固体力学课程思政元素挖掘与教学应用研究

摘  要：在新工科背景下，工学专业教育领域正发生深刻变革，将思政元素融入到专业课程教学中，利用隐性教育方式发挥专业课程的思想政治教育功能，成为各高校进行课程改革的一个重要方向。该文对固体力学课程中的思政元素进行挖掘，探讨在教学过程中的应用方法，分析专业知识与辩证唯物主义观点的关联性，国家重大基建工程可作为素材引入到教学过程中，激发学生的民族自豪感和社会责任感。

关键词：固体力学；弹塑性力学；课程思政；桥梁；民族自豪感

中图分类号：G640      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2025）06-0185-04

Abstract： Profound changes are taking place in the field of engineering education in the context of emerging engineering disciplines. It has become an important direction of curriculum reform for universities to integrate the elements of ideology and politics into the professional courses， and to utilize the implicit education method to play the ideological and political education function of professional courses. This paper explored the elements of ideology and politics in the course of Solid Mechanics， and discussed the application methods in the teaching process. The relevance of professional knowledge and dialectical materialism was analyzed. Major infrastructure projects of China were introduced in the teaching process to stimulate the students' national pride and sense of social responsibility.

Keywords： Solid Mechanics; elastic-plastic mechanics; course ideology and politics; bridge; national pride

教育是国之大计、党之大计，承担着立德树人的根本任务[1]。2019年8月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于深化新时代学校思想政治理论课改革创新的若干意见》，文件中明确指出，“思政课是落实立德树人根本任务的关键课程，发挥着不可替代的作用”“办好思政课，要放在世界百年未有之大变局、党和国家事业发展全局中来看待，要从坚持和发展中国特色社会主义、建设社会主义现代化强国、实现中华民族伟大复兴的高度来对待。思政课建设只能加强、不能削弱，必须切实增强办好思政课的信心，全面提高思政课质量和水平”。

新工科是基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求而提出的我国工程教育的改革方向，是新时期全面推动工业转型升级和高等教育系统供给侧结构性改革的探索和尝试[2-3]。在新工科背景下，工学专业教育领域正发生深刻变革，传统的“以教师为中心”的知识灌输教学模式已无法满足新时期对人才培养的要求[4]。习近平总书记在清华大学考察时的重要讲话提到，“我国社会主义教育就是要培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人”。在此背景下，将思政元素融入到专业课程教学中，利用隐性教育方式发挥专业课程的思想政治教育功能，成为了各高校进行课程改革的一个重要方向[5]。

一  固体力学课程教学现状

（一）  课程简介

固体力学课程是机械类、土木工程和材料成型等专业的一门专业课，是力学中研究固体机械性质的学科，连续介质力学组成部分之一。固体力学主要研究固体介质在外力、温度和形变的作用下的表现，广义的固体力学一般包括材料力学、弹性力学、塑性力学和结构力学等部分。

固体力学课程是山东大学面向机械设计制造及其自动化（中澳合作办学）专业开设的必修课之一，该课程从澳大利亚斯威本科技大学引进，课程安排为中方教师承担36学时，澳方教师承担24学时。该课程于大三下学期开设，此时学生已完成理论力学和材料力学课程的学习，因此，该课程主要学习弹性力学和塑性力学的相关理论知识，与我国其他高校的弹塑性力学课程基本一致。本课程旨在扩展学生的固体力学知识，以及在结构分析、机械设计和材料加工等领域的应用。使学生了解非线性对结构行为的影响，使学生掌握必要的分析技能，对其作为机械工程师的专业实践有重要意义。

（二）  课程教学目标

本课程的教学目标是：使学生具备机械专业人才所必须的固体力学基础知识，培养作为专业工程师所需的分析能力以及解决问题的能力。课程目的是扩展学生非线性固体力学在结构分析、机械设计和材料加工应用领域的知识，让学生掌握基本分析技能，使他们能够熟练解决高级实践问题，并向学生提供必要的工具来认识和处理被广泛应用于行业中的高级非线性计算设计方案。

1  知识目标

掌握应力、应变的基本知识和表示方法；掌握屈雷斯加屈服准则和米塞斯屈服准则的基本概念和应用特点；掌握弹塑性应力应变关系及其解析应用；理解塑性变形的增量理论、全量理论，并尝试用塑性成形问题的主应力法计算简单问题。

2  能力目标

学以致用的能力：针对日常生活和学习中常见的受力构件，能够合理构建力学模型，求解应力状态，判断构件能否安全、稳定工作。

融会贯通的能力：力学工程问题往往需要多学科知识综合解决，学生要能够综合利用高等数学、线性代数、材料力学等多学科知识解决专业技术问题。

3  德育目标

精益求精、实事求是。对一个小问题进行详细、深入的研究和探索，才使得力学发展到今天的水平，通过本章节的学习，培养学生精益求精的科学素养。

勇于探索、勇于创新。力学中很多理论和实验的名称都是以人名命名的，然而这些人名中鲜有中国人的名字，鼓励学生要勇于探索、勇于创新，争取在力学的发展史上写下中国人的名字。

通过对本课程的学习，培养学生理论联系实际、注重实践、学以致用的学习习惯，锻炼初步解决实际力学问题的能力。

（三）  教学中存在的问题及改革方向

在固体力学课程教学过程中存在的主要问题是理论知识抽象晦涩、难以学以致用。为了使教学工作更适应时代的发展，培养高素质新工科人才，在教学过程中可采用“案例式”教学模式[6]，以国家重大基建工程、航天工程和古今著名建筑等为案例，将实际力学问题与理论知识相结合，将抽象的理论知识具象化，实现教学从“以教师为中心”的知识灌输模式向“以学生为中心”的产出导向模式转变，解决传统教育与行业发展需求脱节的问题，引导学生坚定历史自信和制度自信，提高学生的民族自豪感和认同感。同时，在讲解专业知识点的同时，穿插引入“现象与本质”“主要矛盾和次要矛盾”“对立统一”等辩证唯物主义理论，培养学生以辩证的角度学习专业知识的素养。本文将固体力学知识点中蕴含的思政元素进行挖掘，并分析了专业知识与思政元素的关联性，为培养有理想、有信念的时代青年做出贡献。

二  固体力学中蕴含的辩证唯物主义观点和思政元素

（一）  主应力和应力不变量中蕴含的哲学思想

当外部载荷不变时，材料内部各点的应力状态也是不变的，可采用应力张量表示任意一点的应力状态，各应力分量的数值与所选取的坐标轴方向有关，当选取的坐标轴方向不同时，各应力分量也会发生变化，其变化规律符合“坐标变换”，也就是应力张量的表达式不同。然而，无论应力张量的表达式如何变化，将其作为矩阵求特征值，特征值即为主应力，而且，存在3个不随坐标轴方向变化的量，即第一、第二和第三不变量。其实，我国古人早就发现了类似的现象，苏轼的《题西林壁》：“横看成岭侧成峰，远近高低各不同。不识庐山真面目，只缘身在此山中。”苏轼之所以认不清庐山真正的面目，是因为他身处在庐山之中。这与上述现象同属于唯物辩证法中的“现象与本质”的范畴[7]。苏轼从不同的角度看到了庐山不同的形态，这与坐标系不同而得到不同表达式的应力张量同属于“现象”。然而，“庐山真面目”并不会随观察角度不同而改变，这与主应力和应力不变量同属于“本质”。

（二）  强度理论和屈服准则的关联性

桥梁、水坝和建筑等是固体力学知识点的重要应用场景，在教学过程中可选择一些具有代表性的大型工程建筑作为素材，引出固体力学中的知识点。中央电视台拍摄的纪录片《超级工程》和《港珠澳大桥》拥有较好的口碑，可作为影视素材丰富教学过程。以桥梁为例，通过介绍我国桥梁的发展史，引出相关知识点，同时增强学生的民族自豪感[8]。早在西周和春秋时期，我国就出现了梁桥和浮桥；隋代建造的赵州桥是世界上现存年代久远、跨度最大、保存最完整的单孔坦弧敞肩石拱桥，体现了中华文明的悠久历史，鼓励学生要坚定历史自信；1960年建造的南京长江大桥是长江上第一座由中国自行设计和建造的双层式铁路、公路两用桥梁，体现了中华民族自强不息的精神；2009年开工建造的港珠澳大桥是世界上最长的跨海大桥，是在“一国两制”框架下粤港澳三地首次合作建设的，充分体现了我国集中力量办大事的制度优势[9]。我国桥梁的演变过程凝聚了中华民族的智慧和力量，也体现了中国人民对于力学知识的巧妙应用。正如习近平总书记所言，“大桥建成通车，进一步坚定了我们对中国特色社会主义的道路自信、理论自信、制度自信、文化自信，充分说明社会主义是干出来的，新时代也是干出来的”。

港珠澳大桥上有三座钢结构斜拉桥，若干根钢索将桥面的重力传给索塔，从而防止桥面垮塌，钢索数量过少则无法保证桥梁的安全，数量过多则导致资源浪费，因此，有必要对钢索的数量和尺寸进行计算，保证其满足强度理论。

钢索常用的材料为高强度钢，在此情形下，采用第三强度理论和第四强度理论较为合适。

强度理论是判断材料在复杂应力状态下是否破坏的理论，当钢索内部各质点的应力分量均满足强度理论时，就说明钢索所受到的载荷处于安全范围，不会使其屈服失效。屈服准则表示的是质点进入塑性状态时各应力分量之间满足的特定关系。屈服准则和强度理论之间存在着对应的关系[10]，常用的两种屈服准则如下。

当外部载荷较小时，钢索处于弹性状态，发生弹性变形，随着外部载荷的增大，弹性变形逐渐增大，当载荷超过一定极限，钢索发生屈服，在弹性变形的基础上又产生塑性变形，在塑性变形过程中，材料始终满足屈服准则。

钢索产生塑性变形的过程符合唯物辩证法中的“质量互变规律”，施加外部载荷后，钢索首先发生的是弹性变形，即“量变”，当载荷达到屈服极限，材料产生屈服，发生塑性变形，即“质变”（图1）。

（三）  米塞斯屈服准则和屈雷斯加屈服准则的比较

屈服准则是判断质点是否处于塑性状态的依据，而屈雷斯加屈服准则和米塞斯屈服准则的公式却是不同的，它们的区别主要在于屈雷斯加屈服准则没有考虑中间主应力？滓2，而只考虑了最大的主应力？滓1和最小的主应力？滓3。