“基础力学”课程教学思政元素的挖掘与实践

［摘 要］ “基础力学”是理工科院校的必修课之一，不仅传授专业知识，而且担负思政育人功能。深入挖掘课程中蕴含的思想政治教育资源，是高素质人才培养不可或缺的重要一环。石家庄铁道大学工程力学系基础力学教学团队在长期教学实践中，深入挖掘“基础力学”课程的思政元素，从科学精神、家国情怀和职业素养三个层面入手，努力将专业知识传授与思想政治教育有机融合，力争实现知识传授与价值观引领的同频共振。课程思政元素的引入，不仅提升了教学效果和学生的职业素养，而且增强了学生的民族自豪感和科技报国的家国情怀，实现了育人与育才的相互促进。

［关键词］ 基础力学；课程思政；工程伦理；工匠精神；职业精神

［基金项目］ 2020年度河北省高等教育教学改革研究与实践项目“面向工程基于创新能力与思政素质提升的基础力学教学改革与实践”（2020GJJG170）；2021年度河北省高等教育教学改革研究与实践项目“融入科学精神价值引领的基础力学课程教学改革与实践”（2021GJJG233）；2022年度河北省研究生示范课程“弹性理论”（KCJSX2022075）

［作者简介］ 冯文杰（1967—），男，河北沧州人，工学博士，石家庄铁道大学工程力学系教授，博士生导师，主要从事智能材料结构断裂力学及弹性波动力学研究；刘灵灵（1979—），女，河北石家庄人，工学博士，石家庄铁道大学工程力学系副教授，主要从事智能材料的断裂力学问题研究。

［中图分类号］ G641 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）10-0165-04 ［收稿日期］ 2022-05-09

引言

国学经典《大学》开篇第一句写道：“大学之道，在明明德，在亲民，在止于至善”，这一论述充分强调了人才培养过程中德育先行的重要性。2020年5月，教育部颁发的《高等学校课程思政建设指导纲要》提出，课程思政建设是全面提高人才培养质量的重要任务。针对理工类课程，纲要指出要把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来……注重科学思维方法的训练和科学伦理的教育，培养学生探索未知、追求真理、勇攀高峰的责任感和使命感，注重强化学生工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当［1］。

“基础力学”课程作为工科专业学生的必修课，具有普及面广、逻辑性强、与工程实际联系紧密等特点。新形势下将专业课与思政元素相结合，使专业教学和思政教育同向而行，已成为大学教育的重要方向。挖掘课程中蕴含的思政元素，是高素质人才培养不可或缺的一环。针对基础力学课程，近几年全国多所高校开展了课程思政建设的探讨与尝试，已取得一些效果［2-6］。但在思政课程建设中仍存在“传道”与“授业”相分离、“德育”与“智育”相脱节的现象，部分教师对思想政治建设仅停留在认知层面，形式大于内容，有违思政建设的初衷［7］。为此，深入挖掘“基础力学”课程中的思政元素，与专业知识深度融合，同时做到润物无声，是对思政建设提出的新要求。本文拟从科学精神、家国情怀和职业素养三个层面对课程思政元素的挖掘与实践进行初步探讨。

一、引入力学学科发展史，坚定理想信念，培养学生的科学探索精神

结合力学学科发展史开展课堂教学，使学生了解力学学科的发展过程，认识到力学发展同技术发展、社会进步的关系，同时培养了学生追求真理、探索未知、勇攀科学高峰的责任感和使命感，激发了学生的创新意识和追求真理的热忱。

能量守恒定律是力学三大守恒定律之一，它的发现历经了近200年时间，其雏形源自1686年莱布尼兹提出的活力守恒。由于人们对热的本质了解不够，守恒定律的研究在莱布尼兹之后100多年几乎停滞不前［8］。1807年托马斯·杨引进能量的概念，1841年德国物理学家迈尔提出了热功当量的概念，并通过实验提出了能量守恒的概念，但当时他的结论并没有被社会接受。1847年亥姆霍兹用公理化结构作了题为《论力的守恒》的报告，其结论与焦耳热功当量的实验结果一致。至此，能量守恒在普遍意义上才被接受。可见一个理论的形成往往不是一帆风顺的，其中蕴含着无数科学家孜孜以求的科学探索精神。课堂上通过融入该发展历程的介绍，学生了解到定律的发现是科学家们对真理执着追求的结果，只有坚定理想信念、不懈奋斗，才能到达光明的未来。

早在1620年，荷兰力学家比克门就提出了中性层的概念，但没有具体讨论中性轴的位置［9］。1638年，伽利略在其出版的《两门新科学的对话》中，对梁的强度问题做了详细研究，也没有涉及中性轴，并错误认为梁横截面上只有均布拉应力。1686年，法国学者马略特在其大作《论水和其他流体的运动》中指出应力沿梁的高度线性分布，中性轴在横截面的下部。从1694年到1705年，雅各布·伯努利经过长期研究，得出“中性轴的位置无关紧要”的错误结论。1713年，法国学者帕伦认为中性层处于梁的中间某个位置，但最终也没有给出正确结果。1826年，法国力学家纳维在其出版的《力学在机械与结构方面的应用》一书中，才准确指出：当材料服从胡克定律时，中性轴通过横截面的形心。经过多位科学家的不断实践和修正错误，历时200多年，中性轴位置才得以确定。通过这一问题解决过程的介绍，引导学生坚持批判精神，要勤于思考、勇于创新、敢于实践，以正确的方法、持之以恒的态度追求真理。

工程结构承受复杂载荷作用时，其失效形式是多样的。如何从众多失效现象中找到失效规律，是力学家和工程师们十分关心的问题。人们为了解释材料破坏的原因，几百年来提出了上百种学说，即强度理论。较著名的理论有最大拉应力理论、最大伸长线应变理论、最大剪应力理论、最大形状改变能密度理论，以及以莫尔圆为基础的莫尔强度理论，还有20世纪60年代我国学者俞茂宏提出的双剪应力强度理论等［10］。这些理论的建立充分体现了马克思主义哲学中“透过现象看本质”这一辩证唯物主义认识论思想。授课过程中教师应加强对学生思维方式的培养，让学生明白学习的主要目的是对问题本质的探究。

课堂上通过讲解力学发展史，一方面，使学生受到科学家毕生为科学事业献身精神的熏陶，培养学生热爱科学、追求真理、勇于探索的精神以及科学的思维方式；另一方面，使学生用发展的眼光把握知识，全面审视自己所学专业在学科发展史上的地位，进而使学习成为一种由内而外的诉求，提高学习的积极性。

二、发掘力学发展的中国元素，增强文化自信，培养学生的家国情怀

我国是历史悠久的文明古国，人们在长期的生产实践中积累了大量的力学知识。在课程中适时引入与力学知识相关的古代文明成果和中国特色社会主义建设所取得的成就，不仅增加了课堂的趣味性，开阔了学生的视野，提高了学生的学习兴趣，而且增强了学生的民族自豪感，培养了学生的文化自信，激发了学生的爱国情怀。

古代有许多杰出的建筑结构，设计过程中会遇到矩形截面梁合理高宽比的问题。借助现代力学知识，18世纪初法国学者帕伦指出当高宽比为  ∶1时，强度最大；19世纪初英国科学家托马斯·杨给出高宽比为  ∶1时刚度最大。其实早在1100年，李诫在其所编纂的《营造法式》一书中就已经给出了精辟的论述：“凡梁之大小，各随其广分为三分，以二分为厚”，即矩形木梁的高宽比取1.5时，结构更为合理。这一比值恰好在    和    之间，兼顾了强度和刚度要求。同时，该论述暗含高度尺寸对梁的强度影响更大，直到近代科学发展的初期，伽利略才对这一问题有了同样的认识，比李诫晚了500年之久［12］。

始建于1008年的浙江宁波保国寺，是有许多特色的木结构建筑，其中大殿中的立柱为九根木料拼成的八瓣形柱子［10］。这种设计不仅美观，解决了大木料来源上的困难，同时提高了立柱的承载能力。那么承载能力能提高多少呢？借助材料力学知识，经简单计算可得其承载能力大约是单根木柱的23.6倍。九根木材“团结协作”，使截面形成稳固的耗散结构，起到了1+1＞2的效果。借助该实例，学生们深受启发，认识到个人力量的渺小，只有把个人融入集体中，团结协作，才能成就更伟大的事业。

当代中国在工程建设上也取得了举世瞩目的重大成就，许多工程项目的顺利开展离不开相关的力学知识。例如，我国具有完全自主知识产权的C919大飞机，国内众多高校参与了产品的设计与研发，大连理工大学承担了C919加筋壁板结构、垂尾盒段结构以及尾翼前缘抗鸟撞结构的承载能力检测和力学性能计算评估等课题。哈尔滨工业大学在飞机中央翼复合材料后梁大开口补强设计等方面做出了重要贡献。清华大学、上海交通大学、北京航空航天大学在结构强度设计与分析等方面做了大量工作。航空航天工程属系统工程，需要依靠不同部门、领域、专业人才的通力合作，成就的取得不仅是社会主义制度优越性的体现，更是全体参与人员无私奉献、团结协作的成果，是集体主义精神的重大胜利。授课过程中，告诉学生只有现在学好力学，将来才有机会参与到国家重大工程项目建设中，不仅激发了学生树立投身建设世界科技强国的远大志向，而且培养了学生的爱国情怀和社会责任感。

课堂上讲解古代和当代中国所取得的伟大成就，一是弘扬了中华文明的博大精深，增强了学生的文化自信；二是激发了学生们强烈的民族自豪感和爱国主义情感；三是在对房屋建筑、飞机、桥梁等代表作的分析品鉴中，引导学生厚植“敬业、精益、专注、创新”的大国工匠精神。

三、结合工程灾难事故，增强工程伦理责任意识，培养学生的职业素养

“基础力学”课程中许多知识点可结合工程灾难事故进行讲解，通过反面工程案例分析，使学生认识到工程中“安全操作规程”里所蕴含的力学原理，培养学生的职业道德，为学生将来在工作岗位建功立业打下坚实的基础。

19世纪末20世纪初欧美发生过一系列桥梁的破坏事件，比如加拿大圣劳伦斯河上的魁北克大桥坍塌事故。该桥由美国著名桥梁设计师奥多罗·库帕主持设计，为了追求“最长、最省”的设计理念，主跨擅自由487.7米增加到548.6米。1907年8月29日，魁北克大桥在即将竣工时发生了垮塌，造成75人丧生。由于库帕的盲目自信，忽略了对桥梁承载能力的精确计算，导致了这场悲剧。这是一座命运多舛的大桥，1916年该桥在重新建造时，由于中间最长桥段支撑柱的铸铁底座发生脆断，悲剧再次重演，造成13名工人死亡。这是一起典型的违背工程伦理的案例，设计者为了极致的追求，忽略了所担负的对人类生命安全的责任。该事故从一个侧面反映了西方文化的个人主义以及对生命的不尊重。

2020年3月7日晚，位于福建泉州的欣佳酒店发生坍塌事故，造成29人死亡，国务院事故调查组认定这是一起因违规建设导致建筑物坍塌的重大生产安全责任事故。该建筑原始设计为四层钢结构，跨度大、楼层高，后经非法改造，增加了酒店功能，在不改变楼高的情况下，内部增加了三层。坍塌前大楼一楼正在装修改造，一根柱子发生严重变形，最终发生了惨烈事故。事故原因很简单：建筑层数增加近一倍，墙体和楼面增重约3 000吨，同时一楼的装修敲掉了几面墙体，所有重量仅由几根柱子承受，大大超出了其承载能力，最终因头重脚轻导致结构全面垮塌。如此惨痛的教训暴露了设计施工人员对力学知识的浅薄，在血淋淋的教训面前学生会得到深刻的教育。

将力学理论知识和工程灾难事故分析结合，既让学生明白工程安全无小事，必须严格遵守行业规范，又培养了严谨的工作作风，提高了职业素养。通过课堂讲解，引导学生理解工程伦理的要求，培养他们爱岗敬业的职业信念、精益求精的大国工匠精神、科技报国的家国情怀和使命担当。

四、“基础力学”课程思政建设成效反馈

为了检验思政元素融入基础力学课程教学中的教学效果，我们针对2020级某教学班（共132人）进行了问卷调查，调查结果如下：针对“教师选取的课程思政案例是否满意”的问题，满意率高达96.4%；针对“课程思政元素的引入是否提升了你学习力学课程的兴趣”的问题，满意率为93.6%；针对“课程思政元素的引入是否促进了你对课堂知识的理解与掌握”的问题，回答有促进作用的学生比例为92.6%。根据上述问卷调查结果可以发现，学生对思政元素加入课堂教学中是愿意接受的。借助思政元素，学生不仅学到了知识，而且弘扬了正能量，学到了很多做人做事的道理。