课程思政理念下材料力学教学改革与实践

董 芬,许宝卉

(运城学院 机电工程系,山西 运城 044000)

课程思政作为新时代高等教育的理念创新、制度创新和实践创新,着力构建价值引领、知识教育、能力培养“三位一体”的人才培养模式,是对学生成长规律的深刻把握和运用,有利于高校坚持落实立德树人根本任务,坚持以学生为中心,真正做到围绕学生,引导学生,服务学生,帮助学生实现自身价值。[1]面向不同专业开展课程思政,需要教师充分考虑学科特点和学生定位,教学具有更强的针对性,以帮助学生深刻理解与认识所学专业对国家和社会发展的重要意义,提高学生专业认同感。下文以材料力学课程为例,探讨其课程思政的具体实施方案。

一、学科特点和学情分析

《材料力学》是研究构件承载能力的一门学科,其教学任务是在满足强度、刚度和稳定性要求的前提下,为设计既经济又安全的构件提供必要的理论基础和计算方法,[2]它支撑着机械工程、土木工程、水利工程、航空航天工程等众多领域,是众多工科二年级学生必修的一门技术基础课。由于学生接触早,受众多,因此,在材料力学课程中融入思政教育能获得更多的样本反馈,能使更多学生更早受益。[3]

工科二年级学生具有一定的《高等数学》《大学物理》等前期知识储备;具备一定的力学模型的分析和计算能力,但较简单粗浅。在学习能力方面,其课堂知识接受快,但创新意识弱;在教师的引导下,具有良好的思考和课堂讨论能力,但长期填鸭式的教学,导致学生自主分析问题和解决问题的能力不足。在思想状况方面,大二学生刚开始接触专业课程学习,对专业课程有很强的新鲜感,但其职业理想不明确,或者说缺乏对工程师社会责任感的认知和职业自豪感的体会。

二、材料力学课程“三位一体”的课程目标

根据上述学科特点和学情分析,笔者制定了课程知识教育、能力培养、价值引领“三位一体”的课程目标。第一,知识目标:通过学习,掌握材料的力学性能;掌握分析构件强度、刚度和稳定性的理论基础和计算方法。第二,能力目标:通过学习,具备运用强度、刚度及稳定性理论对构件进行校核、截面设计及载荷确定的能力;具备运用比较、归纳、演绎、实验等科学研究方法分析并解决工程实际问题的能力。第三,价值目标:在培养学生力学思维的同时,让学生具备作为未来工程师的社会责任感、职业自豪感,使学生崇尚科学精神、工匠精神,进而培养学生自主学习、团队协作精神,将国家的发展需求与个人专业领域相结合去实现人生价值。

三、思政元素的挖掘和融入

在当前的材料力学教学中,较少涉及材料力学的发展历程、相关人物的介绍以及工程实际应用的内容。而这一部分内容正是除学科知识之外,应额外赋予学生精神层面的教学内容。为解决以上问题,我们应根据课程目标,对教学内容和课程思政元素进行整理和挖掘,要凝练出教材中各个章节对应的思政元素。在挖掘思政元素时,秉承全面“大思政”原则,不局限于对学生专业素质的培养,还应着重培养和引导学生在生活中发现问题、分析问题并解决问题的能力,以及培养学生具备未来工程师所需的社会责任感、职业自豪感、爱国精神、工匠精神、对生命的尊重与敬畏等多个方面的人文情怀。

1.教学中体现“辩证统一”,强调社会责任

教学第一章绪论着重强调材料力学的任务,即为设计经济且安全的构件提供理论基础和计算方法。其强调了若构件的横截面尺寸不足或形状不合理,或者材料配置不合理,都将导致不良事故的发生。列举上海某住户阳台的整体坍塌导致一名年逾60的女性住户坠楼身亡,事故的原因在于该阳台是钢筋混凝土结构,原本应该将受拉钢筋放置在上方,但实际上却被错误地放置在下方。这一事件提醒学生要将工程安全意识深深植根于心,且要时刻注意将其转化为实际行动,避免类似事故再度发生。然而,如果只盲目追求安全,设计出的构件过于保守,肥梁胖柱,又将导致经济效益的减损。因此,在材料力学课程教学中,教师应注意将马克思主义哲学中对立统一的辩证唯物主义规律融入课堂。

以实例引入旨在引导作为未来工程师的学生,应时刻不忘承担重大的社会责任。他们必须深刻领悟工程安全意识,确保设计与施工过程符合合理的技术要求,从而为社会提供安全可靠的结构。同时,应让学生认识到,在追求安全的同时,必须寻求经济效益的平衡,创造出符合工程实践要求的高效、经济的构件。

2.教学中体现“学以致用”,强调自然生活

第五章的教学旨在探讨梁截面形状的合理选择,并强调环形截面相较于圆形截面的优越性能。为了丰富教学背景,教师可引用毛主席诗词七律《到韶山》中的最后一句:“喜看稻菽千重浪,遍地英雄下夕烟”。在学生欣赏美丽的诗句和描绘的画面之际,教师可引导学生思考:为什么像小麦和水稻这样的庄稼,在强风和巨浪的冲击下没有折断或倒伏?然后给出原因:植物的空心茎的构造为植物提供了较高的承载能力和抗弯强度,使其能够在风力和浪涌的作用下保持稳定。最初,植物的茎是实心的,经过长时间的进化过程逐渐演化成了空心茎结构,使得它们能更好地适应恶劣环境存活下来。在材料力学教学中引入中华优秀传统文化,使学生能深刻理解材料力学的原理和机制,并将其应用于实际生活中,不仅提高了学生的学术水平,还能培养学生对材料力学的兴趣和热爱,使他们将理论与实践相结合,为未来的科学研究和工程实践做好准备。

3.教学中渲染“民族情怀”,强调精神共鸣

在讲解圆木如何加工矩形截面梁这一章节内容时,可以引用北宋时期李诫在《营造法式》一书中的观点:“凡梁之大小,各随其广,分为三分,以二分为厚”。[4]这一文献资料所述与课堂理论推导一致,充分体现了中国古代建筑工艺的智慧,使学生在掌握知识的同时深感中国传统工匠精神的卓越。

在教学第二章讲解脆性材料抗压不抗拉的问题时,可用隋朝时期李春所建造的河北赵州桥例证。这座桥体现了科学性的双重特点:一方面采用了大拱套小拱的设计原则,以实现水流强大时的分流,同时减轻桥体的自重;另一方面,桥梁选材方面选择了石料,充分利用了石料在承受压力方面的良好特性,虽然石料在受拉应力下易发生破裂,但其在受压载荷下具备较高的强度和承载能力。这种桥梁设计理念在欧洲直到1 200年后才出现。赵州桥作为中国桥梁建筑的杰作,享有天下第一桥的美誉,吸引了众多国内外专家学者的关注和学习。中国拥有数十座世界知名的大桥,其中7座被列入国际顶级桥梁的名录,中国因此被戏称为“基建狂魔”,并且近年来中国的“一带一路”倡议等,使中国的基础设施建设项目逐步推广到全球。[5]

以上案例仅是华夏文明辉煌历史中的一个缩影。教师通过思政理念的融入,使学生深刻体会到中华文明源远流长的深厚底蕴,理解中华历史文化及其价值取向,进而产生自豪与自信。因此,将民族自豪感和职业自豪感融入教学过程中,不仅有助于学生深入理解材料力学的原理与应用,同时也能激发学生对传统文化的浓厚兴趣和热爱,促进他们个人的成长和全面发展。

4.教学中引导“科学”人格,强调“精神”塑造

科学精神一般可概括为探索求真的理性精神,实验取证的求实精神,开拓创新的进取精神,竞争协作的包容精神,执着敬业的献身精神。[6]其中,理性精神要求人们以逻辑分析和精确推理的方式进行探索,实验取证的求实精神注重通过实验验证理论并寻求实证结果,开拓创新的进取精神鼓励不断创造和拓展新的知识领域,竞争协作的包容精神强调在竞争和合作中相互尊重与合作,而执着敬业的献身精神则要求个体对于科学事业具有持之以恒的奉献。

在第九章对压杆稳定性进行讲解时,我们以科学家欧拉为例,展示了他在面临诸多困难的情况下,仍然坚持研究,最终以惊人的毅力和顽强的精神,历时十三年解决了理想压杆的失稳临界值问题。而在他之前,压杆失稳的机理曾困扰科学界很长时间。[7-8]在教学过程中,通过引用科学家们的探索求真、创新进取的事迹,可以激发学生的科学精神,同时,强调实验求证、科学推理和证明的重要性,以及对新材料的创新研究等,以培养学生拥有科学精神,使他们具备理性思维、实践能力和创新思维等能力。

四、课程思政的改革实施

1.教学方法

(1)线上线下相结合,先做减法再做加法。鉴于材料力学课程的内容繁杂,学时有限,为增加课堂教学(包括知识、能力和价值观)的充实性,必须首先进行适度的减法处理,然后再进行加法补充。通过先进的数字资源(如慕课等),将一些知识点预置于课前和课后供学生预习和巩固。课堂教学则侧重于关键的知识点,并结合思政教育进行突破。这种线上线下相结合的教学模式为将思政内容融入课堂提供充足的时间和良好的媒介。

(2)以学生为中心,教师引导学生探究。在教学中教师保留发挥创造性作用的能力,同时将学习的主动权交还给学生。[9]教学的最终目标是鼓励学生自主构建知识体系和框架,因此,教学必须以学生为中心,引导学生积极参与全过程的探究,引导学生动起来,动手、动脑、动嘴、动心。教师应当引导学生动手进行实际操作,如计算、测量和查找文献资料,引导学生动脑进行问题分析与解决,鼓励学生动嘴参与讨论并勇于表达观点,以及引导学生动心,去深刻感受材料力学的魅力。因此,思政理念的教学在实施过程中采用了灵活且分散的教学方法,利用先进的数字资源,并与经典工程案例、图片和视频等相结合,将生活场景融入所教授的知识中,以提高课堂的丰富性,并激发学生的学习热情。[10]

2.教学评价与反思

教学评价体现在调查问卷、学生评教和学生表现等方面。调查问卷结果显示,100%的学生认为课程思政内容激发了学习热情,培养了责任感;96%的学生认为自主探究有利于知识内化,有助于提高问题分析和解决能力。学生评教显示,许多学生提到教师饱满的状态和认真负责的态度值得学习。教师的示范行为具有更大的影响力,这表明教师对待教学和学生的态度会在潜移默化中影响学生。因此,作为教师,更应认真备课,遵守教学纪律,以身作则,树立良好的道德品质和人文素养。自2019年本课程实施课程思政以来,选择材料力学作为考研专业科目以及申报力学相关大学生创新创业项目的学生数量明显增加。学生通过参与项目全面提升了问题分析和解决的能力,并在竞赛中取得了显著成绩,从而增强了学生的自信心。

课程思政注重效果评价的同时也应持续改进。在教学工作中,需进行反思,为了在有限学时内兼顾内容的完整性和充分的互动性,教学时则应适度减少课堂内容,将部分内容通过数字资源放置在课前和课后。大二学生课程任务逐渐加重,为了让学生获得较好的学习效果,教学时应精心设计和布置教学任务,内容既要有针对性又要有一定的拓展性。另外,我们还需思考如何提升思政内容的吸引力,如何激发学生的学习热情,这可以通过增加素材的新颖性和生动性来实现。通过持续反思和改进,能进一步提高课程思政的育人效果。

五、结语

在材料力学课程中融入思政教育具有得天独厚的优势,学生接触早,受益多。本文从材料力学学科特点和学情分析入手,凝练出材料力学课程的知识目标、能力目标和价值目标。针对“三位一体”的课程目标,在教学过程中融入“辩证统一”、体现“学以致用”、渲染“民族情怀”、引导“科学人格”,采用“线上线下相结合、先做减法再做加法”,“以学生为中心,教师引导学生主动探究”的教学方法,将材料力学中蕴含的丰富多彩的历史性和人文性魅力展示出来,达到润物细无声的作用。