融合思政元素的“材料力学”教学案例实践

［摘 要］ “材料力学”是工科学生必修的一门专业基础课。以“材料力学”课程中《压杆稳定》这一章节为例，由压杆稳定的概念和两端铰支细长压杆临界压力（临界应力）的欧拉公式入手，从课程思政的角度建立了相应的教学案例，讨论了如何从国家意识、社会价值和个人素养三个层面上融入课程思政理念，在教学过程中开展思政教育。通过工程案例和名人事迹，增加课堂乐趣，激发学生的学习兴趣，克服他们学习这门课程的畏难心理，以期达到协同育人效果。

［关键词］ 材料力学；压杆稳定；欧拉公式；课程思政；教学案例

［基金项目］ 2020年度扬州大学“课程思政”教学示范课程建设项目“材料力学”（131010341）

［作者简介］ 杜超凡（1987—），男，山东威海人，工学博士，扬州大学建筑科学与工程学院土木工程系副教授（通信作者），主要从事多体系统动力学与控制、计算力学研究；黎 亮（1987—），男，湖北武汉人，工学博士，南京理工大学物理学院工程力学系教授，副院长，主要从事多体系统动力学与控制、复合材料力学研究；陶 阳（1964—），女，安徽宣城人，工学学士，扬州大学建筑科学与工程学院土木工程系副教授，主要从事工程力学测试与计算研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2025）12-0093-04 ［收稿日期］ 2023-12-13

唐宋八大家之首的韩愈在《师说》中对教师有非常明确的定义：“师者，所以传道受业解惑也。”授业解惑是对教师的最基本要求，即传授专业知识并解答疑问困惑。而传道则对教师提出了更高的要求，这就是早期的课程思政。2012年，在党的十八大报告中提出，把立德树人作为教育的根本任务。2016年，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，要用好课堂教学这个主渠道，思想政治理论课要坚持在改进中加强，提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待，其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应［1］。2017年，中共中央、国务院印发《关于加强和改进新形势下高校思想政治工作的意见》指出，坚持全员全过程全方位育人，把思想价值引领贯穿教育教学全过程和各环节。2018年，习近平总书记在全国教育大会上进一步提出，要把立德树人融入思想道德教育、文化知识教育、社会实践教育各环节［2］。2020年，教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》指出，全面推进高校课程思政建设工作。高校思政教育的普及已成为高质量发展和育人的核心要素，同时对高校教师提出了更高的要求：不但要授业解惑，更要传道育人，将思政教育融入教学过程中，做到课课有思政，人人重育人，如盐入水，润物无声［3］。

材料力学是高等学校土木、机械、材料、航空、航天等工科专业学生必修的一门基础课程［4］，也是工程领域分析设计和后继力学课程的理论基础。“材料力学”课程涉及固体力学很多方面的内容，其研究对象主要是棒状材料，如杆、梁、轴等，分析这些构件在基本变形（如轴向拉压、横向弯曲、剪切和扭转）和组合变形（两种及两种以上基本变形的组合）下的强度、刚度和稳定性问题，从而解决构件安全性与成本经济性之间的矛盾。课程内容多，理论性、概念性强，计算烦琐［5］。部分教师在授课时只是简单地喊口号，对课程思政的认识还停留在基础认知层面［6］，有形式而无内容，有数量而缺质量。本文以《压杆稳定》这一章节为例，在讲授压杆稳定的概念和推导两端铰支细长压杆临界压力（临界应力）的欧拉公式时，注重融入思政内容的教学设计，通过深入挖掘力学发展史、力学名师大家、典型工程案例中所蕴含的思政教育资源，让学生掌握事物发展规律，塑造品格，知行合一，树立正确的世界观、人生观和价值观，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。

一、教学目标

1.知识点：掌握压杆稳定的基本概念，如压杆稳定、压杆失稳、临界压力、临界应力、压杆柔度等；掌握计算大柔度压杆临界压力（临界应力）的欧拉公式。

2.思政目标：在国家意识层面上，增强学生的政治认同、家国情怀和“四个自信”，坚定理想信念和社会主义核心价值观，激发爱国主义情怀和科技报国的使命担当；在社会价值层面上，提高学生的社会责任感，培养学生的奉献精神和大国工匠精神，增强做中国人的志气、骨气、底气；在个人素养层面上，教育引导学生深刻理解并自觉践行行业职业精神规范，增强学生的专业素养，提高学生的职业责任感、创新意识和实践能力。

二、教学思路和方法

1.以展示加拿大魁北克大桥的坍塌图片、2008年中国南方雪灾导致的电塔倒塌图片及多起脚手架倒塌事故图片等导入案例，使学生对社会重大事件进行思考，为后续课程思政的开展做好准备。

课程思政引入：加拿大魁北克大桥，典型的桁架结构，当桥面上有荷载作用时，很多杆件都成为压杆，由于工程师在设计中没有考虑构件的稳定性，其中某些压杆因失稳而失去了承载能力，就像多米诺骨牌一样，导致整个结构的坍塌。它经历了两次坍塌事故，共造成88名工人死亡。这次事故也是后来工程界闻名的“工程师之戒”的由来，这枚“戒指”仅仅授予北美顶尖几所大学的工程系毕业生，要戴在小拇指上，作为一种警示和提醒，谨记工程师对于公众和社会的责任与义务。2008年中国南方雪灾，由于设计师没有想到南方会遭遇特大冰冻，大量电塔因覆冰太厚，超过杆件的临界压力而倒塌，导致大范围供电系统瘫痪，造成经济损失1 500多亿元。在土木工程建设中，脚手架结构局部失稳导致的事故是较常见的工程事故之一，例如：2004年，河南安阳工地68米高脚手架倒塌事故，造成21人死亡；2010年，芜湖某科技产业园配送中心工地脚手架倒塌，造成8人死亡；2019年，扬州中航宝胜海洋工程电缆有限公司一处在建工地发生脚手架坠落事故，造成7人死亡。这些事故都造成了严重的人员伤亡和经济损失，如果工程师考虑得更加全面，很多事故都能避免。讲授并分析事故发生的原因，说明压杆稳定在结构设计中的重要性，使学生更好地理解本堂课的内容在工程中的意义。

通过讲授因事故造成的损失使学生树立强烈的职业责任感，更好地理解工程师的首要任务是把人类的安全和福祉放在至高无上的地位，强化学生对“材料力学”课程任务的认同感并树立职业自豪感。

2.在讲授欧拉公式时，介绍科学家欧拉在数学和力学等领域的开创性贡献。更重要的是讲述欧拉在双目失明的情况下，以惊人的毅力和顽强的意志，克服疾病的重重困难，仍然坚持科学研究并做出巨大贡献的科学家精神。进一步引申出我国大批优秀力学家，如钱学森、郭永怀、周培源等，通过讲述他们的事迹，激发学生强烈的爱国主义情怀，提醒学生始终保持初心、不畏困境，树立远大志向，坚持梦想方能成就理想。

课程思政引入：欧拉在数学和力学等许多领域都有开创性的贡献，是迄今为止世界上最为多产的科学家之一，一生共写下书籍和论文800余篇，研究领域涉及分析学、代数、数论、几何、物理、力学、天文学、弹道学、航海学、建筑学等。欧拉晚年近乎完全失明，但仍以惊人的毅力和顽强的意志，克服重重困难，靠超强的心算和超群的记忆力，平均每周完成一篇数学论文，在多个领域做出卓越贡献。我国也有大批优秀力学家，如钱学森，面对美国的威逼利诱，始终没有屈服，毅然回国，为我国的导弹发展做出了开创性贡献。由他主导研发的东风系列导弹，可携带核弹头打击全球任何地方并很难被拦截，使我国的核武器具有了真正的核威慑力。郭永怀，为我国原子弹、氢弹的研制以及核武器事业的发展做出了不朽的贡献。他在工作返京时的飞机事故中不幸牺牲，在生命的最后一刻，与警卫员紧紧抱在一起，在飞机坠毁的大火中用身体保护了重要技术资料的完整，用生命践行了随时准备为党和人民牺牲一切的誓言。周培源，以科学拯救祖国危亡的志向，为了国家的需求，毅然将对理论物理的研究转向流体力学方面，奠定了湍流模式理论的基础，对推动流体力学理论的研究产生了深远的影响。这些科学大家心怀祖国，为了国家的发展和壮大，竭尽全力、无私奉献。通过讲述我国科学家的伟大事迹激发学生强烈的爱国主义情怀和科技报国的使命担当，坚定理想信念和社会主义核心价值观。

3.推导细长等直杆临界压力的欧拉公式时，强调在梁的挠曲线微分方程中忽略高阶小量，由挠曲线近似微分方程和约束条件推导得到计算两端铰支细长压杆临界压力。

在横力弯曲的情况下，曲率既和梁的刚度有关，也和梁的剪力与弯矩有关。对于细长梁而言，剪力对梁变形的影响很小，可以忽略，只考虑弯矩对变形的作用［7］。根据数学中平面曲线的曲率与曲线方程倒数间的关系式和梁变形后曲率与弯矩的关系式，可以推导出弯矩与挠度一阶导数之间的方程式。在应力不超过材料比例极限的前提下，梁的挠曲线是一条平坦的曲线，因此挠度的一阶导数是一个很小的量，远远小于1，可略去不计，故而可得挠曲线近似微分方程。

从挠曲线近似微分方程的推导过程中可知，这里的“近似”包含两层含义：（1）忽略了剪力的影响；（2）在小变形假设的前提下略去了挠度的一阶导数项。

课程思政引入：在这一过程中体现了马克思主义唯物辩证法中主要矛盾和次要矛盾的辩证规律，培养学生“抓住主要矛盾和矛盾的主要方面”的科学思维方法，从问题的本质入手解决。这也是我们“力学人”将实际工程问题简化为力学模型进行分析的最重要的思维方法。

4.通过图1所示的南京城西干道水西门高架桥爆破“软着陆”的案例，说明压杆失稳并不是只能造成安全事故，也是可以被利用去很好地解决工程问题。

如何利用杆件失稳实现高架桥“软着陆”呢？在桥墩上打孔，把炸药埋在这些孔中，见图1（a）。一次性爆破的时候，将桥墩里的混凝土炸碎，载荷全部由钢筋来承担。巨大的桥面重量全部压到钢筋上，钢筋骨架受压失稳，形成一个中间鼓起的纺锤形，见图1（b），杆件失稳失去承载能力，被桥面重力压扁，桥面安全落地，实现“软着陆”。

课程思政引入：利用压杆失稳的典型工程应用，体现了马克思主义哲学中讲到的万物万事都有两面性的理论。对待任何一件事，都要用辩证的思维去看。对于发生的不好的事，其中也许蕴含着对自己有利的方面，启发学生以积极的心态对待人生中遇到的不好的事情。塞翁失马焉知非福，给予正确的心理引导去面对学习、工作甚至感情中可能遇到的困难。

结语

本文优化了“材料力学”课程中《压杆稳定》这一章节原有的教学内容，在做好授业解惑的基础上，深入探索、挖掘其中蕴含的思政元素。通过分析压杆失稳导致的事故、讲述力学名师大家的奋斗史和典型工程实际应用案例等，在国家意识层面、社会价值层面和个人素养层面上，将家国情怀、奉献精神和行业职业精神融入课堂教学中，达到“传道”的育人效果。教学实践表明，通过引入课程思政案例，拓宽并丰富了教学内容，让原本只有公式推导的枯燥乏味的课堂变得生动有趣，极大地激发了学生的听课兴趣，达成了“三全育人”的课程思政目标。

参考文献

［1］习近平在全国高校思想政治工作会议上强调 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（1）.

［2］习近平在全国教育大会上强调 坚持中国特色社会主义教育发展道路 培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人［N］.人民日报，2018-09-11（1）

［3］郭士军，卢兰萍，刘红波.“材料力学”课程思政教学设计与实践［J］.教育教学论坛，2023（22）：96-99.

［4］原方，陈俊旗，刘起霞.材料力学［M］.北京：高等教育出版社，2017：1-2.

［5］秦世伦.材料力学［M］.北京：高等教育出版社，2016：1-2.

［6］曲淑英，卢龙玉，宋良，等.材料力学课程思政教学实践：以“压杆稳定”为例［J］.力学与实践，2021，43（6）：959-963.

［7］邓宗白，陶阳，吴永端.材料力学［M］.2版.北京：科学出版社，2021：76-79.