“材料力学”教学内容思想政治教育元素发掘与探索

[摘 要] 针对“材料力学”教学过程中“育人”与“教学”两种教学方式难于融合为一体并贯穿于整个教学过程的问题，从教学经历与工厂实践经验出发，结合“材料力学”课程特点，以“材料力学”中T形截面梁受力弯曲变形问题为例，详细阐述了使用“三步法”对该类问题的分析过程，做到提升教学印象与深入发掘思想政治教育元素相结合，借鉴此方式延伸到其他相关概念，充分发掘课程中所蕴含的思想政治教育元素，并将其融入课堂教学中去。通过实践发现在激发课堂学习氛围、提升学习动力、促进自主学习、坚定理想信念等方面起到了积极作用。

[关键词] 材料力学;育人;教学;T形截面梁;思想政治教育元素

[基金项目] 2013年度国家自然科学基金项目“陶景德镇陶瓷大学瓷新型节能干法造粒机理及其装备关键技术研究”（51306083）;2013年度国家自然科学基金资助“陶景德镇陶瓷大学基于CFD-DEM耦合的过热蒸汽流化床干燥传热传质机理与模型”（51365018）;2020年度景德镇陶瓷大学科技艺术学院教学改革专项项目“材料力学课程思政”

[作者简介] 乐建波（1987—），男，江西抚州人，硕士，景德镇陶瓷大学机械电子工程学院助教，中级工程师，主要从事结构力学等教学与研究。

[中图分类号] G641 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）14-0133-04 [收稿日期] 2021-07-20

前言

“材料力学”是一门机械类、建筑类等工科专业的公共基础课，其主要研究内容为构件的承载能力，即强度、刚度和稳定性计算，并在满足强度、刚度、稳定性的要求下，以最经济的代价，为构件确定合理的形状、尺寸、选择适宜的材料，而提供必要的理论基础和计算方法[1]。亦是一门注重理论与实际相联系的经典力学课程，对培养学生工程结构设计等方面的理论分析和工程实践能力有着重要指导作用[2，3]。因此，“材料力学”的教学工作不仅要培养学生掌握课程基本理论和方法，更要在培养过程中让学生建立合理的工程伦理思想，为材料力学知识服务于工程应用奠定良好的基础。而在此过程中，做到将“育人”与“教学”两种教学方式融合为一体并贯穿于整个教学过程是一个难题。

近年来，随着课程思政新教育理念的兴起，“育人”与“教学”便不再是两种教学方式而是一种新型教学理念。这种新型教学理念让教师在教学过程中能始终坚持以立德树人为根本任务，充分发掘教学内容中、教学方法中及实践过程中与思想政治教育元素相关联的内容，并将思想政治教育元素融合到知识传授的过程中，最终培养形成一个具有端正价值观、能力突出的当代大学生。该理念源起于2016年12月在北京召开的全国高校思想政治工作会议，在会议上习近平总书记强调，高校思想政治工作关系高校培养什么样的人、如何培养人以及为谁培养人这个根本问题，要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯彻教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面[4]。为深入贯彻会议精神，完成立德树人这一重大教育任务与使命，各大高校教师进行了积极的探索与实践，取得了良好的教学反馈与成果。如叶志明等以理工类的课程思政建设和实践为例，阐述了教书育人与课程思政之间的关系和内涵，并给出了教书育人与课程思政等实施方面可借鉴的理念、方法与案例等[5];周继磊等以材料力学课程为例，对高校工科类基础课程思政教育进行了探索与实践，设计了一套适合材料力学课程自身特点的教育方案，并对其建设成效进行评价和考核，最后讨论了在推进过程中存在的一些问题[6];刘军等从自身的教学经验出发，列举了多个教学案例，就如何从教师师德教学内容中挖掘思想政治教育元素提出了自己的建议[7];邵瑞影等从教师的德育素养、教学内容和环节、教学方法、考核方式等方面融入思想政治教育进行初步创新改革，引导学生自主学习，提高学习兴趣和参与度，从而提升本课程的教学质量[8];李娜等结合材料力学课程特点，研究让思想政治教师参与到课程思政建设过程中，专业教师挖掘思想政治教育元素，并与思想政治课教师进行讨论、交流，融入课程知识点完成教学设计，形成系统的教学案例[9];李延芳等从挖掘思想政治教育元素、加强专业课教师思想政治教育能力培养及灵活应用教育教学方法等方面进行了思想政治教学模式研究[10];王安强等在理论教学过程中，深入挖掘课程包含的思想政治教育元素，从我国力学研究成就、著名力学家故事、课程理论发展历程、工程灾难事故分析等方面进行了总结提炼，形成了系统的思想政治教学案例，通过教学实践，将对学生的知识传授、能力培养和价值塑造三者有机结合起来，取得了良好的教学效果[11];宋秋红等依据课程特点，通过在“材料力学”课程教学中，结合工程实际，无缝融合思想政治教育内容，达到思想政治教育目的又提升了教学兴趣。这些研究为后续学者的探索提供了一定指导，但对具体概念及问题中所包含的思想政治教育元素与分析的方式研究不够深入[12]。

为此，笔者从自身教学经历与工厂实践经验出发，结合“材料力学”课程特点，以《材料力学》教材中梁弯曲变形这一概念为研究对象，将T形截面梁受力弯曲变形问题作为案例进行分析并发掘其中所包含的思想政治教育元素。同时采用类似方式延伸到其他相关概念，充分发掘课程中所蕴含的思想政治教育元素，并将其融入课堂教学中去。通过实践发现在激发课堂学习氛围、提升学习动力、促进自主学习、坚定理想信念等方面起到了积极作用。

一、T形截面梁受力弯曲变形问题分析与知识传授

弯曲变形是工程应用中较普遍的一类问题，如桥式起重机的大梁、各种传动轴以及桥梁的弯曲变形等。该种变形是由垂直于杆件轴线的横向力或作用于包含杆件轴线的纵平面内一对大小相等、方向相反的力偶引起的，表现为杆件轴线由直线变为曲线[1]。本文以“材料力学”课程中T形截面铸铁梁为例，其截面尺寸和荷载如图1所示。该梁为外伸梁的一种基本形式，其特点是左端采用固定铰支座进行固定，在距梁右端1m处采用活动铰支座进行约束。在这两种固定方式的作用下，梁左端可在平面内转动，右端可实现平面内转动和水平方向左右移动。

在材料力学课程中，“三步法”是梁弯曲变形问题分析与求解常用方法，即首先需要建立力偶的平衡方程将支座对梁的支撑反力一一求解出来，其次将梁上所有外力联立起来，求得梁某一截面上弯矩方程，最后利用二次积分法得到梁的挠度方程，从而得出梁的变形。因梁在集中力作用位置处左右两端值通常不相同，故常采用分段的方式进行分析，即在集中力作用位置处分别进行左端与右端分析，而本案例中T型梁在C处有外力F1作用，支座B处有支反力作用，这两个力因作用于梁上区域范围均较小，可看成集中力作用效果。

上述分析可知该T型梁可分别建立三段相应弯矩方程和挠度方程，通过该三段相应方程得到计算可分别得出AC段的剪力为横值2.5KN，CB段的剪力为横值-6.5KN，BD段的剪力为横值4KN;C截面处最大正弯矩为2.5KN·m，挠度为-0.66mm，B截面处最大负弯矩为-4KN·m，D截面处挠度为-2.14mm。T型截面梁的剪力图和弯矩图如图2所示。

二、T形截面梁受力弯曲变形问题中思想政治教育元素发掘

经过计算发现T型截面梁中最大下移量位置在D处为2.14mm，C点位置下移量仅为0.66mm，而受力分布图中力的大小分布正好与T型梁变形量大小相反，即D处的受力为4KN，C处受力为9KN，受力较小处变形量大于受力较大处，这与人们的固定思维相违背。通过此案例的教学可以告诫学生们，在进行科学实验、结构设计与分析时，不可仅依靠常识进行判定，更需要有脚踏实地、小心求证及用事实和数据说话的科学精神，引导学生在今后的学习和工作中要有具体问题具体分析的态度，凡事未经检验不可盲目采取“一刀切”的方式，科学是严谨求实的，只有实践才是检验真理的唯一标准。

通过分析发现T型截面梁在集中力作用处剪力图和弯矩图变化明显，在集中力处剪力图发生突变，突变值为该集中力大小，且突变方向与集中力作用方向一致，而集中力作用处弯矩图出现极值。这一现象可以让学生们意识到“众人拾柴火焰高”的道理，一个人的力量是有限的，产生的能量也是有限的，只有精诚团结共同作用才能产生由量变到质变的巨大影响，如抗日战争的胜利，依靠的是全体中华儿女众志成城，共同抵抗外敌为民族而战，为祖国而战，为尊严而战，汇聚成磅礴的力量。

在T型截面梁弯矩图中，还可以发现在力作用位置处弯矩均为零，而弯矩的计算方式同力矩计算方式，均是力与力臂的乘积。在这个计算公式中力与力臂两个因素缺一不可，正如古希腊科学家阿基米德的名言：“给我一个支点，我就能撬起整个地球！”而这里的支点便是决定力臂是否存在及大与小的关键。力臂小则需要耗费更大的力，损耗的能量更大，受益欠佳甚至无所收益;力臂大则需要仅耗费较小的力，损耗的能量也更小，便可达到最大的收获，这便是事倍功半与事半功倍的区别。这可启发学生们在今后的学习与工作过程中遇到问题，切忌不可盲目去解决，不可急于求成，需要有一颗冷静的头脑，找准解决问题的关键支点。

此外，在进行此案例分析计算时，教师还要引导学生养成明辨是非的能力，正确摒弃无关紧要和对模型求解产生干扰的因素，建立一个不失真而又合理的简化力学模型，进而引出“解决问题需抓本质、抓主要矛盾”的道理。在应对突如其来的新冠疫情，我们的国家和民族瞬间拧成一股绳，全员上下不分男女，不分老幼，不分职业，团结一切可以团结的力量，不惜一切代价，使得人民的生命安全得到了保障，人民的生活得以正常，这都是因为我们有着坚强的后盾——中国共产党，有以习近平同志为核心的党中央给予及时正确的指导，让我们国家能快速反应并抓到主要矛盾——疫情防控。

结语

本文通过引用“材料力学”教材中T形截面梁受力弯曲变形问题为案例进行分析，详细阐述了使用“三步法”对该类问题的分析过程，同时通过这一过程深入发掘问题中所包含的思想政治教育元素，最终达到以下效果：（1）让知识传授过程变得更加生动与深刻，同时做到“育人”与“教学”在课堂教学过程中较好的融合;（2）让学生们明白科学是严谨求实的，不可仅依靠常识进行判定，更需要有脚踏实地、小心求证及用事实和数据说话的科学精神;（3）让学生们意识到“众人拾柴火焰高”的道理，一个人的力量是有限的，产生的能量也是有限的，只有精诚团结共同作用才能产生由量变到质变的巨大影响;（4）启发学生们在今后的学习与工作过程中遇到问题，切忌不可盲目去解决，不可急于求成，需要有一颗冷静的头脑，找准解决问题的关键支点。（5）让学生们学会不因纷纷扰扰的问题而感到困惑，问题的解决需果断摒弃无关紧要的因素，快速抓住问题的本质与主要矛盾。

参考文献

[1]刘鸿文.材料力学（I）[M].6版.北京：高等教育出版社，2017：183-190.

[2]许磊，黄菊.材料力学课堂教学与有限元方法融合的探讨研究[J].中国现代教育装备，2019（13）：77-80.

[3]浦广益，宋广雷.材料力学实验教学与有限元方法的有机结合[J].人力资源管理，2010（1）：117-119.

[4]习近平.把思想政治工作贯穿教育教学全过程开创我国高等教育事业发展新局面[N].人民日报，2016-12-09.

[5]叶志明，汪德江，赵慧玲.课程、教书、育人：理工类学科与专业类课程思政之建设与实践[J].力学与实践，2020，42（2）：214-218.

[6]周继磊，张东焕.高校工科类基础类课程思政教育的探索与实践：以材料力学课程为例[J].教育教学论坛，2020，493（47）：228-229.

[7]刘军，李英梅.“材料力学”教学中的思政建设[J].科教文汇（上旬刊），2020，514（12）：128-129.

[8]邵瑞影，王洪军，宋娟，等.基于思政培养的“材料力学”课程教学改革探索—以车辆工程专业为例[J].汽车实用技术，2021（4）：160-162.