課程思政元素在工程力學教學中的融合研究*

劉洋 李哲 夏成宇 侯作富 繆鵬程

1 長江大學機械工程學院 湖北荊州 434023 2 廣州鐵路職業技術學院 廣州 510430

0 引言

當今世界科技創新方興未艾，而科技創新需要一批批大學生的積極參與和奉獻，因此，高校不僅要向大學生傳授知識和技能，更肩負著培養大學生世界觀、人生觀和價值觀的重擔，以便在未來工作中更好服務科技創新。思政元素是各類學科教育的關鍵元素，尤其是工科基礎課程，例如，工程力學更需要在課程教學中融入思政元素。隨著時代的進步和教學改革的推進，由于常規教學模式自身特點的限制，常規教學模式難以激發學生學習興趣，抑制了學生的創造力，不利于開展啟發式和探究式教學，這些缺點嚴重影響了教學效率。在教學過程引入思政元素，采用以課程思政案例為切入點的教學模式，培養學生扎實的理論基礎的同時，引入老一輩科技工作者的奉獻精神案例，培養學生對工匠精神的深刻認知，激發學生對未來學習和科研工作的熱情和興趣，培養學生的自信心和成就感，進而升華對社會的奉獻和對國家的熱愛。在常規理論課程教學過程中引入思政元素，有利于提高課堂教學的生動性，克服常規教學枯燥無味、生硬難懂的缺點，是一種改善課堂教學的有效方法。

1 現階段工程力學課程教學存在的不足

工程力學為專業基礎課程，主要采用理論教學、課堂練習、課后練習等相結合的教學方式，使學生掌握工程力學基本理論和計算方法。這些傳統的教學方式不能引起學生的興趣和好奇心，導致學生的學習積極性降低。

以長江大學機械學院工程力學為例，該課程主要針對工業設計和環境工程專業的學生，工業設計專業偏向美術或藝術類專業，而環境工程主要偏向化學專業，這兩個專業課程大綱中高等數學、畫法幾何以及理論力學課程學時較短，造成學生對工程力學學習不夠深入，學生認為該課程難度較大。課程內容涉及力學建模和公式推導，對這些內容的學習讓學生感到枯燥乏味，而且部分內容難以理解，導致學生逐漸失去對該課程的興趣，從教學過程來看，工程力學教學過程主要存在以下幾點不足。

1.1 不利于啟發式和討論式教學模式的實施

在高等教育改革過程中，許多傳統學科不可避免地要減少學時，工程力學也不例外。課時量急劇減少，導致單位時間內所需的教學內容大大增加。在教學中，如果啟發學生思考、討論問題的時間較長，就不能保證教學任務的完成。

1.2 不利于培養學生獨立學習和創新的能力

在傳統教學中，教師以教材為中心，知識單向傳遞給學生，學生只能被動地接受內容，不利于自主學習能力的培養，抑制學生創新能力的發展。

1.3 不利于培養學生解決實際工程問題的能力

按照常規教學模式，雖然教師在課堂上引入工程實例會引起學生的好奇心，但難以進一步分析這些工程案例。因此，不利于培養學生解決實際工程問題的能力[1-2]。

1.4 不利于培養學生理論與實踐結合的能力

將工程力學知識應用于實踐，需要組織學生參與實踐活動，傳統填鴨式教學方式不利于培養學生實踐應用的能力。

2 思政實例融入工程力學教學的優勢

2.1 使學生成為課堂的主人

利用思政元素與實際案例結合的方式可以克服現階段學時減少、學生缺乏工程背景等諸多負面因素的影響，幫助教師運用啟發式教學方式討論探究，調動學生的積極性，培養學生用科學的思維和方法解決實際工程問題的能力，使學生真正成為課堂的主人。以工程實踐案例為核心，提前對工程力學課程的教學案例進行分析研究。學生完成案例分析會對相關問題有一定了解。因此，教師不像以前那樣忙于教學任務，有足夠的時間讓學生探究教學的重難點內容。

例如，講授靜力學的5個公理，在其中一個加減平衡力系的公理中，如果只按照課本內容講解，學生無法有效理解公理概念和知識點，不利于對公理的掌握和記憶，有經驗的教師會列舉實際案例，包括該知識點的誕生由來，公理的應用等，可以用拔河比賽的例子講解加減平衡公理，如此講解讓學生更加清晰理解知識點，而且便于對公理的記憶。

2.2 提高和調動學生學習的積極性

思政案例作為工程力學教學過程的核心元素，引導學生設計解決方案，使學生有“沉浸式”的感覺，能夠理解“學習”，激發學生強烈的興趣和求知欲。

2.3 有利于提高學生分析和解決實際問題的能力

思政案例是真實發生的事件，思政案例作為工程力學的核心內容，通過學生對思政案例的合理分析，運用科學思維方式才能有效解決問題[3]，將有利于提高學生分析和解決實際問題的能力。

2.4 有效減少教學時間，以克服不利影響

思政元素融入工程力學教學過程，需要學生在課前對案例做充分的理解和準備，教師在課堂上只需關注學生掌握不好的地方，這樣可以減少教師在課堂的講述時間，學生有更多時間延伸到課外活動中，提高課堂效率的同時，有利于促進教學任務的順利完成。除了引入課程實踐教學環節，在今后的課程教學中還需進一步加強對學生抽象能力和計算能力的培養，為后續相關機械專業課學習打下良好基礎。

2.5 利于學生對科技創新和工匠精神的認知

將杰出科學家攻堅克難、執著追求的事跡以適當的方式引入課堂教學，利用榜樣的力量激發學生勇于探究、刻苦鉆研的內在動力，利于學生對科技創新和工匠精神的認知。

3 以思政實例為核心的工程力學教學實施

3.1 教師的準備

1）首先，為了保障思政元素有效融入工程力學課堂教學，教師必須在課前對思政案例進行精心準備，選擇思政案例讓學生感覺真實，不再是一個“模糊”事件，這樣才能激發學生的好奇心和探索欲望。其次，設置學生需要完成的課程目標。例如，對強度、剛度及穩定性理論知識的掌握，能較熟練運用材料力學方法完成桿件結構安全性校核、截面設計及安全許可載荷確定等任務，解決各類工程結構的安全問題。教師需要通過揭示桿件強度、剛度、穩定性等知識發生過程，培養學生分析問題與解決問題的能力，并以理論分析為基礎，培養學生的邏輯思維能力。同時，進一步培養學生在科研工作方面的能力，包括力學問題建模、力學計算及其工程應用方面的能力。拓展學生專業知識和工作學習能力，強化學生自主學習和終身學習的意識，訓練學生掌握自主學習的方法和技能，增強學生適應科學技術發展的能力，培養學生根據實驗方案，構建實驗系統。

2）教師需要引出與力學相關的工程案例，而且工程案例中應融入思政元素，引導學生以積極的心態學習力學課程。關于列舉工程力學課程中的思政案例，包括一些與力學課程相關的科學現象，如塔克拉瑪大橋為什么會抖動，鉆井工程為什么會發生重大井噴事故，這些事故與工程力學的研究有較大的關聯性，而這些難題為什么一直沒有完全攻克，需要青年學生發揮自身優勢，燃燒自我、奉獻社會，實現自身價值的提升。除了這些國家工程實例外，教師還需要引入和力學課程相關的先驅人物事例，例如，一代力學宗師徐芝綸教授90歲高齡依然堅守課堂教學，徐芝綸教授在固體力學研究上做了大量的前期工作，取得了國家一流課程教學成果，卻一直堅守在工程力學的教學第一線為國家培養力學專業人才。他曾先后教授過應用力學、材料力學、結構力學、彈性力學、水力發電工程等十多門課程。還有航天英雄楊利偉神五飛天對國防科技的影響，錢學森等老一輩科學家的執著與愛國精神，這些思政案例在課堂中對學生產生“潤物細無聲”的影響，體現了思政元素在課堂教學中的重要性。

3）教師在講解工程力學材料力學部分內容時，需要分清楚內力和外力的關系，因為物質在受力過程中既有內因還有外因的綜合影響，便于學生對材料力學和理論力學的區分和掌握，這對理解后續課程內容奠定基礎，這兩種力學課程既有聯系又有區別，例如，講到拉壓桿件需要向學生說明外力、拉力（壓力）、軸力、內力、應力之間的區別，以及彼此之間的單位形式，往往這些細節問題講授不夠深入，會對學生形成很大的困擾[4-5]。同樣的情況，穩定性安全系數要比強度安全系數大得多，要加強未來工程師的責任意識教育。因此，在工程力學課程教學中，既要考慮知識點的準確性，也要研究講授方法。

3.2 學生的準備和需要完成的目標

準備好案例，提前1～2周向學生布置預習任務。案例的敘述需要突出實際工程背景，課后學生可以使用參考書、互聯網、聊天軟件討論并解決問題，真正練就學以致用的能力。

教師在講授的過程中，將課程目標融入學習內容，可以結合相關工程案例引起學生的重視。例如，對于材料拉伸（壓縮）實驗章節，為什么要做材料試驗，需要聯系材料力學的幾個目標，對于任何結構件需要滿足強度、剛度、穩定性這三個基本的目標，并設定相應的安全因素，工程力學是將力學原理應用到實際工程系統的科學，要求學生具備嚴謹的科學態度與精益求精的工匠精神[6-8]。

再比如，學習零件安全系數部分的內容時，用思政案例來說明安全系數的重要性，列舉美國挑戰者號航天飛機升空十秒發生爆炸事故。講到應力概念，和壓強聯系起來，壓強和應力計算公式比較類似，而兩者又存在區別，應力由內力引起，可列舉氣球爆炸事例。講到強度問題還可以列舉雙殼潛艇艇體，內殼是鋼制的耐壓艇體，保證潛艇在水下活動時，能承受與深度相對應的靜水壓力，外殼是鋼制的非耐壓艇體，不承受海水壓力。

學生需要達到的課程目標要求：解決各類工程結構與設備中材料、構件、結構設計中的安全問題，能夠應用工程力學、自然科學和工程原理識別和判斷機械產品設計、制造、控制和使用過程的關鍵環節和參數，并應用于工程實踐。

4 結束語

在工程力學課程中引入思政元素是培育人才的重要手段，人才培養需要注重人文情懷、職業技能的培養，教師還需要掌握正確方法。例如，講解胡克定律時要和高中階段的學習內容加以區分，在工程力學中所學習的胡克定律有不同的公式類型，需要進行分類分解，整個課程貫穿胡克定律的范圍，不論是拉（壓）桿、扭轉變形還是彎曲變形都離不開胡克定律，因此，胡克定理推廣應用非常廣泛，材料力學課程安排從簡單到復雜，將這些力學定理串聯起來，并和實際案例相結合，其中穿插一些思政元素，可以有效提高學生的獨立思考的能力，使學生對價值觀、人文情懷、職業素養有更深刻的體會和認識。在工程力學課程中引入思政元素是提升學生技能的重要途徑：工程力學中彎曲內力和彎曲切應力是教學中比較困難的內容之一，具有一定的挑戰性，需要探索如何將現行的教學方法與思政元素結合起來，結合實際案例，增強學生對知識點的掌握。