，不断增强亲和力和针对性，优化教学手段，积极采用案例式、探究式、体验式、互动式等教学方式，促进师生之间和生生之间的交流互动、资源共享、知识生成和情感共鸣，将思政教育在教学设计和教学内容重构中切实落脚在课堂教学中。

三、课程思政元素挖掘

“工程有限元与数值计算”课程数学基础要求高、理论知识抽象、工程应用背景突出。课程毕业要求指标点对应的数学、力学、复杂工程问题中的学术大家辈出、工程案例丰富，尤其是与解决国家重大需求的“卡脖子”技术关联性强。对应工程认证毕业要求指标点，深入挖掘、分析与知识点密切关联的思政元素，将其融入课堂教学，成为激发学生科技报国使命担当的重要发力点。部分思政教育内容和教学设计案例见表1。

四、课程思政建设实施模式

（一）传统课堂与翻转课堂相结合的思政教育模式

抓好课堂教学“主渠道”，积极运用翻转课堂、OBE等教学方法，实现从传统课堂教学模式向“双向互动+主题研讨+实践体验”教学模式的转变。通过显性教育与隐性教育相统一、第一课堂与第二课堂相统一的课程思政载体，推动学生在知识传授和能力培养中实现价值引领和价值塑造。

（二）综合实验项目驱动的思政教育模式

课程先后投入大量资源购置ANSYS正版教学软件、搭建转辙机壳体/风机小叶片结构响应测试实验台。教学团队基于在机械系统与设备的动态分析及故障诊断方面深厚的研究基础，将工程中的典型问题引入课堂教学，以综合实验项目为驱动，培养学生的工匠精神、社会责任感、家国情怀。

（三）小班教学师生研讨的思政教育模式

思政教育并非只是思政课教师的职责，专业课教师应当树立“全员育人、全程育人、全方位育人”的思政教育理念。专业核心课程作为全课程育人模式中的“一翼”，应当充分将专业教育与德育融合统一。教师团队在定期开展思政学习的基础上，将小班探讨与师生研讨结合，把思政元素融入探讨与研讨中。

结语

“工程有限元与数值计算”课程作为机械工程专业培养的核心必修课，思政元素多、思政教育辐射面广。面向工程专业认证背景，深入挖掘课程思政元素，有机融入教学授课环节，是发挥课程立德树人、铸魂育人作用的关键之一。本文以工程专业认证的OBE为驱动，梳理了与课程知识点相关的思政元素，探索了课程思政建设的实施模式。最后，值得一提的是，专业认证的核心之一在于持续改进，如何建立思政教育的评价标准，仍是后续需要思考与探索的问题。

参考文献

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Mining of Ideological and Political Elements and Teaching Practice of “Finite Element Method and Numerical Analysis in Engineering” Driven by Engineering Specialty Certification

SUN Yu， YANG Lai-hao， CHEN Xue-feng， LI Bing

（School of Mechanical Engineering， Xi’an Jiaotong University， Xi’an， Shaanxi 710049， China）

Abstract： The course “Finite Element Method and Numerical Analysis in Engineering” is an important core compulsory course to support the certification of Mechanical Engineering program at Xi’an Jiaotong University. The mathematics， mechanics and complex engineering problems in the corresponding graduation requirements of the course contain a lot of ideological and political elements. To carry out the ideological and political education of the course under the concept of engineering education is an important point for the promotion of three-wide education during the professional courses. Firstly， on the basis of analyzing the correspondence between the course objectives and graduation requirement index points， the teaching links and learning contents under each objective of the course are subdivided; secondly， the overall design focus and direction of curriculum ideology and politics are established， and the ideological and political elements associated with the course objectives are deeply explored; finally， the implementation mode of the curriculum ideology and politics is explored， so as to provide references for the reform of the ideological and political teaching of the professional course.

Key words： finite element; engineering specialty certification; curriculum ideology and politics; ideological and political elements; teaching reform