土木工程专业有限单元法课程思政建设探索

摘  要：为发挥土木工程专业有限单元法课程思政建设在全程育人、全方位育人中的重要作用，使专业知识与思政内容充分融合，梳理有限单元法课程思政建设背景和现状，以课程内容为基础，结合课堂实践活动、工程案例分析等多元化教学方式，将专业教学与精神引领相融合，提出有限单元法课程思政建设策略，致力于培养德才兼备的当代土木工程专业人才。

关键词：土木工程；有限单元法；课程思政；教学方式；建设策略

中图分类号：G641        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）13-0039-04

Abstract： Finite Element Method course in civil engineering and its ideological and political construction play roles in education. To give play to their roles during the whole and all-round process， and to fully integrate the professional knowledge with the ideological and political contents， the background and current situation of the ideological and political construction of that course are first sorted out and ordered. Then the ideological and political construction strategy for Finite Element Method course is proposed. This strategy bases on course contents， combines with diversified teaching methods such as classroom practice activities and engineering case analysis， integrates the professional contents teaching and spiritual guidance together， and finally dedicate to cultivate contemporary civil engineering professionals with both political integrity and ability.

Keywords： civil engineering; Finite Element Method; ideological and political construction; teaching methods; constructive strategy

2020年，教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》，要求全面推进高校课程思政建设。2022年，住房和城乡建设部发布《“十四五”建筑业发展规划》，指出要以推动智能建造与新型建筑工业化协同发展为动力，加快建筑业转型升级，实现绿色低碳发展。将课程思政与土木工程专业课深入融合贯通，对于培养德才兼备的土木学子，适应建筑业发展变革，助力建筑业转型升级具有重要意义。

一  有限单元法课程思政建设背景

（一）  高校课程思政建设背景

高校课程思政建设是当代大学生全面发展的重要保障，是党和国家培养社会主义接班人的坚实阵地。近年来，在习近平总书记全国高校思想政治工作会议讲话精神的指引下[1]，在教育部《高等学校课程思政建设指导纲要》的指导下[2]，全国高校坚持以立德树人为目标，不断推进课程思政建设工作，旨在为祖国培养德才兼备的卓越人才。

然而，在课程思政建设探索的过程中，依然存在课程思政教学资源挖掘不充分、专业知识与思政内容融合不深入和教职人员课程思政意识不牢固等问题，课程思政建设工作成效低于预期，急需深入探索课程思政建设的工作方法。

（二）  土木工程专业人才培养需要

土木工程是关系国计民生的专业，房屋、桥梁、隧道及水坝等工程建设需要大量德才兼备的土木工程领域专业人才（图1）。土木工程作业现场常存在工作环境条件恶劣、工程情况复杂多变和施工难度大等诸多挑战，不仅考验当代土木工程师的专业技术水平、工程实践应用和现场沟通协调能力，更对其意志品质提出了更高的要求。有限单元法课程作为土木工程专业的重要课程，在培养土木工程相关领域高素质人才方面发挥着重要的作用。

近年来有限元数值仿真已经与理论研究、实验科学成为土木工程学科开展科学研究的三大支柱。学习掌握数值仿真技术，熟练正确使用有限元计算软件已经成为当代土木工程专业人才必不可少的技能。有限单元法课程在土木工程专业的授课对象涵盖本科生和研究生，他们是未来土木工程领域建设发展的重要力量。在高校课程思政建设要求和土木工程领域人才需求的背景下，有限单元法课程思政教学的贯彻实施十分重要。因此，在该课程的讲授过程中，不仅要执行“规格严格，功夫到家”的高标准、严要求，提升学生专业知识水平和工程应用实践能力，更要培养学生爱岗敬业、自强不息和艰苦朴素的精神与刻苦钻研、坚忍不拔和求真务实的态度，鼓励学生积极投身于实现中华民族伟大复兴的中国梦建设，从而为我国工程建设的发展培养高水平从业人才。

二  有限单元法课程思政建设现状

在有限单元法课程的教学中，立德树人是根本任务。因此，讲好有限单元法课程，不仅仅要讲述专业知识，提升学生专业能力，更要深入挖掘课程思政元素，注重将理论与实践相结合，实现专业能力和道德品行培养的同向同行。但是目前部分教师在日常课程教学中投入精力较少，注重科研项目申请、项目研究和发表论文等工作，导致授课内容枯燥乏味，更无法谈及将专业知识与思政内容相融合。又或是在课程教学投入了一定的精力，但是却缺乏对课程思政内容的深入挖掘，专业内容无法与思政内容形成协同效应。

有限单元法课程旨在培养卓越的土木工程专业人才，丰富学生专业技能，培养学生优良精神品质，为学生今后的学习和工作奠定良好基础。相较于土木工程专业的其他专业课程，有限单元法课程内容主要以理论基础内容为主，对于数理基础较弱的学生而言，容易出现学习兴趣不高、学习内容不深入的现象。因此有限单元法课程需基于课程平台，结合学生实际情况，通过融合工程实例、科研动态和课程实践等要素，将理论与实际相结合，自然深入地挖掘有限单元法课程中的思政元素，激发学生学习兴趣，培养学生优秀精神品质，实现专业知识与思政内容的同向同行。

三  有限单元法课程思政教学原则

有限单元法课程思政建设探索的目的是在专业内容授课的基础上，增强价值引领，让学生成为德才兼备全面发展的人才。因此，在课程思政设计时要结合课程内容实际情况，针对不同的章节内容，合理、巧妙及自然地探索挖掘思政内容，真正达到课程思政的效果，才能实现专业培养与价值引领的完美融合。总体来说，有限单元法课程思政教学应遵循以下几个原则。

（一）  保证专业课程内容完整性

有限单元法作为土木工程专业的重要课程，专业知识的讲授是整个课程教学的基础。在探索挖掘思政元素时，原则上应不过多调整和删减原有课程专业知识授课内容，充分保证理论和实践课程授课内容的完整性。

（二）  自然灵活融合思政元素

生搬硬套、突兀、枯燥地强行引入与课程内容无关的思政元素，容易触发学生的抵触心理，难以实现课程思政的根本目的，应杜绝此类现象。课程教学应通过整体把握课程内容脉络，细分每章节、每节课及每个知识点具体内容，结合工程实例、科研动态和课程实践等实际案例，灵活自然地融入思政元素，实现润物无声的课堂教学效果。

（三）  丰富课程思政教学形式

课程思政教学形式要以学生为主体。有限单元法课程内容应基于理论与实践相结合，丰富创新课程思政教学形式，巧妙融合思政元素，增加学生课堂参与度，激发学生自主学习兴趣。例如开展有限元软件建模分析课程竞赛、举办有限单元法学习心得课堂分享会等。通过合理设计课程思政教学形式，可以引发学生对思政元素的共情共鸣，达到寓教于学，寓教于行，寓教于乐的效果。

四  有限单元法课程思政建设策略

未来卓越的土木工程师不仅应具备扎实的专业技能，还应兼具优秀的精神意志品质，爱岗敬业，自强不息，有远大的理想抱负，有深厚的家国情怀。有限单元法课程在专业授课的基础上，探索课程思政教学形式，深入挖掘课程思政元素，将思政元素融入课程教学全过程，引领培养学生德智全面发展（图2）。

基于有限单元法课程实际特点和土木工程专业人才培养需要，本研究提出有限单元法课程思政建设策略如下。

（一）  讲好有限单元法第一课

讲好有限单元法第一堂课对于学生学习整个课程十分重要。教师在备课过程中，应优化设计第一堂课授课方式和内容，明确第一堂课的教学内容、教学方法及教学目标，为讲好有限单元法第一堂课做足充分准备（图3）。

有限单元法的第一堂课常从讲述课程课时、课堂纪律、课后作业形式及课程考核方式等开始。在此过程中，教师可以结合自己学习有限单元法的经历，介绍自身学习心得体会，让学生们在初步了解有限单元法课程内容的同时，领会认识认真对待每一门课、每一堂课和每一个知识点的重要性，在学习中严谨求实，发扬哈尔滨工业大学“规格严格，功夫到家”的校训精神。

在第一堂课的正式课程内容中，首先通过介绍有限元方法的发展历史，讲述克拉夫（Clough）对有限元方法发展的贡献及其在不同研究领域取得的优秀成果，循循善诱，将同学们的思绪自然地引入到有限元相关内容中，鼓励学生们在学习中敢于探索，勇于创新。其次，讲述有限元方法在中国的发展历史和中国的科研前辈们对有限元方法发展的突出贡献。通过介绍我国著名计算数学家冯康先生几乎与国外同时提出有限元方法基本思想的伟大创举[3]，激发学生的民族自豪感和爱国主义精神。

在第一堂课上注重理论与实践相结合，是激发学生对课程学习兴趣的有效方法。在第一堂课的最后环节，教师可在课堂上使用有限元软件建模分析实际工程案例，介绍有限单元法在工程中的实际应用价值。演示中，可以通过提问学生日常学习中的结构计算分析相关问题，增强课堂师生互动，引导学生思考，然后使用有限元分析软件快速计算相关结果，展示其强大功能及有限元方法的实用性，培养学生学习兴趣和动手能力。

（二）  介绍有限元研究的中国力量

在课程思政元素的探索建设中，教师可着重对比该学科国内外相关领域研究成果，介绍有限单元法研究历史中的中国力量，打通专业课程与思政元素的连接渠道。通过讲解有限元基本求解思想，引申介绍有限元经典方法及相关学者如何通过自身努力提出的经典理论，扩展学生在课堂上的学习内容，开拓学生视野，提升学生的学习与研究兴趣。在讲授过程中，教师可增加提问环节，提问学生所了解的相关经典理论，增强学生课堂参与感。

在此基础上，引入介绍有限单元法研究的相关成果，将思政元素与课程内容自然融合，深入挖掘其精神内涵。例如：在有限元方法研究发展初期，国外科学家在该领域占据主导地位，提出了里兹法、伽辽金法等有限元经典方法[4]。相比之下，我国科研人员在有限元方法研究领域影响较小。在意识到有限元研究方法的重要性之后，我国老一辈科学家在困难年代不畏艰苦，潜心钻研，取得了一系列极具影响力的重要研究成果，例如胡海昌院士提出的胡-鹫津广义变分原理[5]及龙驭球院士建立的广义协调理论与广义协调元[6]等。他们在有限元方法研究的发展史上，书写了属于中国人浓墨重彩的一笔，开创了中国人在有限元研究领域的新天地。以此鼓励学生在日常学习工作中勤于思考，敢于挑战，勇于创新，激发学生的民族自豪感和民族自信，为实现中华民族伟大复兴的中国梦凝心聚力、共同奋斗。