“结构力学”教学中思政元素融合的实践与探索

2023-11-22许峙峰吴玉顺

教育教学论坛 2023年35期

许峙峰，吴玉顺

（武汉工程大学土木工程与建筑学院，湖北武汉 430074）

引言

新时代中国特色社会主义建设对工程人才培养提出了更高层次的需求。教育部自2017年来，不断推进新工科建设，就是为了培育德学兼修、德才兼备的高素质工程人才。党的二十大报告中更是明确提出落实立德树人根本任务［1］。“北京指南”指出工程人才须具有的人文意识——家国情怀、国际视野、法治意识、生态意识和工程伦理意识。这恰好是高校思政工作理想的切入点和落脚点。在加入《华盛顿协议》组织的时代背景下［2］，吸收国际工程教育理念，积极把思政教育与理论教育有机结合，补齐我国传统工程教育中重理论轻人文的短板，探索具有新时代中国特色的工程教育课程，是新工科建设的应有之义和内在之实。

在新时代背景和新兴工科专业的浪潮冲击下，传统工程教育模式培养的学生越发难以适应新兴的社会生产模式，乃至学生产生专业焦虑感和择业抵触感。这是传统工科在当下必须面对也必须解决的难题。要解决这一普遍性的难题，一方面要靠国家积极引导行业改革，使现有传统工程生产体系适应新的社会需求；另一方面，高校传统工程教育必须拓宽教学的延性和广度，一是围绕“一带一路”倡议，树立“走出去”的国际工程意识，培养国际普遍性认可的工程人才，这就要求学生有扎实的理论基础和深厚的人文素养，二是积极与其他专业相融合，培育“连起来”的新型专业视野，提高学生寻找不同学科特别是新兴学科与传统工程教育关系的能力。只有培育出符合新时代发展形势的新型工程人才，才能倒逼乃至升级现有的工程生产体系结构，为新形势下我国的工程建设事业提供强有力的人力资源支撑。

在偏向专业性的工科的传统教育模式下，课程思政教育不成体系，也没有明确的方向，但这并不意味着思政教育在传统工程教育领域中缺席了。传统工程教育中的思政教育集中体现于教师在教授专业知识的过程中的一言一行，如春风化雨，润物无声，正是许多优秀的教师在日常教学行为中自然流露的专业态度和人文关怀，从日常教学和科研中的点点滴滴汇起，帮助学生树立良好的世界观、价值观、人生观与专业观，正所谓“桃李不言，下自成蹊”。然而，这种传统的近乎“道法自然”的人文思政教育对教师和学生都有很高的要求，一方面，不仅仅要求教师要有深厚的品德积淀，恰如孟子所言“吾善养浩然正气”那样的大师风范，而这并非一朝一夕之功，对教师提出了很高的要求；另一方面，学生也要有“心有猛虎，细嗅蔷薇”般的见微知著的观察力，不仅仅要掌握专业知识，更要在此基础上多一份心去体会、理解与感悟，做课堂上的有心人和思考者。这种情况下的思政教育显然不能满足新时代立德树人的迫切需求，我们结合课程实际，在土木工程专业基础课程之一的“结构力学”课程中进行了一定的探索与实践，通过把家国情怀、自然辩证法和力学基本思想与课程设计进行一定的融合，重新构建新的教学体系和反馈机制，希望能引导学生用联系的观点看待工程问题，用人文的关怀思考工程实践。从而在一定程度上提升学生理论基础的宽厚性、工程素养的人文性、学科融合的自觉性。

一、课程总体设计中的辩证法探索

（一）传统的“结构力学”授课流程

当前国内主要的“结构力学”课程主要包含结构几何构造性分析、影响线、静定结构求解、超静定结构求解、结构动力学及结构稳定性分析这几大模块。考虑到内容时长和课时原因，很多高校把结构动力学和结构稳定分析作为选修内容。传统的教授内容都是按照教材的内容顺序，从结构的几何分析树立结构的概念，到求解静定结构树立更高层次的力学直觉，学习基于能量法的虚力原理求解位移为力法打基础，然后在力法基础上学习位移法，介绍传统工程常用的渐近法，最后讲解为电算化而广泛应用的矩阵位移法。在知识层次上，这种体系递进合理，思维逻辑严谨，也是国内主流的授课模式。但是美中不足的是各个模块的逻辑顺畅性通常也只建立在学完全部的课程之后总结思考回顾的基础上，其实在实际教授中学生普遍反映各个模块间的割裂性还是很强的［3］，像一座座课程孤岛，学生在此间跳来跳去，会有一种“我是谁，我在哪，我要做什么？”的困惑感。如何引导学生用联系的观点来思考，把各个分块的理论串联，形成总体的观念，逐步使学生建立起对整个结构力学体系更深层次的内联体会，是我们当前的着力点和发力点。

（二）并行的结构力学多向引导

设计以龙驭球院士所著的《结构力学》为范本，大胆突破既有定式，引入新的授课流程，把辩证的对立统一思想贯穿教学的始终。其实辩证法在结构力学的专业范畴中随处可见，在《结构几何构造性分析》这一章里，结构和机构就是自然辩证法中动与静的范畴；而真正可以说是结构力学两大核心的便是位移和力，这两者看似对立，实则统一于功，并且能相互转化。例如，在静定结构的影响线的机动法求解中，仅仅用结构的刚体位移就可以表示结构在某一点的荷载影响线，这正是两个对立的范畴位移向荷载转化的实例。再例如，利用虚力原理求解结构的位移本质是求一个关于内力的积分，这恰恰也是荷载向位移转化的实例。所以，只有抓住这种固有的联系，深入把握位移与力这两种的对立与统一的辩证关系，才能对结构力学有系统的深刻认知。于是我们尝试在原来的教学顺序上插入虚功原理，并且在位移计算、影响线、力法以及位移法的教学过程中不断重复、引申，突破常规的线性叙课，努力构造双线程并发的课程模式。当然值得注意的是，我们这里强调的双线程并非双线共进，而是将虚功原理作为授课的一条红线，引导学生从感性认知到理性认知，用辩证的、联系的观点去审度力法和位移法之间的对立统一关系，逐步用联系的观点串起虚位移原理和虚力原理的对立统一于虚功原理的这种固有关系，从而使学生对马克思主义唯物辩证法的抽象的、思政性的认知与专业的认知形成一定的对接，从专业的角度去了解唯物辩证法的对立统一规律，让学生对“归根到底是因为马克思主义行！”产生实践上的体会和理解，与思政课程形成合力，增强学生对思政课程必要性在认知上的认同感和参与感。

二、课程局部细节里的人文性探索

（一）工程与思政的密切联系

仅仅从课程总体设计中加入自然辩证法还是远远不够的。一方面，传统的工科教育普遍缺乏人文性的渗透，然而工程教育作为来源于人类工程实践的需要而被高度抽象化的理论，显然天然具备与客观存在互补的优势基因，任何理论脱离实践与历史都是站不住脚的。另一方面，伟大的中华民族的工程史就是一部奋斗史、创新史，是伟大创造精神、伟大奋斗精神、伟大团结精神与伟大梦想精神的集中展现和有机融合。千万先辈用汗水和血肉筑成的一座座宏伟工程不是木讷无声的客观存在，而是生动鲜活的精神图腾。到工程历史中做思政，去工程实践中找人文。为了进一步提高学生的文化自信与家国情怀，我们尝试在日常课程中加入结构历史教育，选取我国历史上著名的与结构概念息息相关的工程实例，引导学生把抽象的、高度概括化的力学结构同形象的、具象化的富有爱国主义情怀的客观存在联系起来，既加强对学生力学工程直觉的培养，又提高学生对民族文化的认同。

（二）理论与工程的前呼后应

在授课内容上，我们并非直接讲解论述这些栩栩如生的实例，而是采用“一前一后两中心”的引导式模式。所谓“一前”指在上课前学生以小论文的方式提交对于一个问题的思考，即“工程实例在其历史阶段中出现的必然性的启示”，我们提出这个问题，是为了强化学生的唯物史观，为了让学生明白任何工程都不是孤立存在的，而是理论基础和政治、经济、文化社会文明发展到一定阶段的附属产物，透过对我国历史上著名的工程实例的深入思考，了解我国辉煌的工程文明，从而增强民族自信心、提高文化认同感以及培育家国情怀。而所谓的“一后”则是在课程后基本掌握理论要点的基础上回答“工程理论在工程实例中的体现及其启示”，提出这个问题是希望学生将抽象的知识具象到实际中，对实际工程朝理论方向溯源，立足原理追寻实际从而展望未来。可以看到，以上两个问题都紧紧围绕着工程实例与工程理论这两个重点来展开，这也就是所谓的“两中心”。

例如，在桁架结构课程之前，我们对学生提出以下问题：“武汉长江大桥、南京长江大桥在其历史阶段中出现的必然性的启示”。由于学校身处武汉腹地，武汉长江大桥又是著名的城市景点，很多学生都登临远眺过，所以学生对此问题的研究热情十分高涨，提出的各式观点也让人耳目一新。有的同学从政治方面着手，考察中苏关系在两座桥梁中的体现，发出“苏联对我国建国初期的友好援助不能忘，但联系到当下国际形势，为了防止被人‘卡脖子’，中国工程人还是要走自主创新自力更生的路子！”的感慨。有的同学从经济视角切入，着重分析第一个五年计划的深刻影响：“社会主义的工业化为大桥的修建提供了强有力的经济支撑，大桥的建设充分体现了社会主义的优越性——集中力量办大事。”有的同学从历史人文角度回顾了大桥背后悲欣交集的历史：“20世纪初晚清的次次上书，到民国时的谆谆念想，为了打通京汉、粤汉两条铁路，多少仁人志士尽白头！半个世纪的梦想与企望，半个世纪的屈辱和无奈。天堑变通途，旧的历史从此结束，新的历史开始起航！”让人欣慰的是也有同学从专业角度出发：“桁架结构较实腹梁轻盈，并且在20世纪50年代已经较为成熟，加上工业化带来的炼钢技术的支持，在那个时间点上，无疑是最好的选择。”

再例如，在拱桥结构课程结束之后，学生们又回答了“拱结构原理在赵州桥中的体现及其启示”。学生们比较标准的回答都集中于拱结构变弯是充分利用石材的抗压性能的理论基础，但表现形式各有不同。有的同学通过在网络上收集到的赵州桥的图片，从而拟合计算出其桥型符合的二次抛物线；有的同学利用赵州桥的悠久历史结合地质条件阐明在合适材料和坚实基础之上的拱的结构稳定性和耐久性；有的同学重读小学时学过的茅以升先生的《中国石拱桥》，坚定了对民族文化的自信；有的同学援引国际工程界的评价——“国际土木工程里程碑”来表明赵州桥的影响力；更有同学列举了当代许多拱桥的美学设计中的赵州桥的影子。这也说明了学生把对课本上抽象的理论基础同客观存在建立起了良好的联系，甚至能在此基础上开拓自己新的视野和建立更深的人文体会。

三、小结与展望

本次课程实践虽然只是一次简单的思政探索，但受益的不仅仅是学生，作为教授者的我们同样也感受到了年轻学生身上洋溢的种种可能。也深深地感悟到，教育的本质核心绝非灌输，而是引领。在新世纪成长起来的新一代大学生正经历前所未有的信息爆炸的冲击，万物互联的时代，种种思潮席卷而来，如何正确引领学生的思想认知，培育德才兼备的现代化人才？正如前文所述，我们不过是给了学生一个方向，但学生们却自发地带回了满天星光。同时，作为课程设计者的我们，肩上的重担显得愈加沉重。一方面，急需提高自己的思政知识水平，并建立起常态化的同传统工科的内在联系的思考，希望能在未来建立起更自然生动的专业课程体系，给学生搭建更顺畅的内容吸收与消化的知识平台。另一方面，如何丰富课程内容，在不失严谨的课程教育中调动起学生活泼乐观主动的求知态度，让学生真正学有所思、学有所得、学有所向，是接下来应当不断追求的目标。结合教学实践中的反馈，我们提出以下几点展望。

（一）新的思政与理论结合的教材

把思政和工程理论联系起来，让理论变得鲜活起来，使思政具有现实意义的物质载体必然要落实到一本汇聚人文气息而又不失严谨的教材之上，目前具备中国文化特色的理论教材仍在缺席。新时代呼唤新的教材建设，但显然这种教材的建设不能仅限于工科课程专家小圈子的交流，而是需要更多的思政历史学科专家打破课程壁垒，共同协力。