课程思政下“有限单元法及应用”教学改革与实践探索

［摘 要］ 专业知识的海洋能够对学生进行工程伦理教育，培养其精益求精的大国工匠精神，激发其科技报国的家国情怀和使命担当。在“有限单元法及应用”的教学实践中，建立“信、知、行”三位一体的课程思政教学理念，将思政元素、专业知识、工程实践有机结合，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力，有助于学生塑造正确的世界观、人生观和价值观。“信”是通过课程思政元素的融入，促使学生树立国家富强、民族振兴、人民幸福的家国情怀；“知”是通过夯实基础理论知识，增强工程应用经验，达到学以致用；“行”指能够根据所学理论知识与实践经验，解决实际工程中的潜在问题，使学生具备独立进行问题分析的能力。围绕“信、知、行”三位一体课程思政教学理念，“有限单元法及应用”从教学目标、教学大纲、课程体系、课程内容、课程手段、课程案例等多维度开展课程改革，为更好地开展“有限单元法及应用”课程思政教学改革提供了思路和方法。

［关键词］ 课程思政；有限单元法及应用；教学改革；实践探索

［基金项目］ 2021年度湖南省普通高等学校教学改革研究项目“新时代课程思政大背景下‘材料性能学’教学内容与方法改革研究”（HNJG-2021-0012）；2021年度中南大学课程思政建设研究项目“‘信、知、行’三位一体——‘有限单元法及应用’课程思政教学改革与实践”（2021KCSZ024）

［作者简介］ 王青山（1989—），男，湖南祁阳人，博士，中南大学机电工程学院副教授，博士生导师，主要从事振动噪声分析与控制研究；邵 文（1987—），男，湖南武冈人，博士，中南大学机电工程学院副教授，博士生导师，主要从事复杂曲面零件抗疲劳设计制造研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）37-0056-04 ［收稿日期］ 2023-06-05

中南大学机械设计制造及其自动化专业对本科学生的培养方案定位为“培养具有实干担当精神、社会精英素养、行业领军能力的高素质人才”。因此在机械设计制造及其自动化专业“有限单元法及应用”课程教学过程中，实现毕业生“能够独立或协作解决现代制造业及相关领域内的复杂工程问题”的预期目标较为重要。

课程思政的内涵是指以专业为载体，根据专业人才培养特点和专业能力素质要求，提炼专业所要求的核心价值，将之融入专业人才培养全过程和专业建设［1］。因此，在课程教学过程中，如何润物无声地将思政元素系统化与全过程融入专业知识，是课程教学改革的重点与难点，是全面贯彻落实立德树人的根本目标［2］，提升“有限单元法及应用”课程教学的思政含量与德育价值，实现知识与能力的同向“协同”效应具有重要的理论价值与现实意义，同时也是践行中南大学“价值塑造、知识传授、能力培养、智慧启迪”人才培养理念的一次探索。

一、课程思政下的课程教学现状

中南大学“有限单元法及应用”于2017年脱胎于“现代设计方法”中的有限元分析教学模块，基于重大工程装备复杂的动力学特性以及材料成型中的复杂工艺等实际工程问题，现有现代设计方法中的有限元分析模块内容不足以支撑学生全面掌握有限单元法原理及应用，而随着新版《机械设计制造及其自动化专业人才本科培养方案》的实施，预期目标中对毕业生提出了“能够开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代机械工程类设计与开发工具、信息技术工具”的要求，因此学生需要掌握现代软件工具，解决实际问题。经过内容建设及发展，“有限单元法及应用”课程体系如图1所示，目前课程主要存在以下问题。

（一）课程教学内容晦涩难懂

“有限单元法及应用”课程所涉及的基础知识面广而散，主要知识点包括力学、数值分析技术、计算机编程语言等。目前，机械类的学生普遍掌握“理论力学”“材料力学”以及“线性代数”等先修课程，而对于有限单元法中的弹性力学与数值分析等核心内容的掌握还有待加强。因此，在现有课程教学内容安排中，需要在开展有限单元法学习的前导过程中为学生建立一定的力学与数学体系。此外，在整个有限单元法的理论学习过程中，存在诸如虚功原理、最小势能原理、等参变换等大量复杂的理论公式推导，而这部分知识的学习对学生而言较为枯燥，存在一定的难度和挑战，容易导致学生产生畏难心理，影响了学生的学习兴趣。

（二）课程思政融入教学不足

在现有“有限单元法及应用”课程框架内，主要注重学生专业知识的能力提升，并未系统交互涉及课程的“知识使命”与“价值塑造”方面，仅在《绪论》部分简单穿插软件应用场景与我国科技事业方面的引导。在整个教学设计层面上，没有深入地考虑课程教学与思政育人之间的关系，也没有考虑思政元素与专业知识有效结合的方式，因此，目前的课程思政教学资源还较为匮乏［3］。教师对课程思政的认识不足，对专业课的教学还是聚焦于学生专业能力的培养，对于课程思政增强学生价值观并激发学生科技报国的重要作用认识不足，从而导致课程思政元素在“有限单元法及应用”教学中融入不足。

（三）课程教学方式效果差

课程教学应建立在丰富的教学资源基础上，目前，“有限单元法及应用”课程教学只有专业所需的课程用书，并没有专业知识与课程思政元素结合的教学资料，导致融入课程思政的教学内容体系化不足，直接影响了学生最终的培养质量，思想政治教学效果较差。除了思政元素匮乏外，目前在理论教学中存在大量的力学、数值分析等公式推导，在授课过程中较为枯燥［4］。而在实践教学方面，目前也止步于上机案例教学，还无法完全给学生展现有限单元法的美妙之处，存在理论知识和实践操作比例失衡的现象。

二、课程思政教学改革与实践探索

（一）课程专业目标修改

依据中南大学“建设特色鲜明的世界一流大学”的办学定位，以及培养具有“实干担当精神、社会精英素养、行业领军能力”高素质人才的目标，确定课程知识目标与能力目标；弘扬以“知行合一、经世致用”为核心的中南大学精神，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。提出如下培养目标［5］。

1.知识目标。能够掌握有限元分析设计的基本力学基础、数学求解原理，掌握一维有限单元法和连续体有限单元法，并能够寻求实际工程问题的有限单元法描述，正确表达复杂机械工程问题，建立正确且合理的有限单元分析模型。

2.能力目标。根据有限单元法的基本原理和现有的数学与力学知识，能够熟练掌握一门有限元软件，独立开展简单机械工程结构的静力学和动力学分析，能够独立或协作解决现代机械产品及相关领域的复杂工程问题。

3.育人目标。（1）根植家国情怀，提升民族自信。能树立国家富强、民族振兴、人民幸福的家国情怀。（2）塑造职业素养，承担社会责任。培养诚实守信、遵纪守法及爱岗敬业的职业素养。（3）启发创新思维，提升工程能力。能弘扬追求真理的科学探索和创新精神。（4）养成进取品质，培养工匠精神。能养成不断进取、团队协作、追求卓越的工匠精神。

（二）课程思政元素及思政教学理念

立足于课程自身专业知识，结合课程自身定位及中南大学机电工程学院的特色，从课程知识目标与能力目标实际需求出发，挖掘了“两弹一星”、东风系列导弹、陈绍蕃先生的钢结构性能与设计原理等经典思政元素；汇机电特色、融机电精神、传机电文化，深入挖掘了钟倔院士的高性能铝材制备、黄明辉教授大型构件精密模锻工艺与装备、湛立华教授大型复杂薄壁材料/构件成形成性协同制造、何清华教授爱岗敬业精神等具有中南大学机电工程学院烙印的学科技术特色与创新精神等元素。

在充分挖掘课程思政元素的基础上，进一步凝练“信、知、行”三位一体的思想政治教学理念。“信”：通过挖掘课程思政元素，并与课程内容充分融合，树立学生国家富强、民族振兴、人民幸福的家国情怀，培养诚实守信、遵纪守法及爱岗敬业的职业素养，弘扬追求真理的科学探索和创新精神，以及养成不断进取、团队协作、追求卓越的工匠精神；“知”：夯实有限单元法基础理论知识，掌握有限单元法的核心内容，加强三类核心单元学习，增强工程应用经验，实现学以致用；“行”：能够根据所学理论知识与有限元分析软件，解决实际工程的潜在问题，使学生能够独立或协作解决现代制造业及相关领域内的复杂工程问题。

（三）课程体系与内容更新

主要将课程内容、教学手段与考核方法层面的创新互相支撑，形成了多层次耦合型创新课程体系，主要包括：（1）“信、知、行”三位一体的教学理念：将思政元素、专业知识、工程实践有机结合，激发学生的创新能力，拓宽其知识面；（2）采取“线上+线下”混合式教学方法［6］：线上开展理论知识预先讲授与线上考核，线下开展以工程问题为导向的专题讨论，同时针对三类单元开展单元特性的学习；（3）综合评判、不拘一格：注重能力培养的OBE“过程式”考核方式［7］，以2人小组形式开展实际工程问题的研究，严格按照中南大学本科生毕业论文撰写要求进行撰写，并且需要进行现场PPT答辩，从学生工程实践能力、自主学习能力、理论知识掌握三个方面综合评价学生的课程达成度。

在创新课程体系后，要进一步更新课程内容，主要包括：寓教于理，寓教于行，寓教于思。（1）将专业知识与育人目标有机结合，能够将所学理论知识与实践相结合，并且能够自主开展实践，在实践的同时，还能结合本科所学理论知识以及相关文献资料，进行有限的自我反思，对于知识、对国家命运等进行多维度思考。（2）双线渐进、致知于行。以问题和工程案例教学为主，使工程案例走进课堂，引导学生解决问题。同时采用画龙点睛式、专题嵌入式、元素化合式、隐性渗入式等手段将思政元素融入课堂，形成思政元素与专业知识双线渐进的模式。（3）通过双线渐进的模式，提高学生的参与积极性，从个人情感上实现认知、态度、情感和行为认同，能够主动贯彻中南大学“价值塑造、知识传授、能力培养、智慧启迪”的人才培养理念，达到对学生致知于行的教学目的。

结语

本文针对“有限单元法及应用”课程思政教学的不足，依据中南大学办学定位与专业培养目标，从课程专业目标、课程思政元素与思想政治教学、课程体系与内容等方面提出了教学改革与创新方法，挖掘了具有中南大学通用与特色的思政元素，建立了“信、知、行”三位一体的思想政治教学理念，并在实践中取得了一定的成果，然而还存在课程思政实践效果评估难等问题，如何促进思政元素和专业能力深入结合，创新思想政治教学的评价方式，还需在今后进行积极与更加深入的探索。

参考文献

［1］卞海红，李军，李干林，等.课程思政下工科院校教学改革与实践探索［J］.创新创业理论研究与实践，2022，5（10）：150-152.

［2］周丹.以落实“立德树人”根本任务为目标的高校思政课教学评价改革研究［J］.中国多媒体与网络教学学报（上旬刊），2021（6）：112-114.

［3］韦晓孝，郑继红.浅谈高校思政教学与专业课程的有效结合：以光学工程课程为例［J］.教育教学论坛，2019（41）：219-220.

［4］王娟.“双一流”建设视角下研究生有限元课程改革思考与实践［J］.科教文汇，2022（6）：90-92.

［5］李小娟，陈镜宇，徐丽艳，等.以专业思政、课程思政引领的高质量人才培养模式创新研究［J］.现代职业教育，2021（20）：60-61.

［6］邹安妮，李宇飞，胡军.线上线下混合式教学的思考［J］.农机使用与维修，2021（8）：106-107.

［7］李彦涛，刁莹，于凡.高校考核方式问题研究及过程式考核模式的探索［J］.教育教学论坛，2020（26）：27-28.

Teaching Reform and Practical Exploration of Finite Element Method and Application under the Background of Curriculum Ideology and Politics