于卓群　曲淑英

［摘 要］文章以材料力學(xué)課程中的超靜定結(jié)構(gòu)分析為例，探析了如何在專業(yè)課教學(xué)中融入思政元素，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)思政育人效果的問題。該案例通過引入一個(gè)考慮裝配誤差的超靜定結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，采用深入探究法引導(dǎo)學(xué)生思考并根據(jù)構(gòu)件特點(diǎn)進(jìn)行合理利用，結(jié)合計(jì)算結(jié)果與工程案例總結(jié)背后的哲學(xué)含義，并與中國(guó)傳統(tǒng)文化相結(jié)合，將思政育人效果推廣到大學(xué)生的生活中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的全面培養(yǎng)，提升其綜合能力。該案例為專業(yè)課中思政元素的有效融入提供了實(shí)施思路，有利于推動(dòng)專業(yè)課與思政課實(shí)現(xiàn)同向同行、協(xié)同育人的良好機(jī)制。

［關(guān)鍵詞］材料力學(xué)；思政教育；桿件拉壓；超靜定結(jié)構(gòu)

［中圖分類號(hào)］ G642 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 2095-3437（2023）22-0084-04

專業(yè)課教學(xué)是高校教育的重點(diǎn)之一，是學(xué)生從事相關(guān)專業(yè)的工作和研究的基礎(chǔ)[1]。然而，僅僅重視專業(yè)知識(shí)的灌輸并不足以培養(yǎng)出一批優(yōu)秀的工程人才。作為高校教育的重要元素之一，思政教育已經(jīng)成為當(dāng)前大學(xué)教育不可或缺的組成部分[2]。身處百年變局，承載著實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興重任的“00后”大學(xué)生，如果自身心智不夠堅(jiān)定，就容易受到錯(cuò)誤思潮的侵蝕。這要求高校教師要深刻把握立德樹人的內(nèi)涵，發(fā)揮好“主力軍”“主戰(zhàn)場(chǎng)”“主渠道”的作用。將思政教育與專業(yè)課有機(jī)融合，可以讓學(xué)生在掌握專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，具備較高的綜合素質(zhì)和人文素養(yǎng)[3]。為了提升高校思想政治教育的實(shí)效性，應(yīng)該充分發(fā)揮課堂育人主渠道的作用，將學(xué)科資源、學(xué)術(shù)資源轉(zhuǎn)化為育人資源，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授和價(jià)值引領(lǐng)的有機(jī)統(tǒng)一[4]。

在全面推進(jìn)高校課程思政建設(shè)的背景下，近年來各高校教師對(duì)其進(jìn)行了大量的研究與實(shí)踐。章云峰等[5]分析了課程思政的價(jià)值，論述了課程思政的實(shí)踐路徑。熊育久等[6]探討了新工科背景下新興交叉學(xué)科教學(xué)內(nèi)容及思政元素設(shè)計(jì)。曲淑英等[7]探討了材料力學(xué)課程思政案例的實(shí)踐與應(yīng)用。李慧等[8]研究了新工科視角下課程思政建設(shè)挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)策略。葉志明等[9]探討了教書育人與課程思政之關(guān)系。應(yīng)當(dāng)注意的是，部分學(xué)生對(duì)脫離于專業(yè)課程之外的歸納性較強(qiáng)的獨(dú)立思政內(nèi)容的理解和接受較為困難[10]。因此，經(jīng)過對(duì)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的分析，我們認(rèn)為應(yīng)當(dāng)在專業(yè)課教學(xué)中融入思政元素，強(qiáng)調(diào)“潤(rùn)物無聲”和“知行合一”的思政教育風(fēng)格，并注重對(duì)學(xué)生知識(shí)能力、批判思維、價(jià)值判斷、審美情趣、人文情懷、科學(xué)精神、責(zé)任意識(shí)等方面的綜合培養(yǎng)，讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)蘊(yùn)含思政元素的專業(yè)課程，做到從科學(xué)經(jīng)典中求“真”、從哲學(xué)經(jīng)典中問“善”、從文藝經(jīng)典中見“美”，進(jìn)而陶冶情操，提升境界，提高職業(yè)道德素養(yǎng)[11]。

材料力學(xué)是力學(xué)中比較重要的一門基礎(chǔ)科學(xué)，是土木、機(jī)械等工科專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程。材料力學(xué)知識(shí)豐富且蘊(yùn)含著深刻的思想內(nèi)涵，深入挖掘材料力學(xué)中的思政元素并將其與重難點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行結(jié)合，形成優(yōu)秀的材料力學(xué)思政教學(xué)案例，用于課堂講授和課下學(xué)習(xí)，對(duì)于學(xué)生思考和分析能力的提升、道德修養(yǎng)的塑造等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文將通過介紹一個(gè)原創(chuàng)的材料力學(xué)思政教學(xué)案例，探討如何在專業(yè)課教學(xué)中融合思政元素，以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，增強(qiáng)思政育人效果，形成高水平工程人才的培養(yǎng)模式。

一、拉壓超靜定結(jié)構(gòu)思政教學(xué)案例及探析

在材料力學(xué)課程中，拉壓超靜定問題是一個(gè)重難點(diǎn)，學(xué)生學(xué)習(xí)起來難度高，多數(shù)學(xué)生即使掌握了計(jì)算方法和基本概念，對(duì)其的認(rèn)識(shí)也容易停留在表面，對(duì)于拉壓超靜定結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和背后的哲學(xué)含義了解得更少。針對(duì)該情況，本思政教學(xué)案例首先引入一個(gè)由工程案例簡(jiǎn)化而來的力學(xué)模型，并針對(duì)該力學(xué)模型結(jié)合工程實(shí)際情況提出了一系列問題作為典型例題，引發(fā)學(xué)生思考并參與完整計(jì)算，最后由得到的結(jié)論總結(jié)規(guī)律并分析原因，再舉一反三展示實(shí)際的應(yīng)用超靜定結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力的工程案例，最后總結(jié)背后的哲學(xué)含義，并與中國(guó)傳統(tǒng)文化進(jìn)行結(jié)合，進(jìn)而推廣到大學(xué)生的生活中，增強(qiáng)思政育人效果。該思政案例整體設(shè)計(jì)思路見圖1。

（一）思政內(nèi)涵

“尺有所短，寸有所長(zhǎng)”。這句話講的是每個(gè)人、每個(gè)事物都有自己的長(zhǎng)處和短處?！按纭辈⒉皇翘幪幍腿艘坏龋俺摺币膊皇翘幪帀喝艘活^。要尊重差異，利用差異，揚(yáng)長(zhǎng)避短，通力合作，才能實(shí)現(xiàn)最大效益，取得最好結(jié)果。這一格言及其蘊(yùn)含的深刻道理，在材料力學(xué)中也有所體現(xiàn)，即桿件長(zhǎng)短之間的配合可能在超靜定結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生較好的效果，構(gòu)件長(zhǎng)短變化引起的預(yù)應(yīng)力在工程實(shí)際中也起到了巧妙的作用。工程中的超靜定及預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)是“尺有所短，寸有所長(zhǎng)”所表達(dá)的中國(guó)傳統(tǒng)文化智慧在工程應(yīng)用中的體現(xiàn)，體現(xiàn)了現(xiàn)代科學(xué)與我國(guó)傳統(tǒng)文化哲學(xué)的融會(huì)貫通。

（二）問題引入

通過《楚辭·卜居》中“尺有所短，寸有所長(zhǎng)”的引入，告訴學(xué)生相關(guān)道理在材料力學(xué)中的體現(xiàn)，并通過一個(gè)巧妙的力學(xué)模型結(jié)構(gòu)讓學(xué)生感受到力學(xué)與中國(guó)傳統(tǒng)文化智慧的聯(lián)系，具體見圖2。

在圖2所示結(jié)構(gòu)中，橫梁是剛性的，兩豎桿的彈性模量均為E，橫截面積均為A，長(zhǎng)度是相同的。當(dāng)橫梁右端有一向下的力F，此時(shí)兩桿中的應(yīng)力如何呢？

其實(shí)這是一個(gè)一次超靜定問題，根據(jù)平衡條件[N1a+2N2a=3Fa]；協(xié)調(diào)條件[δ2=2δ1]；物理?xiàng)l件[δ1=N1LEA]，[δ2=N2LEA]，可求得，桿1應(yīng)力為[σ（1）=3F5A]，桿2應(yīng)力為[σ（2）=6F5A]。

可見，失效前桿2中拉應(yīng)力是桿1中拉應(yīng)力的兩倍。因兩桿材料相同，隨著載荷力F的增加，桿2將會(huì)先達(dá)到許用應(yīng)力，此時(shí)桿2將失效，當(dāng)桿2失效后，結(jié)構(gòu)為靜定結(jié)構(gòu)，我們?cè)賮砜匆幌陆Y(jié)構(gòu)的承載力如何。

顯然，根據(jù)平衡條件易得[N1=3F]，桿1中應(yīng)力[σ（1）]=[3FA]，已經(jīng)超過其容許應(yīng)力，亦將馬上失效。縱觀兩桿的受力，如何在不增加成本的前提下，利用超靜定結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，發(fā)揮桿1的作用，提高該結(jié)構(gòu)的承載能力？這是接下來要深入探究的問題。

（三）深入探究

其實(shí)，要實(shí)現(xiàn)這樣的承載能力提升效果，分析上述結(jié)果，我們可以考慮利用兩桿的加工誤差，如果讓稍短的一根作為桿1進(jìn)行安裝，稍長(zhǎng)的一根作為桿2進(jìn)行安裝，這樣要實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在原位的協(xié)調(diào)工作，必然要在加載前安裝時(shí)就拉伸桿1，壓縮桿2，實(shí)現(xiàn)加載后桿1的拉應(yīng)力較原來的兩個(gè)等長(zhǎng)狀態(tài)增大，桿2的拉應(yīng)力減少（見圖3）。這樣既利用了兩桿的特點(diǎn)，使桿1與桿2“一尺一寸”的長(zhǎng)度差異配合，又可提高結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。這就是工程上利用裝配誤差的預(yù)應(yīng)力技術(shù)原理。下面學(xué)生就可以利用已有的力學(xué)知識(shí)，計(jì)算如何在不增加成本的條件下做進(jìn)一步優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的承載能力最大。

設(shè)兩桿件的許用應(yīng)力均為[σ]，在沒有裝配誤差時(shí)，根據(jù)前面的計(jì)算與分析結(jié)果，桿1應(yīng)力為[σ（1）=3F5A]，桿2應(yīng)力為[σ（2）=6F5A]，桿2強(qiáng)度決定著結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，此時(shí)結(jié)構(gòu)的許用荷載為[56[σ]A]。

在考慮桿1的加工誤差時(shí)，設(shè)桿1的加工誤差為Δ，顯然桿1和桿2中的裝配應(yīng)力，根據(jù)平衡條件[N1a+2N2a=0]，協(xié)調(diào)條件[δ2=2（Δ-δ1）]，物理?xiàng)l件[δ1=N1LEA]，[δ2=N2LEA]，可求得，桿1裝配應(yīng)力為[σ（1）=4E5LΔ]（受拉），桿2裝配應(yīng)力為[σ（2）=-2E5LΔ]（受壓）。當(dāng)有荷載作用時(shí)，將桿中荷載產(chǎn)生的應(yīng)力與裝配應(yīng)力疊加，得到荷載作用下桿1和桿2的應(yīng)力分別為[σ1=3F5A+4E5LΔ]，[σ2=6F5A-2E5LΔ]。調(diào)節(jié)[Δ]的大小，使桿1與桿2應(yīng)力相同，有[3F5A+4E5LΔ=6F5A-2E5LΔ]，此時(shí)[Δ=FL2EA]，桿1與桿2同時(shí)到達(dá)許用應(yīng)力[σ]，結(jié)構(gòu)許用荷載為[[σ]A]。由此可見，與兩桿長(zhǎng)度相同時(shí)的結(jié)構(gòu)相比，充分利用兩個(gè)誤差的結(jié)構(gòu)許用荷載提高了20%。

（四）課堂討論

這種通過“尺”“寸”之間的長(zhǎng)度差異配合的力學(xué)原理，誕生了生活和工程中廣泛應(yīng)用的預(yù)應(yīng)力技術(shù)，與“尺有所短，寸有所長(zhǎng)”中尊重差異、通力合作的思想不謀而合。例題演示結(jié)束后，請(qǐng)學(xué)生共同討論并記錄工程中有哪些應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的案例。

例如，混凝土等水泥基材料通?？箟盒阅茌^好，而抗拉性能較差；低碳鋼等鋼材延性韌性較好，但造價(jià)較高；尼龍等高分子材料力學(xué)性能較強(qiáng)但不耐高溫，這些都正好印證了“尺有所短，寸有所長(zhǎng)”的道理。在工程中，我們常常需要根據(jù)使用環(huán)境和受力情況選擇合適的材料，發(fā)揮材料的優(yōu)勢(shì)，或者通過不同材料的組合形成性能優(yōu)良的復(fù)合材料或結(jié)構(gòu)。

工程中廣泛應(yīng)用的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁的基本原理是：先將鋼筋張拉產(chǎn)生一定的伸長(zhǎng)量，然后再澆筑混凝土。澆筑完成混凝土并固化后，松開鋼筋使鋼筋產(chǎn)生收縮力，拉動(dòng)混凝土底部使混凝土梁發(fā)生變形翹曲，繼而使混凝土梁頂部產(chǎn)生拉應(yīng)力，底部產(chǎn)生壓應(yīng)力。這樣的預(yù)應(yīng)力分布，使得混凝土梁在承受向下的載荷后，梁體底部需經(jīng)歷由壓應(yīng)力變?yōu)槔瓚?yīng)力的過程，從而延緩拉伸破壞的到來，提升混凝土梁的承載性能。圖4是一張預(yù)應(yīng)力混凝土梁實(shí)拍圖，有助于學(xué)生開闊視野。

此外，在生活中，帶給我們極大出行便利的自行車和帶給我們美好時(shí)光及開闊視野的摩天輪等工程結(jié)構(gòu)中都有預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用。如圖5所示，自行車和摩天輪中的輻條清晰可見，他們組成了超靜定結(jié)構(gòu)并且具有一定的預(yù)應(yīng)力，從而擔(dān)負(fù)起了驚人的重量。

（五）知行合一

可見，許多超靜定結(jié)構(gòu)不僅能展示不同材料之間揚(yáng)長(zhǎng)避短的通力協(xié)作，還能展示同一材料長(zhǎng)短變化引起的預(yù)應(yīng)力的巧妙運(yùn)用。這是“尺有所短，寸有所長(zhǎng)”智慧在工程應(yīng)用中的生動(dòng)體現(xiàn)，體現(xiàn)了現(xiàn)代科學(xué)與我國(guó)傳統(tǒng)文化哲學(xué)的深層聯(lián)系。在課堂討論結(jié)束后，教師帶領(lǐng)學(xué)生思考：回想一下自己的大學(xué)生活、學(xué)習(xí)中，是否也做到了尊重差異，通力合作呢？每個(gè)學(xué)生都是獨(dú)一無二的，有自己所擅長(zhǎng)的領(lǐng)域，也有自己不足的地方。我們不該為自己的長(zhǎng)處沾沾自喜，也不該為自己的短處自怨自艾，更不該揪住別人的缺點(diǎn)不放，而應(yīng)當(dāng)記住“尺有所短，寸有所長(zhǎng)”，發(fā)揚(yáng)自己的優(yōu)勢(shì)，正視并改正自己的缺點(diǎn)，通過與他人合作來解決難題，將自己的長(zhǎng)處通過承擔(dān)相應(yīng)的工作發(fā)揮出來，一退一進(jìn)一長(zhǎng)一短，尊重差異利用差異，方能取得更大的成績(jī)和進(jìn)步。

二、教學(xué)案例實(shí)踐效果

在教學(xué)案例實(shí)踐過程中，課題組基于以上案例內(nèi)容，采用了多種教學(xué)方法，包括講授法、課堂討論法、深入探究法等，將思政元素融入專業(yè)課知識(shí)點(diǎn)中，做到了在求解例題思路、例題計(jì)算結(jié)果、例題原理、工程案例中處處有思政育人元素，并借由靈活度較高且緊貼工程案例的題目設(shè)置，與學(xué)生一起進(jìn)行深入探究，提升學(xué)生分析和解決復(fù)雜問題的能力。

經(jīng)過案例教學(xué)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)專業(yè)課結(jié)合思政元素的教學(xué)內(nèi)容接受度較高，印象深刻。根據(jù)學(xué)生反饋結(jié)果，本案例開闊了學(xué)生的視野，引起了學(xué)生對(duì)工程設(shè)計(jì)的興趣、對(duì)科學(xué)求真務(wù)實(shí)精神的認(rèn)識(shí)，并引發(fā)了關(guān)于價(jià)值觀的思考，使學(xué)生感受到了中國(guó)傳統(tǒng)文化的源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。思政元素對(duì)學(xué)生來說不突兀、不生硬，做到了“潤(rùn)物無聲”。通過課后習(xí)題、單元測(cè)試及評(píng)教等評(píng)價(jià)方式，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)拉壓超靜定問題的相關(guān)知識(shí)掌握得較好，這與思政案例中蘊(yùn)含的哲學(xué)思想能幫助學(xué)生更好理解抽象的力學(xué)概念有關(guān)。

三、總結(jié)與展望

該案例教學(xué)取得了較好的思政育人效果，并使學(xué)生將理論知識(shí)與自己的生活實(shí)際聯(lián)系起來，將收獲帶到課堂之外，用于生活之中。然而，對(duì)于思政育人效果的持續(xù)性還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。本案例是圍繞立德樹人的根本任務(wù)，將價(jià)值塑造、知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)有機(jī)融合，其從解決工程問題的挑戰(zhàn)出發(fā)，立足傳統(tǒng)文化和科學(xué)精神，通過“潤(rùn)物無聲”的思政元素融入設(shè)計(jì)方式，厘清了力學(xué)類課程思政元素的內(nèi)涵、層次，并將其體現(xiàn)到例題設(shè)計(jì)、計(jì)算結(jié)果、工程案例分享的全過程。本案例為其他力學(xué)課程的思政教學(xué)改革提供了參考。未來，課題組將進(jìn)一步深化思政教育和專業(yè)課程融合的研究，不斷創(chuàng)新教學(xué)方法，設(shè)計(jì)出更多優(yōu)秀的思政教學(xué)案例，形成系統(tǒng)性的力學(xué)專業(yè)課思政教學(xué)案例庫(kù)，以提升學(xué)生的綜合能力，增強(qiáng)思政育人效果。

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［責(zé)任編輯：劉鳳華］