材料力学课程思政元素的挖掘与教学实践

1、材料力学课程思政元素的挖掘与教学实践摘要#根据材料力学课程特点及教学内容，基于高等学校课程思政建设指导纲要的精神，从马克思 主义哲学、工程伦理教育、大国工匠精神、家国情怀和使命担当等四方面全面挖掘课程思政元素；并结合 课程教学实践，采用BOPPPS教学模型以“提高梁强度的措施”这一知识点为例进行教学设计，让思政 元素和课程知识完美结合，为材料力学课程思政建设提供一定参考$关键词#材料力学；思政元素；教学实践;BOPPPS教学模型全国高校思想政治工作会上强 调，要用好教学这个主渠道，所有课堂都有育人功 能，其他各门课要守好一段渠、种好责任田$各类课 程都要与思想政治理论课同向同行，形成协同效应$

2、 坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯 穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人$课 程思政建设是高校落实立德树人根本任务的有效途 径$1全国各地高校贯彻落实会议的重要指示精神， 相继对课程思政开展了探索和研究，并用于实践，取 得了丰硕成果。南京理工大学泰州科技学院是以工科为主的应 用型大学,材料力学是学院力学课程群的课程，是土 木工程专业的专业核心课程。课程与工程实际联系 密切，注重培养学生从工程实际中归纳和抽象力学模 型的能力，并根据力学模型开展构件强度、刚度和稳 定性的分析，为设计既安全又经济的工程构件提供理 论基础和计算方法。在课程教学中，以成果教育理念 为导向，立足工程认证

3、，同时为实现育人目标，需将知 识传授、能力培养和价值塑造三者有机结合$因此， 开展材料力学课程思政的必要性不言而喻。找准思 政教育元素与课程知识的切合点，并自然融入教学是 实现课程思政的关键，也是本文的目标所在。、思政元素的挖掘（一）运用克思主义立场观点方法指导学生学 习，培养科学精神和科学思维$材料力学属于自然科学，课程的教学内容和研 究方法蕴含有很多马克思主义哲学基本原理，充分 体现了唯物辩证法中对立统一规律、量变质变规律 和否定之否定规律$通过前期课程教学实践，已将 涉及“三大规律”的一些思政元素加以梳理并融入了 课程教学；在课程学习中，强化学生利用科学方法进 行问题分析和解决能力的提升

4、，同时辩证思维也在 之一环节得已加强$对立统一规律$绪论讲授时，通过工程图片 让学生谈感受，引出安全和经济这一对立统一的矛 盾体，从而阐述材料力学的研究任务$横向变形系 数泊松比的概念讲解时，结合“此消彼长”的哲学原 理开展，让学生清楚矛盾的双方既对立又统一，又共 同推动着事物的发展$讲授应力公式推导时，首先是观察实验现象，由 现象得出平面假设，然后结合变形给出几何关系，再 根据物理关系给出应力分布规律，最后由静力平衡 关系推出各类基本变形在任意一点的应力计算公 式$通过比较不同应力状态下应力计算公式的推导 思路不难发现这一过程是相同，且可以用统一的公 式即内力与截面的几何性质得比值来定义，只

5、是不 同基本变形下的内力、截面性质不相同而已$再如， 材料在各种不同的应力状态下，导致材料出现不同 类型的破坏现象，破坏现象虽有所不同但均由某一 主要因素所决定的，这说明事物虽然有复杂的表象， 但却有相同的本质$最后，强度理论公式应用到生 产实践，分析步骤为作内力图一找危险截面一画应 力分布图一找危险点一分析应力状态一采用强度理 论公式计算！以上教学内容反映了事物的普遍性和 特殊性的辩证统一关系！可见，材料力学公式虽多， 但分析问题和解决问题具有共性，让学生学会根据 观察到的个性总结共性，通过共性理解个性指导学 习，使得学习方法更为科学，使学习效率得以提高, 达到事半功倍的效果！结合材料力学的

6、基本假设、“以切代弧”近似计 算变形方法、危险截面的意义、横力弯曲梁正应力公 式、梁挠曲线近似微分方程推导及力学模型的抽象 简化的知识点，告诉学生研究问题学会如何把复杂 问题简单化，做事情要抓主要矛盾及抓矛盾的主要 方面，而忽略次要矛盾！量变质变规律。讲授材料的力学性能时，分 析低碳钢拉伸时应力一应变曲线，主要分为四个阶 段：弹性阶段、塑性阶段、强化阶段、颈缩阶段，这四 个阶段体现了量变到质变的变化规律，强度特征点 是区分量变到质变的根本标志。分析低碳钢扭转破 坏、疲劳破坏的过程同样符合量变质变规律，通过材 料力学性能的讲解，告诉学生成功并不是一蹴而就 的，学习要重视知识的积累，要脚踏实地、埋

7、头苦干, 要有恒心，切忌浮躁心理，最终通过努力，知识积累 到一定程度，学习一定会达到预期的效果！否定之否定规律。材料力学许多理论的建立 过程都是曲折的，需要科学家不断地探索，修正并完 善理论体系！比如，中性层的位置的确定经历了近 200年的论证，伽利略在其著作关于两门新科学的 对话中给出了中性层在梁的下侧的错误结论；英国 科学家胡克定性地给出了梁弯曲时一侧受拉、另一 侧受压的结论，但研究并不深入，且未涉及中性层位 置；随后马略特、莱布尼兹、伯努利等人的研究工作 虽涉及了这一问题，但均未得出正确结论；法国学者 帕伦对这一问题取得了突破性的进展，纳维最终给 出了正确结论！众多科学家为了力学理论的研

8、究前 赴后继，通过这一案例可见，即使权威也会犯错误, 鼓励学生在学习的过程中要大胆质疑，勤于思考，敢 于实践，培养学生的科学精神，同时告诉学生对事物 的认识是在不断前进的，但过程是曲折的，从而联系 到学生成长的道路不是一帆风顺，要对未来充满信 心，不要因为一时挫折而丧失信心，经历的困难多 了，也就会变得越来越成熟！（二）强化学生工程伦理教育工程伦理教育的主旨是对学生工程伦理意识的 培养、社会责任感的涵育和价值观的塑造！通过意 识和责任教育，塑造未来工程师“关爱生命、关爱自 然、尊重公平正义”的可持续发展价值观！工程意识 是工程师最重要、最基本的核心素质！*3+在课程教学 中，结合对工程事故的分

9、析，提高学生工程安全意 识，培养学生工程师职业素养！如讲解强度时，引入 泰坦尼克号沉迷案例；在压杆稳定部分，介绍魁北克 大桥倒塌原因及工程师之戒的意义；在变形问题的 讲解中，将塔科马海峡大桥的坍塌事故融入其中，这 些案例时刻提醒学生工程师应当承担的责任，使得 工程伦理思想在学生的意识中根深蒂固。（三）培养学生精益求精的大国工匠精神大国工匠精神可以概括为以下五点：诚信、专 注、严谨、求精、创新。材料力学课程讲解中可结合中国古代优秀建筑: 悬空寺、故宫、应县木塔等，这些建筑充分显示了我国 古代木结构建筑的高超技艺，体现出精益求精的工匠 精神。工匠精神的培养还可以通过技能培训。内力 图的绘制是材料力

10、学教学的重点和难点，在力学学习 过程中至关重要。部分学生在学习这部分内容时常 常理不清头绪，缺乏耐心，有畏难情绪，丧失学习兴趣 并在后续的学习中会造成恶性循环。平时注意精讲 多练、循序渐进。先从简单的轴力图和扭矩图着手, 提高学生学习的自信和兴趣，同时在指导学生作图过 程中，告诉学生内力图包含的基本要素缺一不可，要 注重细节、通盘考虑；而弯矩图和剪力图的绘制则根 据内力方程，结合数学思维方式引导学生分析得出内 力图的规律，并由教师总结归纳成便于学生记忆的内 力图规律顺口溜，从而使得学生快速掌握内力图绘制 及判定内力图绘制否正确的方法，培养学生在绘图过 程中严谨细致、一丝不苟的科学精神。材料力学

11、的实验环节是工匠精神集中体现，做 实验需要专注的职业态度，精益求精的质量意识及 创新精神。对于一般验证性实验，学生应严格按照 实验室规章、实验规程、实验流程和实验注意事项正 确操作实验设备和仪器，并且认真观察实验现象和 正确记录实验数据，在这个过程中需要学生专心专 注；对于综合性实验和设计性实验，由学生自主设计 实验方案，实验过程中会出现很多问题，这需要学生 实事求是地分析实验结果和解释实验现象。可能实 验失败了，那就需要不断地尝试、改进和总结，在这 类实验教学中，应该允许学生按照自己的想法大胆 去做实验，在实验的过程中逐步培养学生的科学思 维；实验分组操作让同学做好人员分工，进一步锻炼 同学

12、间的团队合作精神。（四）激发学生科技报国的家国情怀和使命担当 在我国的历史长河中，材料力学用于生产实践 的案例数不胜数，很多古建筑凝聚了人们的聪明才 智举世闻名的都江堰，充分利用了岩石的热胀冷 缩、卵石的抗压性和楠竹的良好抗压性；隋朝李春设 计建造的赵州桥，是当今世界上现存最早、保存最完 善的古代敞肩石拱桥，该桥充分利用了石材抗压性 能好的优点，联系到国家倡导的一带一路建设，把我 国的基建强项推广到全世界，学生在惊叹的同时更 增强了使命感和责任感在讲解梁高宽比的例题时，引入北宋李诫在营 造法式中的木梁高宽比1.5结论;讲解胡克定律时! 引入东汉经学家郑玄注考工记弓人：“每加物一 石，则张一尺。

13、”由国防科技大学的老亮教授认为郑 玄最早提出力与变形的正比例关系建议把胡克定 律改成郑玄一胡克定律+5,让学生体会中华文明的 源远流长，增强文化自信介绍我国力学大师钱伟 长、周培源，发现他们都具有开拓进取的精神，为祖 国的力学发展奋斗终生目前我国推动科技创新更 需要把更多注意力放在加强基础研究、应用基础研 究上，传承学者爱国、奉献的精神，激发学生科技报 国的家国情怀材料力学蕴含了丰富的思政元素，有时一句话、 一个名词、一个问题或是一个现象都会对学生思想 情感产生积极的影响，教师需用心去琢磨，在教学过 程中切忌生搬硬套，需将教学策略与艺术的手段巧 妙融合由于课时量有限，在不增加课时的情况下 提高

14、课程思政教学效果，课程组教师授课以线下教 学为主，线上教学平台为辅，线下教学摒弃偏题、怪 题，重组教学内容，融入一些突出的思政案例进行讲 解，充分利用线上教学平台发布一些关于国家重大 工程实例、力学发展史、力学家故事、力学原理、概 念、参数、公式的由来、工程事故案例等素材；发布思 考题让学生自主分析，培养学生创新精神；发布开放 性讨论话题，鼓励学生留言谈自己的理解和感悟，激 发学生学习的兴趣；发布研读资料，学生查阅文献撰 写论文，培养学生自主学习能力二、课程思政教学实践以“提高梁强度的措施”为例，综合利用所学知 识，在教学实践中采用BOPPPS教学模型进行六阶 段教学。（一）导入！Bridge

15、 in）导入是为了引起学生学习的注意力，采用网络上 耳熟能详的“三人扛木头”漫画引入，这个漫画的目的 显而易见，告知大家利用团队合作的力量扛木头过悬 崖，换一个角度提问：能不能木头放在地上过去呢？ 这就变成梁的强度问题，给出类似的工程案例“二人 过河”，思考如何安全过河，是不是也需要团队力量 呢？引导学生思考工程实践中如何处理梁安全性（足 够的强度）和经济性（成本最低）的关系，通过图片和 任务引入培养学生发散性思维，并提升团队意识。（二）学习目标！Objective）知识目标是理解梁的合理强度设计的概念，掌 握提高梁强度的措施，了解实际工程中的梁的合理 设计的重要性。能力目标是能够阐释提高梁强

16、度的 措施，能够利用梁的合理强度设计知识进行工程问 题的判断、分析、优化，能够针对实际工程问题通过 合理措施提高梁的强度。育人目标是培养学生的科 学思维；培养学生的团队合作精神；将未来工程师塑 造成爱岗敬业且具有崇高使命感和责任感的人。（三）前测（Pre assessment）采用提问应答方式。问题：梁的正应力和切应 力强度条件？梁横截面上正应力和切应力分布规 律？基本图形（圆形、矩形）的截面几何性质？经过 前测，学生已经掌握梁的强度条件、梁横截面上正应 力和切应力分布规律，能够记住基本图形的截面几 何性质，并能够计算组合图形的截面几何性质。（四）参与式学习（Participatory Lea

17、rnmg）参与式学习环节应针对不同的教学内容，采用 合适的教学方法，在该环节的教学实践中将讨论式 学习和案例分析相结合，在讲解的过程中逐层递进! 引导学生逐步深入分析。根据梁横截面上正应力分布规律和内力图提出 梁的合理设计的概念，从梁的抗弯强度公式出发，提 出通过减小截面最大弯矩、增大抗弯截面模量、充分 利用材料力学特性等方面来提高梁的强度。减小截面最大弯矩。结合古代建筑中斗拱设 计示例，让学生认识减小截面最大弯矩的方式可通 过改变加载方式、合理布置支座位置来实现。同时 使学生感受到古人的智慧、传统建筑带来的力量，体 现了大国工匠精神，增强学生的爱国情怀。增大抗弯截面系数。通过合理设计截面形

18、状、优化材料截面分布来实现，列举矩形梁、箱型梁 及工字梁的工程实例应用结合“一双筷子”和“十双 筷子”的抗弯截面系数对比，说明团结互助才能发挥 巨大力量。充分利用材料力学特性。提出关于T型截面 铸铁梁在不同受力状态下如何布置的思考题，引导 学生分析得出发挥材料特性结论：对于拉压强度不 等的材料如铸铁、混凝土，应使距中性轴较远的边受 压应力，从而使材料得以充分利用。结合钢筋混凝 土梁进行说明，通过工程事故案例分析悬臂梁配筋 错误的危害性，培养学生工程安全意识通过变截 面梁中等强度梁的设计思想对梁截面进行优化基 于生活实践和工程实践进行实例分析：在分析的同 时提高学生的学习兴趣，增强学生的人文素养最 后，回归到导入时的任务，学生讨论分析单人能否过 桥，如果按照改变荷载分布的原理分析单人爬行能 否过桥，如果一个人想过桥，最多能走多远？两人如 何配合才能过桥？如果木板只是搭在河沟上，没有 与地面连接，又如何过河？问题导向型教学，向学生 传递“大胆假设，小心求证”的科学精神，培养学生严 谨的逻辑思维后 测(Post assessment)通过泛雅学习通平台发布10道单项选择题考 察学生对知识的记忆、理解与掌握，在平台上发布叠 合梁和胶合梁练习题引导学生利用所学知识点分析 实际问题。总结(Summary)梳理整节课的内容：梁的合理设计的概