基于课程思政的材料力学教学设计方法

刘 锋 吴伟辉 胡松喜

（韶关学院智能工程学院，广东 韶关 512005）

0 引言

为全面推进高校课程思政建设，发挥好每门课程的育人作用，提高高校人才培养质量，2020 年5 月，教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》。 纲要指出，专业课程是课程思政建设的基本载体，应结合专业特点分类推进课程思政建设，解决好专业教育和思政教育“两张皮”问题，将课程思政融入课堂教学建设全过程。

材料力学是机械工程、 土木建筑等相关工科专业的一门重要专业基础课， 广泛应用于各种工程领域的设计过程中， 直接影响着学生就业后解决工程问题的能力，也是很多后续专业课的知识基础，其在人才培养方案中起着承上启下的作用。 如何充分发挥材料力学课程育人功能，将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体，帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观，落实立德树人的根本任务显得尤为重要。 本文以机械类专业为例， 在对材料力学教学现存问题分析的基础上，探讨如何立足课程内容，将课程思政元素与课程教学有机融合，在培养学生的分析能力、计算能力、发现问题能力、解决复杂工程问题能力的同时，弘扬民族自信， 启示学生在设计过程中要具有严谨的科学态度、踏实的工匠精神，树立诚实守信的社会主义核心价值观，实现知识传授和价值引领的有机融合。

1 现存问题分析

根据多年的教学实践及调研发现，目前材料力学课程思政的主要困难和问题表现在以下几个方面：

（1）课时少而教学内容多。 近几年大部分高校的材料力学课时都有所减少， 而教学内容基本没有减少。 如有的高校从原有的78 学时缩减至现今的56 学时， 这就提高了课程思政在材料力学中融入的难度。紧张的教学节奏导致部分任课教师只注重专业知识、技能的教学，缺乏课程思政教学主动性，忽视育才与育人的统一。

（2）材料力学与思政教育相配合的教材及教学资源贫乏。 部分教师只关注知识内容，而缺乏对学生进行思想道德培养和价值观引领的意识， 脱离形势政策，不能充分挖掘和利用课程思政资源，制约了课程思政功能的发挥和教学效果的提升。

（3）学生学习主动性与积极性有待提高。 以机械类专业的学生为例，一般在大二才开始学习专业基础课及专业课，材料力学课程一般开设在大二第二个学期。 学生在此前已学过高等数学、理论力学等课程，根据随堂调查发现， 约60%同学具有较扎实的基础知识，约30%同学基础知识较薄弱，约10%同学相关知识较贫乏。 但在分析构件外力作用下的内力和变形前，需利用理论力学的知识将构件刚化求外力；在推导扭转、弯曲应力等相关公式时，需要用到高等数学的微积分知识，对于基础较薄弱的同学，容易造成学习主动性不高、学习的恐惧感和抵触情绪。

（4）材料力学的知识具有科学性和普遍性，不具备道德立场和价值判断。 材料力学的知识体系以连续性假设、均匀性假设、各向同性假设及小变形问题为基础，以应力和应变为基本研究变量，其主要研究内容为杆件在外力的作用下发生拉压、扭转、弯曲等基本变形以及组合变形情况下的应力、变形理论和计算方法，其内容较为抽象，逻辑性较强，对学生来说，学习难度较高。

2 基于课程思政的教学设计方法

根据现存问题及原因分析，结合材料力学课程特色，提出“一个中心，三线结合”的教学设计方法，其流程图如图1 所示。 以课程内容、学生学情、教师能力素养为出发点，构建三条主线，三线互进互助；以学生为中心，教师结合课程特色与知识点，有效挖掘育人素材，寓价值观引导于知识传授和能力培养之中，将育人素材与专业知识有机融合。

图1 基于课程思政的教学设计方法流程图

课程内容是课程教学的基础，以课程内容为出发点，根据社会需求、学校定位、专业目标、课程特色明确课程的知识能力教学目标及课程思政目标，在此基础上，构建知识结构简图，理清知识点间的逻辑关系、教学重点及教学难点。 虽然材料力学的知识具有科学性和普遍性，不具备道德立场和价值判断，但材料力学思维方法的学习、训练、掌握和运用，可以有效帮助学生解决学习、生活、工作等方方面面。

教师是教学过程的主体，以教师为出发点，通过专业培训树立教师课程育才与育人相统一的教学理念、提高教学育人主动性； 建立教学评价机制促进教师提高自身综合素质，改善教学手段，增强教学亲和力和感染力； 开展教师交流活动提高教师课程思政的挖掘能力和融入能力，提高教师课程思政育人的能力。

以学生为出发点，关注学生，在对学生学情分析的基础上，了解学生的知识基础、学习习惯、学习态度等，把握学生的兴趣点和关注点。 该课程科学性和逻辑性较强，广泛应用于工程机械、港口机械、车辆船舶、航空航天等工程领域的设计中，以学生兴趣点和关注点为中心，挖掘以培养爱国情怀、职业素养、科学研究方法、辩证唯物主义等为目的的工程案例或时事热点案例，在每章知识结构简图中选取课程思政的切入点，确保专业内容知识与育人素材相辅相成，在培养专业知识与能力的同时，激发学生学习兴趣，潜移默化影响学生。 在此基础上合理安排授课进度，制订详细的教学实践方案。

3 教学设计案例

3.1 教学内容设计

以第11 章压杆的稳定性中第11-1 节及11-2 节内容为例， 本部分内容的教学重点为压杆的稳定性的相关概念、临界载荷的定义及其分析方法、两端铰支细长压杆的临界载荷的欧拉公式。 由于欧拉公式的推导过程较抽象，为教学难点。 对此部分内容相关知识点、逻辑关系及其在材料力学知识体系中的作用进行分析，绘制知识结构简图如图2 所示。

图2 知识结构简图

将其内容设计成6 个教学环节，具体如下：

（1）课程导入环节：向学生展示赵州桥、Quebec 大桥工程案例，引导学生分析问题，导入细长压杆稳定性的问题，引出本章学习内容。

（2）知识点发散环节：介绍拉压杆的强度工程实例，引导学生复习拉压杆的强度问题，分析细长压杆的失效形式。 利用工程实例吸引学生注意力，让学生结合生活经验和已学知识分析问题， 培养学生工程意识。

（3）重点突破环节：利用钢杆—弹簧系统的实验现象，引导学生分析问题，引出临界平衡定义和临界载荷概念。 培养学生运用知识解决问题的思维方法。

（4）难点突破环节：引导分析临界载荷的方法，此部分较难较抽象，以体育赛事直观引入，激发学生兴趣，引导学生得出分析方法。

（5）重难点突破环节：基于环节4，提出两端铰支细长压杆的临界载荷怎么求？ 以此推导出欧拉公式，分析欧拉公式成立条件，培养学生解决问题的能力。

（6）总结提升环节：以工程建筑脚手架案例引出欧拉公式的应用， 如何应用欧拉公式提高其稳定性。让学生掌握欧拉公式，应用其解决工程问题的同时为下一环节的教学内容作铺垫。

3.2 课程思政元素的融入

课程思政的融入主要体现在课程导入环节、难点突破环节及总结提升环节。

在课程导入环节，采用“案例式教学法+问题式教学法”，融入中华传统文化和工程案例。 赵州桥建于隋朝年间，距今已有1400 多年，巍然挺立在洨河之上，体现了我国古代劳动人民智慧的结晶。 加拿大著名的Quebec 大桥于1900 年开始修建，1907 年当桥梁即将竣工之际发生了垮塌，事故调查表明，技术决策者库珀忽略了对桥梁重量的精确计算， 压杆发生失稳是桥梁整体垮塌的主要原因。为了牢记这个惨痛教训，库珀毕业的学校加拿大工学院不惜巨资买下建造这座桥梁的所有钢材，加工成戒指，号称“耻辱戒指”。 通过中国传统建筑案例，树立学生民族自豪感，增强爱国情怀，弘扬民族自信心；通过Quebec 大桥的惨痛教训，启发学生设计过程中要具有严谨的科学态度、 踏实的工匠精神，树立诚实守信的社会主义核心价值观。并在此基础上导入压杆稳定的基本概念及工程意义。

在重点突破环节采用 “案例式教学法+探讨式教学法”以时事热点案例融入。2012 年伦敦奥运会，中国的名将林清峰夺得金牌， 捍卫了中国男举在69 公斤级上的荣耀。 以运动员举重问题为例，引起学生的学习兴趣，共同探讨临界载荷的分析方法，引导学生探讨分析举重最难的临界状态，与压杆稳定性的临界状态类比，建立数学模型，求出临界载荷。 由于工程问题复杂，在建立数学模型的过程中，融入“要善于抓主要矛盾，正是由于抓住了主要矛盾，抓住了事物发展的本质和主流,带动了全局，解决了工程问题”。通过运动员的艰苦训练经历， 启示学生树立正确的人生观，勇于面对困难，迎难而上。

在总结提升环节采用 “启发式教学法+探究式教学法”以工程案例融入。 建筑业各类别较大事故中，脚手架倒塌事故较为常见。 请分析脚手架的受力与约束方式？ 工程中常用的增加脚手架与墙壁间的约束有何作用？ 引导学生运用欧拉公式分析如何提高细长压杆的稳定性，解决实际工程问题。 培养学生良好的职业素养，设计无小事，理论联系实际，会运用理论知识解决复杂的工程问题，优化设计。

4 结语

基于课程思政的材料力学课程育人，要在尊重专业教学体系、保障材料力学课程知识体系完整的基础上，利用材料力学课程特点，采用启发式、探讨式等教学方法，结合学生的兴趣点、关注点，以国家需求、新时代智能制造需要为中心挖掘思政要素，激发学生学习兴趣和内需，培养学生自主学习能力、分析复杂工程问题的能力的同时，实现能力培养、知识传授与价值塑造三位一体。