張新春 王金祝 李娜 王璋奇

［摘 要］文章針對(duì)高等院校材料力學(xué)傳統(tǒng)授課相對(duì)枯燥、學(xué)生聽(tīng)課效率和學(xué)習(xí)效率低的教學(xué)現(xiàn)狀，以“學(xué)生學(xué)”為中心，以課程思政為主線，以工程案例為驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行材料力學(xué)課程教學(xué)改革。在材料力學(xué)教學(xué)過(guò)程中，尊重學(xué)生主體地位，給予學(xué)生自由發(fā)揮與創(chuàng)造的空間，實(shí)現(xiàn)師生雙向互動(dòng)。搜集材料力學(xué)中的相關(guān)素材，結(jié)合材料力學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生反饋的情況，將思政元素與工程案例巧妙結(jié)合，可以激發(fā)新工科背景下學(xué)生學(xué)習(xí)材料力學(xué)的興趣，達(dá)到學(xué)生主動(dòng)學(xué)的教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)工科學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義情懷。

［關(guān)鍵詞］課程思政；材料力學(xué)；教學(xué)改革；工程案例

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 2095-3437（2022）11-0055-03

一、引言

材料力學(xué)課程是高等工科院校機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)課程，是一門(mén)理論與實(shí)踐并重的課程。它的任務(wù)是：在保證構(gòu)件既安全適用又經(jīng)濟(jì)的前提下，為構(gòu)件選擇合適的材料，確定合理的截面形狀和尺寸，提供必要的計(jì)算方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)[1]。本課程的目的和任務(wù)是要求學(xué)生掌握材料力學(xué)的基本概念、基本理論與基本方法，具備一定的分析計(jì)算能力，培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)秀的科學(xué)素養(yǎng)與解決工程實(shí)際問(wèn)題的綜合能力，并為后續(xù)專業(yè)課程（例如結(jié)構(gòu)力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等）的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

高等學(xué)校人才培養(yǎng)是育人和育才相統(tǒng)一的過(guò)程，推進(jìn)課程思政建設(shè)是高等學(xué)校落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)的戰(zhàn)略舉措[2]。課程思政作為高等學(xué)校立德樹(shù)人的重要渠道，是實(shí)現(xiàn)全員全程全方位育人的關(guān)鍵。習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上指出，“使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)”[3]。課程思政作為新時(shí)代高等教育的理念創(chuàng)新、制度創(chuàng)新和實(shí)踐創(chuàng)新，著力構(gòu)建價(jià)值引領(lǐng)、知識(shí)教育、能力培養(yǎng)“三位一體”的人才培養(yǎng)模式，是對(duì)學(xué)生成長(zhǎng)規(guī)律的深刻把握和運(yùn)用，有利于高校更加自覺(jué)地堅(jiān)持立德樹(shù)人，堅(jiān)持以學(xué)生為中心，真正做到圍繞學(xué)生、關(guān)照學(xué)生、服務(wù)學(xué)生，幫助學(xué)生健康成長(zhǎng)[4]。學(xué)高為師，身正為范。人民教師不僅是理論知識(shí)的傳授者，而且應(yīng)成為先進(jìn)思想文化的傳播者和黨的教育方針的貫徹者。三尺講臺(tái)不僅是教師傳授學(xué)術(shù)知識(shí)的地方，而且應(yīng)該是進(jìn)行思政教育與弘揚(yáng)愛(ài)國(guó)主義等寶貴中華民族精神的前沿陣地。

目前，部分高等院校在材料力學(xué)課程的教學(xué)方面仍存在一些問(wèn)題。一是大多數(shù)院校的教學(xué)計(jì)劃修訂減少了材料力學(xué)課程的學(xué)時(shí)，導(dǎo)致部分學(xué)生對(duì)材料力學(xué)的知識(shí)體系了解不夠深入，產(chǎn)生畏難心理而放棄本課程的學(xué)習(xí)。二是材料力學(xué)課程枯燥、難學(xué)難懂，現(xiàn)在的學(xué)生大多是“00后”，其對(duì)傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)模式和教學(xué)方法不感興趣，教師的教學(xué)吸引力不足，導(dǎo)致學(xué)生的聽(tīng)課效率低下。三是部分教師并未使用前沿教學(xué)技術(shù)，仍然采用缺乏師生互動(dòng)的傳統(tǒng)教學(xué)方法，學(xué)生在上課過(guò)程中參與度不高。

盡管部分院校進(jìn)行了一系列與課程思政相關(guān)的力學(xué)課程的改革探索，但并沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)、未能有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。因此，教師在授課過(guò)程中要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)理念，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式。教師要特別關(guān)注線下教學(xué)過(guò)程中的趣味性，真正做到材料力學(xué)課程理論與工程實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，力學(xué)課程與思政元素相互融合。在材料力學(xué)課程教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)與時(shí)俱進(jìn)，融入思政教育，使學(xué)生樹(shù)立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀[5]，培養(yǎng)學(xué)生不畏困難，自強(qiáng)不息的奮斗精神；在材料力學(xué)中提煉哲學(xué)精神，提升工科學(xué)生的綜合素養(yǎng)；厚植愛(ài)國(guó)主義情懷，增強(qiáng)學(xué)生的文化自信；加強(qiáng)責(zé)任感教育，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)家庭、社會(huì)和國(guó)家的責(zé)任感。此外，還應(yīng)建立以“學(xué)生學(xué)”為中心的課程教學(xué)改革，這樣才能提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，真正體現(xiàn)大學(xué)作為學(xué)術(shù)殿堂和教育最本真的內(nèi)涵[6]。

二、材料力學(xué)課程改革思路及內(nèi)容

依托河北省教改項(xiàng)目“移動(dòng)互聯(lián)背景下基礎(chǔ)力學(xué)課程資源精品化重構(gòu)及優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)”、河北省優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)“基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)”，我們持續(xù)推進(jìn)材料力學(xué)課程教學(xué)改革?？紤]到當(dāng)前大學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，我們采用以“學(xué)生學(xué)”為中心的教學(xué)模式，以課程思政為主題，從工程實(shí)例出發(fā)，將課程思政元素與工程案例相結(jié)合，貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程中。在授課過(guò)程中，以工程案例引出各章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)并進(jìn)行針對(duì)性的講解，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)材料力學(xué)的興趣。

（一）采用“學(xué)生學(xué)”為中心的教學(xué)模式

在高等教育創(chuàng)新性的教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)該把教的創(chuàng)造性留給教師，把學(xué)的主動(dòng)權(quán)還給學(xué)生。在整個(gè)材料力學(xué)的教學(xué)過(guò)程中，我們始終圍繞以“學(xué)生學(xué)”為中心，不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，吸引學(xué)生的注意力?；诋?dāng)前移動(dòng)互聯(lián)背景，我們利用課堂派、學(xué)習(xí)通等工具開(kāi)展師生互動(dòng)，通過(guò)啟發(fā)式教學(xué)讓學(xué)生真正參與到課堂教學(xué)中。對(duì)于材料力學(xué)中部分疑難的知識(shí)點(diǎn)，我們采用分組討論和探究式交流的方式，讓學(xué)生參與到整個(gè)教學(xué)過(guò)程中。此外，學(xué)生需要完成一定量的習(xí)題才能參加過(guò)程考核，考核可以采用線上課堂派、學(xué)習(xí)通等工具互判的形式避免抄襲現(xiàn)象，這樣更有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的整體理解與把握。

傳統(tǒng)教學(xué)模式是以“教師教”為中心，而現(xiàn)代教學(xué)模式則以“學(xué)生學(xué)”為中心。兩者的教學(xué)理念、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方式、學(xué)生學(xué)習(xí)模式與情景都有很大區(qū)別，見(jiàn)圖1。

通過(guò)進(jìn)行材料力學(xué)線上線下的教學(xué)，我們對(duì)學(xué)習(xí)材料力學(xué)的110名學(xué)生進(jìn)行了學(xué)習(xí)情況的問(wèn)卷調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如圖2所示。從調(diào)查問(wèn)卷的結(jié)果我們可以發(fā)現(xiàn)，不同學(xué)生對(duì)于考試、上課、習(xí)題作業(yè)等的態(tài)度截然不同，無(wú)助內(nèi)容也完全不一樣。有的學(xué)生認(rèn)為作業(yè)考試是檢驗(yàn)他們能力的一種有效方式，而有的學(xué)生卻對(duì)作業(yè)與考試產(chǎn)生畏懼心理，背上了嚴(yán)重的思想包袱。

（二）以工程案例和思政元素相結(jié)合，不斷激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)材料力學(xué)的興趣

材料力學(xué)內(nèi)容豐富、涉及面廣。身邊的工程案例和適當(dāng)?shù)闹R(shí)拓展都可以將材料力學(xué)抽象的概念形象化，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，讓材料力學(xué)的課堂教學(xué)變得引人入勝。材料力學(xué)課程也是源于生活和工程實(shí)踐的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，涉及的我國(guó)古代工程案例數(shù)不勝數(shù)。中國(guó)古代的建筑規(guī)律大多可以運(yùn)用材料力學(xué)的知識(shí)進(jìn)行力學(xué)分析，這可以培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義情懷，增強(qiáng)學(xué)生的文化自信。

針對(duì)學(xué)生注意力持續(xù)時(shí)間通常不超過(guò)20分鐘的實(shí)際情況，在不改變每節(jié)課 45分鐘的授課時(shí)間的前提下，我們把材料力學(xué)上課過(guò)程中的教學(xué)知識(shí)點(diǎn)細(xì)化，每節(jié)課分成2～3個(gè)知識(shí)點(diǎn)，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的講解控制在10～15分鐘。在講授知識(shí)點(diǎn)前先提出難度適宜的工程案例，這些工程案例大多是實(shí)際生活的事例或者與中國(guó)古代建筑有關(guān)的案例。比如，在講授應(yīng)力集中概念時(shí)，可根據(jù)圖3所示提出問(wèn)題：“為什么我們吃的零食包裝袋上都有鋸齒形結(jié)構(gòu)？可樂(lè)易拉罐的頂部為什么會(huì)有刻痕？這些利用的是什么原理？”在講授材料力學(xué)等強(qiáng)度梁的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可與學(xué)生一起探討2010年上海世博會(huì)中挪威館的支撐梁設(shè)計(jì)成變截面梁而不是等截面梁的原因。然后反問(wèn)學(xué)生“實(shí)際工程中你還知道有哪些梁是等強(qiáng)度梁呢？”學(xué)生通過(guò)探索工程案例中蘊(yùn)含的力學(xué)概念和原理，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解更加深入，突出了以“學(xué)生學(xué)”為中心的教學(xué)理念。通過(guò)這樣的方式讓學(xué)生在課程中起到主體作用，師生雙方進(jìn)行交互式、討論式、引導(dǎo)式的交流，而不是像過(guò)去一樣教師一個(gè)人從頭說(shuō)到尾，下面的學(xué)生昏昏欲睡。

通過(guò)學(xué)習(xí)古代中國(guó)科學(xué)家對(duì)材料力學(xué)發(fā)展做出貢獻(xiàn)的典型案例，可以強(qiáng)化學(xué)生的愛(ài)國(guó)之情，培養(yǎng)學(xué)生的民族情懷。比如在講胡克定律時(shí)，可以介紹比胡克早1500年的中國(guó)東漢時(shí)期的鄭玄，他在注解《考工記·弓人》談的：“每加物一石，則弓長(zhǎng)一尺”，這是歷史上對(duì)彈性變形最早的描述[7]；在講授如何選擇梁的合理截面內(nèi)容時(shí)，可以引用宋代李誡所著的《營(yíng)造法式》中的，“凡梁之大小，各隨其廣分為三分，以二分為厚”[8]。實(shí)際上，無(wú)論何種類型的梁，其理想截面的高寬比應(yīng)為3∶2。國(guó)內(nèi)外均對(duì)此規(guī)范的科學(xué)性予以了極高的評(píng)價(jià)。因?yàn)槿绻覀儼床牧狭W(xué)知識(shí)進(jìn)行計(jì)算，從一根圓木中截取具有最大強(qiáng)度的矩形梁，截面的高寬比應(yīng)該為1.41∶1。這個(gè)答案與《營(yíng)造法式》規(guī)定值1.5相比是非常接近的。

將思政教育滲透到材料力學(xué)的課堂教學(xué)中，既能加深學(xué)生對(duì)力學(xué)背景與工程應(yīng)用的理解，又能激發(fā)學(xué)生的好奇心與想象力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。這種潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲的教學(xué)方式，發(fā)揮了材料力學(xué)課程教書(shū)育人的作用，取得了很好的教學(xué)效果。

（三）融入現(xiàn)代思政元素，培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力

材料力學(xué)課程的內(nèi)容不僅凝聚了古代勞動(dòng)人民的智慧結(jié)晶，更體現(xiàn)了現(xiàn)代建筑元素的實(shí)用性與美觀性的統(tǒng)一。在材料力學(xué)的講授過(guò)程中，我們需要追蹤最新的工程案例，并適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行知識(shí)的拓展與抽象概念的形象化。

北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)的整體對(duì)稱性與流線型設(shè)計(jì)，彼此相接的儀式感，顏色與建材無(wú)不傳遞著中華文明中的視覺(jué)藝術(shù)。這既是中華傳統(tǒng)元素與當(dāng)代元素的相互統(tǒng)一，也是實(shí)用性與美觀性的統(tǒng)一。北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)俯視圖如圖4所示。追蹤當(dāng)今世界新穎的工程案例，能夠吸引學(xué)生的注意力，啟發(fā)學(xué)生深入思考，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的同時(shí)使材料力學(xué)課堂教學(xué)變得引人入勝。

（四）融入哲學(xué)元素，培養(yǎng)學(xué)生的人文精神

材料力學(xué)是一門(mén)新的學(xué)科，以1638年伽利略發(fā)表的《關(guān)于兩種新科學(xué)的敘述及其證明》為誕生的標(biāo)志。然而，材料力學(xué)的發(fā)展歷程并不是一帆風(fēng)順的，很多理論建立的背后凝聚著諸多科學(xué)家的心血與汗水。例如，以伽利略的木梁實(shí)驗(yàn)作為梁彎曲變形研究的起點(diǎn)，歷經(jīng)200余年，經(jīng)過(guò)胡克、伯努利等多位科學(xué)家的不斷努力、實(shí)踐與修正，才推導(dǎo)出當(dāng)前正確的理論公式，找到梁中性軸的精確位置。

通過(guò)向?qū)W生講述科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題的艱辛歷程，告訴學(xué)生科學(xué)是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，要勇于懷疑、敢于?shí)踐，這樣才能去粗取精、去偽存真，得到正確的結(jié)論。只有平時(shí)的積累達(dá)到一定的量，才能引發(fā)質(zhì)變。引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中獨(dú)立思考，樹(shù)立“持之以恒，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，不懼困難，勇于探索”的科學(xué)信念。

三、結(jié)束語(yǔ)

材料力學(xué)課程教學(xué)改革不能脫離以“學(xué)生學(xué)”為中心的教學(xué)理念。在材料力學(xué)教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)以“學(xué)生學(xué)”為中心，尊重教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的主體地位，這樣才能在實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)的同時(shí)融入思政教育。以工程案例來(lái)驅(qū)動(dòng)課堂教學(xué)，以思政教育為主線，將思政元素與工程案例巧妙結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)材料力學(xué)的興趣，實(shí)現(xiàn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)的教學(xué)目標(biāo)，提高課堂學(xué)習(xí)效率，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)家庭、社會(huì)、國(guó)家的責(zé)任感。相比于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，工程案例引導(dǎo)式和互動(dòng)式教學(xué)取得了良好的教學(xué)效果，更符合新工科背景下培養(yǎng)大學(xué)生能力的教學(xué)目標(biāo)。

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［責(zé)任編輯：陳 明］