机械工程专业课程思政教学改革探索和实践

张新春 王金祝 李娜 王璋奇

［摘 要］文章针对高等院校材料力学传统授课相对枯燥、学生听课效率和学习效率低的教学现状，以“学生学”为中心，以课程思政为主线，以工程案例为驱动，进行材料力学课程教学改革。在材料力学教学过程中，尊重学生主体地位，给予学生自由发挥与创造的空间，实现师生双向互动。搜集材料力学中的相关素材，结合材料力学学习过程中学生反馈的情况，将思政元素与工程案例巧妙结合，可以激发新工科背景下学生学习材料力学的兴趣，达到学生主动学的教学目标，培养工科学生的爱国主义情怀。

［关键词］课程思政；材料力学；教学改革；工程案例

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2022）11-0055-03

一、引言

材料力学课程是高等工科院校机械类专业基础课程，是一门理论与实践并重的课程。它的任务是：在保证构件既安全适用又经济的前提下，为构件选择合适的材料，确定合理的截面形状和尺寸，提供必要的计算方法和实验技术[1]。本课程的目的和任务是要求学生掌握材料力学的基本概念、基本理论与基本方法，具备一定的分析计算能力，培养学生优秀的科学素养与解决工程实际问题的综合能力，并为后续专业课程（例如结构力学、机械设计、机械原理等）的学习打下坚实的基础。

高等学校人才培养是育人和育才相统一的过程，推进课程思政建设是高等学校落实立德树人根本任务的战略举措[2]。课程思政作为高等学校立德树人的重要渠道，是实现全员全程全方位育人的关键。习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上指出，“使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”[3]。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，有利于高校更加自觉地坚持立德树人，坚持以学生为中心，真正做到围绕学生、关照学生、服务学生，帮助学生健康成长[4]。学高为师，身正为范。人民教师不仅是理论知识的传授者，而且应成为先进思想文化的传播者和党的教育方针的贯彻者。三尺讲台不仅是教师传授学术知识的地方，而且应该是进行思政教育与弘扬爱国主义等宝贵中华民族精神的前沿阵地。

目前，部分高等院校在材料力学课程的教学方面仍存在一些问题。一是大多数院校的教学计划修订减少了材料力学课程的学时，导致部分学生对材料力学的知识体系了解不够深入，产生畏难心理而放弃本课程的学习。二是材料力学课程枯燥、难学难懂，现在的学生大多是“00后”，其对传统的灌输式教学模式和教学方法不感兴趣，教师的教学吸引力不足，导致学生的听课效率低下。三是部分教师并未使用前沿教学技术，仍然采用缺乏师生互动的传统教学方法，学生在上课过程中参与度不高。

尽管部分院校进行了一系列与课程思政相关的力学课程的改革探索，但并没有真正实现师生互动、未能有效提高学生学习的积极性。因此，教师在授课过程中要转变传统的教学理念，改变传统的教学模式。教师要特别关注线下教学过程中的趣味性，真正做到材料力学课程理论与工程实践有机结合，力学课程与思政元素相互融合。在材料力学课程教学过程中，应当与时俱进，融入思政教育，使学生树立正确的世界观、人生观、价值观[5]，培养学生不畏困难，自强不息的奋斗精神；在材料力学中提炼哲学精神，提升工科学生的综合素养；厚植爱国主义情怀，增强学生的文化自信；加强责任感教育，培养学生对家庭、社会和国家的责任感。此外，还应建立以“学生学”为中心的课程教学改革，这样才能提高人才培养质量，真正体现大学作为学术殿堂和教育最本真的内涵[6]。

二、材料力学课程改革思路及内容

依托河北省教改项目“移动互联背景下基础力学课程资源精品化重构及优秀教学团队建设”、河北省优秀教学团队“基础力学教学团队”，我们持续推进材料力学课程教学改革。考虑到当前大学生的学习特点，我们采用以“学生学”为中心的教学模式，以课程思政为主题，从工程实例出发，将课程思政元素与工程案例相结合，贯穿于整个教学过程中。在授课过程中，以工程案例引出各章節的知识点并进行针对性的讲解，以此激发学生学习材料力学的兴趣。

（一）采用“学生学”为中心的教学模式

在高等教育创新性的教学过程中，应该把教的创造性留给教师，把学的主动权还给学生。在整个材料力学的教学过程中，我们始终围绕以“学生学”为中心，不断激发学生的学习兴趣，吸引学生的注意力。基于当前移动互联背景，我们利用课堂派、学习通等工具开展师生互动，通过启发式教学让学生真正参与到课堂教学中。对于材料力学中部分疑难的知识点，我们采用分组讨论和探究式交流的方式，让学生参与到整个教学过程中。此外，学生需要完成一定量的习题才能参加过程考核，考核可以采用线上课堂派、学习通等工具互判的形式避免抄袭现象，这样更有利于学生对知识点的整体理解与把握。

传统教学模式是以“教师教”为中心，而现代教学模式则以“学生学”为中心。两者的教学理念、教学目标、教学方式、学生学习模式与情景都有很大区别，见图1。

通过进行材料力学线上线下的教学，我们对学习材料力学的110名学生进行了学习情况的问卷调查，调查结果如图2所示。从调查问卷的结果我们可以发现，不同学生对于考试、上课、习题作业等的态度截然不同，无助内容也完全不一样。有的学生认为作业考试是检验他们能力的一种有效方式，而有的学生却对作业与考试产生畏惧心理，背上了严重的思想包袱。

（二）以工程案例和思政元素相结合，不断激发学生学习材料力学的兴趣

材料力学内容丰富、涉及面广。身边的工程案例和适当的知识拓展都可以将材料力学抽象的概念形象化，吸引学生的注意力，激发学生的学习热情，让材料力学的课堂教学变得引人入胜。材料力学课程也是源于生活和工程实践的一门专业基础课，涉及的我国古代工程案例数不胜数。中国古代的建筑规律大多可以运用材料力学的知识进行力学分析，这可以培养学生的爱国主义情怀，增强学生的文化自信。

针对学生注意力持续时间通常不超过20分钟的实际情况，在不改变每节课 45分钟的授课时间的前提下，我们把材料力学上课过程中的教学知识点细化，每节课分成2～3个知识点，每个知识点的讲解控制在10～15分钟。在讲授知识点前先提出难度适宜的工程案例，这些工程案例大多是实际生活的事例或者与中国古代建筑有关的案例。比如，在讲授应力集中概念时，可根据图3所示提出问题：“为什么我们吃的零食包装袋上都有锯齿形结构？可乐易拉罐的顶部为什么会有刻痕？这些利用的是什么原理？”在讲授材料力学等强度梁的知识点时，可与学生一起探讨2010年上海世博会中挪威馆的支撑梁设计成变截面梁而不是等截面梁的原因。然后反问学生“实际工程中你还知道有哪些梁是等强度梁呢？”学生通过探索工程案例中蕴含的力学概念和原理，对知识点的理解更加深入，突出了以“学生学”为中心的教学理念。通过这样的方式让学生在课程中起到主体作用，师生双方进行交互式、讨论式、引导式的交流，而不是像过去一样教师一个人从头说到尾，下面的学生昏昏欲睡。

通过学习古代中国科学家对材料力学发展做出贡献的典型案例，可以强化学生的爱国之情，培养学生的民族情怀。比如在讲胡克定律时，可以介绍比胡克早1500年的中国东汉时期的郑玄，他在注解《考工记·弓人》谈的：“每加物一石，则弓长一尺”，这是历史上对弹性变形最早的描述[7]；在讲授如何选择梁的合理截面内容时，可以引用宋代李诫所著的《营造法式》中的，“凡梁之大小，各随其广分为三分，以二分为厚”[8]。实际上，无论何种类型的梁，其理想截面的高宽比应为3∶2。国内外均对此规范的科学性予以了极高的评价。因为如果我们按材料力学知识进行计算，从一根圆木中截取具有最大强度的矩形梁，截面的高宽比应该为1.41∶1。这个答案与《营造法式》规定值1.5相比是非常接近的。

将思政教育渗透到材料力学的课堂教学中，既能加深学生对力学背景与工程应用的理解，又能激发学生的好奇心与想象力，培养学生严谨认真的科学态度。这种润物细无声的教学方式，发挥了材料力学课程教书育人的作用，取得了很好的教学效果。

（三）融入现代思政元素，培养学生的工程创新能力

材料力学课程的内容不仅凝聚了古代劳动人民的智慧结晶，更体现了现代建筑元素的实用性与美观性的统一。在材料力学的讲授过程中，我们需要追踪最新的工程案例，并适当地进行知识的拓展与抽象概念的形象化。

北京大兴国际机场的整体对称性与流线型设计，彼此相接的仪式感，颜色与建材无不传递着中华文明中的视觉艺术。这既是中华传统元素与当代元素的相互统一，也是实用性与美观性的统一。北京大兴国际机场俯视图如图4所示。追踪当今世界新颖的工程案例，能够吸引学生的注意力，启发学生深入思考，在激发学生学习热情的同时使材料力学课堂教学变得引人入胜。

（四）融入哲学元素，培养学生的人文精神

材料力学是一门新的学科，以1638年伽利略发表的《关于两种新科学的叙述及其证明》为诞生的标志。然而，材料力学的发展历程并不是一帆风顺的，很多理论建立的背后凝聚着诸多科学家的心血与汗水。例如，以伽利略的木梁实验作为梁弯曲变形研究的起点，历经200余年，经过胡克、伯努利等多位科学家的不断努力、实践与修正，才推导出当前正确的理论公式，找到梁中性轴的精确位置。

通过向学生讲述科学家发现并解决问题的艰辛历程，告诉学生科学是严谨的，要勇于怀疑、敢于实践，这样才能去粗取精、去伪存真，得到正确的结论。只有平时的积累达到一定的量，才能引发质变。引导学生在学习过程中独立思考，树立“持之以恒，科学严谨，不惧困难，勇于探索”的科学信念。

三、結束语

材料力学课程教学改革不能脱离以“学生学”为中心的教学理念。在材料力学教学过程中，应以“学生学”为中心，尊重教学过程中学生的主体地位，这样才能在实现师生互动的同时融入思政教育。以工程案例来驱动课堂教学，以思政教育为主线，将思政元素与工程案例巧妙结合，激发学生学习材料力学的兴趣，实现学生主动学的教学目标，提高课堂学习效率，增强学生对家庭、社会、国家的责任感。相比于传统的教学模式，工程案例引导式和互动式教学取得了良好的教学效果，更符合新工科背景下培养大学生能力的教学目标。

［ 参 考 文 献 ］

[1］ 戴葆青.材料力学教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[2］ 刘建平，周耀杭，莫丹华.深入把握高校课程思政的基本规律[J].中国高等教育，2020（23）：36-38.

[3] 张鸿雁.新时代加强高校思想政治工作的路径初探[J].科教文汇（下旬刊），2018（33）：8-9，12.

[4］ 韩宪洲.论课程思政建设中的几个基本问题：课程思政是什么、为什么、怎么干、怎么看[J].北京教育（高教），2020（5）：48-50.

[5］ 宋秋红，袁军亭，张俊，等.材料力学课程思政建设实践探索[J].课程教育研究，2019（5）：64-65.

[6］ 张新春，汪玉林.以学生学为中心的结构力学课程教学改革[J].大学教育，2021（1）：72-75.

[7］ 顾娟，陈平，孙鹰，等.通识教育理念下基础力学教学中渗透人文思想的思考与实践[J].高等建筑教育，2018（1）：42-44.

[8］ 翟彬彬.宋式建筑元素在开封现代化城市进程中的传承研究[D].开封：河南大学，2016.

［责任编辑：陈 明］