“计算固体力学”课程思政融合探索与实践

［摘 要］ “计算固体力学”是力学相关专业高年级本科生和研究生的一门专业核心必修课。鉴于计算力学在我国的“两弹一星”、航空航天等许多重大战略任务中发挥了至关重要的作用，“计算固体力学”课程可成为对学生加强思政教育的关键载体。详细介绍了北京交通大学“计算固体力学”课程的思政建设与教学方式改进，探索和实践了课程教学与思政教育的融合方法。通过在全课程的教学环节融入相关思政元素，很好地培养了学生的爱国主义情怀、创新意识和社会责任感，引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观，实现知识传授与价值引领相结合的教学育人目标。

［关键词］ 计算固体力学；课程思政；教学改进；探索实践

［基金项目］ 2023年度北京交通大学校级教改项目“‘计算固体力学’课程思政建设”（LX20230122）

［作者简介］ 李 根（1990—），男，山西大同人，博士，北京交通大学物理科学与工程学院高聘副教授，主要从事材料损伤断裂与疲劳研究；苏晓星（1978—），男，安徽安庆人，博士，北京交通大学物理科学与工程学院副教授，主要从事弹性波动力学研究；税国双（1971—），男，四川射洪人，博士，北京交通大学物理科学与工程学院教授，主要从事超声检测及波动力学研究。

课程思政建设是新时代教育发展的必然要求，它旨在将思想政治教育融入课程建设与教学过程之中，实现知识传授与价值引领的有机统一。习近平总书记在2016年全国高校思想政治工作会议上提出，要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［1］。随后，2018年教育部印发《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》指出，着力推动高校全面加强课程思政建设，形成专业课教学与思想政治理论课教学紧密结合、同向同行的育人格局［2］。因此，课程思政建设已成为当前高等教育课程建设中的重要部分。通过课程思政建设，可以引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观，增强爱国主义情怀、民族自豪感和社会责任感，从而培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。同时，课程思政建设也有助于提升教师的思政素养和教育教学能力，推动高等教育内涵式发展，为培养担当民族复兴大任的时代新人提供有力支撑。

“计算固体力学”是力学相关专业高年级本科生和研究生的专业核心必修课。本课程的教学目标是使学生掌握计算固体力学的基本原理和常用方法，培养学生使用这些方法解决实际工程问题的能力，并为后续学习相关专业课程打下理论基础。虽然该课程的理论性、专业性和技术性很强，但鉴于计算力学在我国的“两弹一星”、航空航天等许多重大战略任务中发挥了至关重要的作用，其重要性在当前社会注重创新创造和中国智造的需求下显得更加突出。因此，该课程可成为对学生加强思政教育的关键载体，相应的课程思政建设对力学相关专业的人才培养起着至关重要的作用。

然而，传统的“计算固体力学”教学方式往往偏重专业知识教学，相应的课程思政教育尚处于起步阶段。这种教学方式虽使得学生仅掌握了专业知识，但在社会责任、创新精神、人才道德品质和综合素质等方面缺乏认知。因此，“计算固体力学”课程的思政教学显得尤为迫切。在我国计算力学发展过程中曾涌现出如钱学森、郭永怀、冯康等功勋卓著的科学家，通过融入思政案例和改进教学方法，可培养学生的科学精神和爱国主义情怀，激励他们追求远大理想和正确的价值观，坚定不移走中国特色社会主义道路的决心和信心。笔者以北京交通大学工程力学专业的“计算固体力学”课程为研究对象，将思政元素融入全课程的教学环节，改进教学方式，探索实践适合“计算固体力学”课程的思政教育案例与方法，进而实现知识传授与价值引领相结合的教学育人目标。

一、课程思政建设与教学方式改进

“计算固体力学”课程以固体力学和应用数学为基础，以计算机为工具，采用数值计算方法研究固体在受外力作用下的响应行为，为解决工程和科学中的复杂问题提供关键研究基础。本课程是一门理论与实践相结合的课程。首先通过理论教学使学生掌握计算固体力学的理论和数值方法，然后通过实践教学培养学生用专业仿真软件对实际问题进行建模分析的能力。在课程建设方面，北京交通大学力学系教学团队具有丰富的教学经验和资料积累，出版了科学版研究生精品教材《计算固体力学》。基于该课程的专业优势和重要作用，开展课程思政建设具有十分重要的意义。因此，教学团队从以下三个方面进行了课程思政建设与教学方式改进。

（一）提高教学团队的思政教育能力

在对学生开展课程思政教育前，教学团队自身的思政素养和思政教育能力需要得到保证和提高。思政教育的内容包括政治信仰和立场，以及自身道德情操等。“计算固体力学”课程的教学团队通过建立长期有效的思政学习制度，提升教师的思政素养和增强团队思政教育能力。授课教师自主探索和学习课程相关的思政元素与政治理论，并定期进行集体学习与讨论、交流思政案例设计与教学方法，定期参加思政教育相关的培训活动，不断强化教师的正确政治意识和价值观，以及提高思政教育能力。在自身道德情操方面，授课教师通过学习我国历史、党史和科技史，不断提高自身文化修养，参加学校有关师风师德和立德树人的讲座与培训，确保自己树立正确的世界观、人生观和价值观。因此在日常教学中，为学生树立正直的教学形象，言传身教，帮助学生增强道德意识和文化修养。

（二）在教学过程中融合专业知识与思政教学

“计算固体力学”是一门专业性很强的课程，教学内容存在大量数学公式及推导，传统教学模式强调对理论的理解，较为枯燥，学生在学习过程中也难以与这些枯燥且抽象的理论产生共情，从而降低了学生的学习效果，影响课程教学效果和育人效果。如何改进“计算固体力学”课程的教学方式，融入思政元素已成为该课程教学改革的重点。本课程教学团队以计算固体力学中专业知识为载体，深入挖掘相关的思政元素并设计适宜的思政案例，通过寻找思政教学着力点，改进授课模式，探索适合“计算固体力学”的课程思政教学路径。

“计算固体力学”课程通过恰当的方式融入思政案例来拓展教学内容，借助视频、动画等多媒体教学工具，让学生更形象、更生动地了解我国在计算固体力学相关领域的前沿发展概况，开阔学生视野，增强学生爱国热情和民族自豪感。在专业知识的教学过程中同步开展思政教育，提炼课程知识中蕴含的思政元素，如学者研究事迹、职业道德典型等，把思政教育全面贯穿整个“计算固体力学”的教学过程，实现专业教学与思政育人的完美融合、知识传授与价值引领的有机统一，进而提升课程教学效果和思政育人效果。

（三）创新教学形式

在有限元软件操作的教学环节，通过创新教学形式，邀请国产有限元软件的专业工程师来与学生座谈，面对面讲授和讨论国产有限元软件的发展历程、技术特点与未来展望，使学生直接接触和感受国产有限元软件行业的前沿信息和专业工程师的优秀品质。通过专业工程师座谈会对行业规范、职业道德以及社会责任感的讨论，进而深度培养学生的职业道德、社会责任和创新意识。

二、课程思政融合方法与实践

针对课程思政建设与教学方式的改进，“计算固体力学”课程深入挖掘计算固体力学各知识点的相关思政元素，设计了恰当的课程思政案例，将其潜移默化地融入具体的专业知识教学中，使得思政教育在专业教学过程中起到润物无声的效果，实现知识传授与价值引领相结合的育人目标。本文展示以下五个教学场景设计的典型课程思政案例与教学融合实践，这些实践均取得了良好的教学效果。

（一）突出计算固体力学在我国重大战略中的作用，培养学生爱国主义情怀和奋斗精神

“计算固体力学”课程的绪论会讲授计算力学在工业设计和制造中的作用以及重要性。通过引入计算力学与我国“两弹一星”的故事，播放相关纪录片，讲述钱学森、郭永怀为代表的老一辈功勋科学家不畏艰险，付出了伟大的奋斗与牺牲。基于计算力学理论，用电子管计算机、手摇计算机、计算尺，甚至算盘，一点点地完成火箭和原子弹的结构设计、原子弹引爆、火箭发射和卫星上天所需的海量计算任务［3］。这些光辉事迹不仅可以深深地触动学生的心灵，还可以增强学生的民族自豪感和爱国主义情怀。这种方式可以很好地将思政元素融入教学环节中，既丰富了教学内容，凸显了本课程在国家重大战略中独特且重要的作用，又培养了学生的爱国主义情怀和奋斗精神，激励他们奋发向上，坚定做老一辈科学家传承者的决心，为中华民族伟大复兴奉献自己的青春与活力。

绪论的最后是展望计算固体力学在未来科技创新与中国智造中的作用，此处可以引入钱学森在1997年就做出了重要预测：“随着力学计算能力的提高，用力学理论解决设计问题成为主要途径，而试验手段成为次要的了”［4］。可以向学生展示计算固体力学在未来科技创新与工业制造中的重要意义，进一步强化思政教育的效果，培养学生对我国科学大师与科技事业的认同感和归属感。

（二）深挖我国在有限元领域的创始人，增强学生民族自豪感与创新意识

向学生讲授有限元方法的专业知识时，会介绍有限元方法的起源和主要创始人。此处自然而然地就会讲到我国计算数学领域的开拓者和有限元方法创始人冯康。通过照片展示和纪录片播放的形式，让学生看到冯康在20世纪60年代，在没有与外界交流和帮助的情况下，独立创立了有限元方法和编写通用计算程序的里程碑式成就［5-6］。然后向学生展示1965年冯康在《应用数学与计算数学》上发表的论文《基于变分原理的差分格式》，这是我国数学史上最重要的论文之一，是我国独立于西方世界创立有限元法的标志［5-6］，从而引导学生用第一手资料学习和感受我国有限元发展的伟大壮举。美国华裔数学家丘成桐认为这项贡献是我国近代数学能够超越西方或与之并驾齐驱的主要原因之一［7］。科学大师勇于开拓的精神和坚持创新的故事，是重要的思政教育宝库，它们本就与专业知识完美契合，通过这些科技发展史中的励志故事，学生可以感受到这些专业知识不再是冷冰冰的公式和枯燥难懂的推理，它们的出现本身包含着勇敢探索的科学精神和追求严谨的职业道德。在授课过程中将专业知识与冯康的故事相结合，可以使学生树立正确的世界观、人生观和价值观，明白自己的学习是站在巨人的肩膀上，科学先驱已经赋予他们强大的力量和民族自豪感。此外，通过与学生讨论，引导学生树立远大理想，面向国家需求，在实际问题中发现和凝练科学问题，树立自信心并勇于创新实践。

在介绍冯康杰出成就的同时，也可以拓展性地讲一下冯康身体欠佳，常年多病，但他顽强的毅力和科学兴趣使他在科学研究事业中不断前行探索。这样的精神可以鼓励学生树立乐观向上的人生态度，面对学习和生活中的困难仍可以保持积极的人生观和价值观。

（三）阐明研发专业软件对我国核心竞争力的重要性，增强历史使命感和社会责任感

“计算固体力学”课程的一个重要内容是介绍主流有限元分析软件，通过授课教会学生有限元软件的操作流程和结果分析方法，阐明有限元分析软件在科学研究与工程应用中的重要性。此处可以展开讨论，当前世界主流有限元分析软件均为西方国家研发［7］，然而2020年美国限制我国部分高校和公司使用Matlab计算软件，并且这个制裁存在扩大到有限元分析软件的可能性，进而向学生阐明研发该类软件对我国在自主知识产权、增强核心技术竞争力以及突破“卡脖子”技术瓶颈等方面的重要意义。在教学环节中，教师创新教学形式，邀请到国产有限元软件的开发工程师来学校座谈，和学生面对面地交流国产有限元的发展现状，以及西方国家对计算软件制裁的影响。这样不仅可以让学生直观地感受和理解研发国产有限元分析软件的重要性和迫切性，还可以使专业工程师的优秀品质潜移默化地影响学生，增强学生的使命感、社会责任感和创新意识。在职业道德方面，专业工程师的现身说法，也胜过授课教师的口头说教，使学生对该行业的道德规范有更清晰的认识。

尽管国产有限元分析软件在市场上还不是主流，但我国已在有限元分析软件领域逐年加大投入，并已取得了重要的进展和涌现许多优秀的有限元仿真软件公司和产品。通过专业工程师对国产有限元软件的未来展望，可以让学生提前感受到计算固体力学的发展前沿，如有限元+AI、有限元+云计算、有限元+数字孪生等更先进的计算方法和平台，让学生提前知道本专业的重要发展趋势。学习好“计算固体力学”课程，提前布局自己的职业发展规划，树立自信心，更好地在建设社会主义事业中发挥自己的作用。