基于案例化教学的“材料力学性能”课程思政教学实践与探索

郭彦兵 杨淼森 张旺

摘要：“材料力学性能”是高等院校材料类专业的专业基础课程，在基础课程和专业课程中起到非常重要的连接作用。本课程对材料类本科专业人才的专业知识、专业素养和实际工程问题解决能力的培养具有举足轻重的作用。本文通过“大国工匠”等思政教学元素与课程知识点的融合，全面践行课程思政教学的立德树人目标。思政元素融入工科专业课课堂教学，不仅增加了课堂教学的吸引力，也培养了学生的职业素养和爱国主义信念，实现“三全”育人。

关键词：材料力学性能；课程思政；工程案例

中图分类号：G642；TG40-4文献标识码：A文章编号：1673-7164（2020）48-0064-04

基金项目院上海电机学院“课程思政”教育教学改革建设项目（项目编号：B1-0224-20-001-51）。

习近平总书记在2016年12月召开的全国高校思想政治工作会议中强调，“要用好课堂教学这个主渠道，各类课程都要与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。”[1]

应用型高校材料类本科生作为未来材料类工科专业与时俱进的应用型人才，作为新时期社会主义事业的接班人，材料类（材料成型及控制工程、焊接技术与工程等专业）本科生除了需要掌握专业基本理论知识，还需要具备知“材”善用的实践能力。材料力学性能是材料类本科专业理论性和实用性很强的一门专业基础课，涉及材料在静载荷及其他载荷（冲击、疲劳载荷等）下的多种复杂力学性能[2-3]。这些性能特点是学生在理论研究、样品制备、加工技术（工艺）合理选择（制定）以及工程结构设计应用中能否将专业知识学以致用的关键。

材料力学性能向前承接材料力学、材料科学基础等理论性较强的基础课，向后接续各专业的专业课。在这一过程中，通过材料力学性能课程教学，培养材料类工科学生的工程科学思维和工程问题处理能力；另一方面，材料力学性能课程一般开设在大二下学期或大三上学期，是学生从基础学习向专业学习和培养科研思维和职业素养的重要阶段。

在此背景下，应及时把思政元素引入材料力学性能课堂教学中，通过与教学案例中的思政元素融合，培养学生的安全意识，增强其社会责任感；培养热爱科学、不断探索的精神；宣传大国工匠精神，培养学生的爱国主义，职业道德，建立民族自豪感；应把具体教学内容与思政教育相融合，培养学生严谨的工作态度和专业荣誉感，树立学生的职业使命感和责任感，为其打下坚实的专业理论和思想基础。

一、材料力学性能课程思政案例选择与设计

材料类工科专业课课程思政的根本目的在于立德树人，以达到培养材料类工科学生的思想政治素养、公民意识、职业精神、社会主义核心价值观，最终实现全程育人、全方位育人[4-5]。“材料力学性能”课程包含的知识点广泛，涉及很多实际工程案例，因此可依据课程本身特点充分融入思政元素开展课程思政教学。本文从材料力学性能工程案例中选取合适的思政融合案例，结合“工匠精神”，弘扬社会主义核心价值观，培养合格人才。本文结合案例式教学，从职业素养教育、爱国主义教育、传递正能量、法律法规教育等四个方面对本课程思政教育素材进行了设计。

（一）职业素养教育

职业素养教育贯穿整个课程，上海电机学院此门课程主要针对以材料成型及控制工程和焊接技术与工程为代表的材料类专业开设，作为未来的代表中国制造2025的工程师，在提升自己职业技能的同时，也必须遵守职业操守，具有职业道德。

本课程主要讲授材料静载荷及动载荷作用下的力学性能及其强度、相关理论及测试方法等内容，主要解决的是材料结构在服役过程中的失效问题，从而指导材料的安全设计。特别是材料在关键部件上的应用时，因为设计不当可能导致的灾难性事故。例如著名的泰坦尼克号沉船事故，就是因新型钢铁材料设计时未考虑低温服役时的韧脆转变而导致的严重灾难。在授课过程中应引入上述经典案例，分析这些事故出现的原因，说明材料或结构设计工程师的使命感，培养学生的职业素养。

（二）培养学生的爱国主义与时代使命感

在制造业中，高性能材料是基础。因此在授课过程中可引入相应的新闻和视频影像资料，加深同学们对自己所学专业的认同感、爱国主义精神和时代使命感。2018年9月26日，习总书记在黑龙江齐齐哈尔考察中车齐车集团有限公司时指出，装备制造业是国之重器，是实体经济的重要组成部分，要把握优势，乘势而为，做强做优做大。

本课程中可引入类似案例，比如我国动力机车的车身材料，主轴材料以及高速铁路的铁轨等新型现代材料的研发设计过程中所创造的奇迹，提升学生们的民族自豪感。

（三）使正能量贯穿每个教学细节

教师的一言一行都将对学生产生影响，在课堂教学中教师要严格要求自己，注意行为举止，不信谣，不传谣，以身作则，传播正能量。教师应当在本课程教学设计中加入一些正能量话题，比如在讲材料的断裂强度与断裂韧性时，引入我国著名的材料科学家，比如徐祖耀院士、潘际銮院士等人为我国新材料的研发默默奋斗和奉献的故事，大国工匠“铁甲神医”焊接专家白津生的感人故事等。

（四）培养良好的法律意识

我国高端装备制造业的快速发展，对设备精细度和安全标准要求越来越高，應用领域越来越广泛，一旦出现事故，后果十分严重。比如我国的高铁装备，建筑装备，航空航天设备与装备，大型民用客机等。在课堂教学中教师应教育学生：作为装备制造和材料工程师，不管是材料选择，结构设计还是制造工艺，都应遵守规范法规，工作态度端正严谨，懂得维护自己的权力，履行该有的义务。

二、典型思政教学工程案例的教学实践

为了实现“材料力学性能”思政案例教学过程的顺利进行，必须将课程的每一个细节合理、自然地融入思政理念，实现立德树人。众所周知，我国拥有五千年璀璨文明，在数千年的历史长河中，我的材料科学技术都走在世界前列。因此在讲述有关材料力学性能的大部分章节都可融入有关民族自豪感、四个自信相关的思政元素，融入“自力更生、艰苦奋斗”“勇于攻克难题”“爱国主义情怀”“中国特色社会主义制度优势”等思政教育目标[6]。

（一）绪论

绪论是本课程开篇之章的内容，虽然教材设计内容不多，但是本项目教學实践过程中还是单独设置了一个模块。精彩生动的思政绪论课能给学生留下美好的课程印象，培养学生对专业的热爱，为后期该课程学习打下良好基础。

首先，通过对材料发展历史、材料在服役过程中的力学性能与发展现状、存在问题和未来材料力学性能的发展方向，引导学生重视专业课学习，为将来解决所在行业面临的问题贡献出自己的力量，培养和树立社会责任感和专业使命感。

材料力学性能课程所涉及的力学性能指标非常多，即使是学过材料力学课程的学生也很难对每一种力学性能指标的含义和工程应用有很清晰的认识。绪论中涉及的工程案例筛选和导入设计要与日常生活和工业生产密切相关。如通过展示钻石、石墨的图像资料，说明硬度的概念、评价方法和工程应用；通过展示美国塔科马海峡吊桥因卡门涡街效应导致的坍塌事故，说明动态力学性能与材料刚度的重要工程意义；引入材料在我国运载火箭和歼20战机、运20飞机的新闻、视频，激发学生的爱国热情和学好本专业的使命感，树立专业荣誉感，使其了解自己今后的工作与国家建设息息相关。

最后，再导入“材料力学性能”课程所涵盖的主要模块与知识点，并将各个知识点与实际工程应用结合的案例相联系。总结当前我国在与材料力学性能相关的典型工业领域存在的不足，激发学生们积极奋斗的热情。

（二）应力腐蚀模块

随着航空航天、海洋、核能、石油、化工等重工业的迅速发展，相关产业和行业对金属材料的强度要求越来越高，对金属机件接触的化学介质也越来越苛刻，致使因机件残余应力与环境介质共同作用的应力腐蚀开裂现象逐年增多。因此有必要就金属材料的应力腐蚀开裂开设一个模块，培养学生作为未来工程设计人员及材料科学工作者的科学思维。

课程教学目标是让学生掌握应力腐蚀的机理、应力腐蚀失效判定以及防止应力腐蚀发生的预防措施，同时培养学生的职业素养和严谨的“工匠精神”。通过引入某化气体分馏塔因硫化氢应力腐蚀引起的事故案例，结合事故现场图片和相关视频，加深学生对应力腐蚀危害性的印象。同时引导学生对典型金属材料应力腐蚀发生的条件、典型应力腐蚀产生的部件进行思考和联想；进而自然引出应力腐蚀发生的机理和解释应力腐蚀的理论模型；最后引导学生通过应力腐蚀机理，思考和分析防止发生应力腐蚀的方法，培养学生的工程思维和责任感，以此达到思政育人的效果。

（三）金属疲劳模块

金属疲劳是金属材料构件在动载荷作用下一种服役方式，若疲劳服役寿命设计考虑不周会引起严重的事故。本课程的教学目标是让学生掌握疲劳发生的机理、疲劳寿命设计准则，思政教学目标是培养学生作为工程技术人员的荣誉感、使命感和担当精神。

本案例通过引入航空史上的彗星客机爆炸事故，结合相关影像资料，引入疲劳寿命设计的概念。进而开展有关疲劳载荷的形式及失效机理内容的授课内容，最后引导学生主动思考有关疲劳动载荷服役环境下金属材料的设计安全准则。并结合目前我国高铁在高速运行条件下我国工程师们对于高铁疲劳服役构件所做的努力，引导学生学习这些在工程领域做出奉献的“大国工匠”严谨、科学、负责的工程思维，以达成育人目标。

三、课程思政在材料力学性能教学过程中应用成效

本课程通过实际工程案例，深入剖析各教学模块知识点，通过教学设计融入思政要素主线，将知识点进行合理串接；通过丰富的思政课程教学材料让教学模块更加立体，并通过多元的互动环节增强学生的印象和对未来职业的使命感、责任感，将思政要素以潜移默化的形式融入课堂教学。使思政育人目标与知识育人目标相互促进，相得益彰，真正将材料力学性能课程设计成一门育才和育人同频共振的专业课程。尽管课程思政和教书育人的效果无法一蹴而就，但通过一定的教学手段和教学方法可以引导学生在思想、行动上逐步成熟，进而培养他们积极的人生态度、健康向上和团结合作的精神面貌。

研究采用了问卷调查法，在问卷中嵌入课程思考题和章节随机测验，对比了采取课程思政教学的班级和未来采用该模式的平行班的成绩，证明了课程思政可以提高教学效果，如图1所示。

由图1可知，思政教学授课与传统教学方式相比，学生对典型章节知识点的掌握程度均有不同程度提高，其中难度较高的疲劳章节（第五章）的知识点掌握度提升27%以上。通过问卷调查发现，学生通过思政课程学习对自己的职业前景更加了解，也对自己作为一个材料专业工科学生有了更多的责任感和使命感。

四、结语

“材料力学性能”课程中融入基于模块化的思政课程教学探索具有重要的现实意义，是材料类工科专任教师的一项新的使命。通过思政教学实践，任课教师自身提高了思想政治理论水平的同时，也提升了教学效果，为培养具有新时代社会主义使命感和“工匠精神”的新型高层次应用型工程人才提供了新思路，实现了全程全方位育人的专业人才培养目标。

参考文献：

[1]习近平在全国高校思想政治工作会议上的讲话[N].光明日报，2016-12-09.

[2]刘瑞堂，刘锦云.金属材料力学性能[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2014.

[3]束德林.工程材料力学性能[M].机械工业出版社，2016.

[4]谭术魁.非思政类课程协同思政教育（课程思政）的共通性方法[J].大学教育，2020（10）：21-25.

[5]刘鹏，陈曙光，叶昌，等.材料类专业基础课的思政育人实践探索[J].教育教学论坛，2020（44）：91-92.

[6]艾建平.“三全育人”理念下材料类专业“课程思政”的理论认识与实践路径探讨[J].西部素质教育，2020，6（12）：5-7.

（荐稿人：午丽娟，上海电机学院材料学院副教授）

（责任编辑：陈华康）