基于案例化教學的“材料力學性能”課程思政教學實踐與探索

郭彥兵 楊淼森 張旺

摘要：“材料力學性能”是高等院校材料類專業的專業基礎課程，在基礎課程和專業課程中起到非常重要的連接作用。本課程對材料類本科專業人才的專業知識、專業素養和實際工程問題解決能力的培養具有舉足輕重的作用。本文通過“大國工匠”等思政教學元素與課程知識點的融合，全面踐行課程思政教學的立德樹人目標。思政元素融入工科專業課課堂教學，不僅增加了課堂教學的吸引力，也培養了學生的職業素養和愛國主義信念，實現“三全”育人。

關鍵詞：材料力學性能；課程思政；工程案例

中圖分類號：G642；TG40-4文獻標識碼：A文章編號：1673-7164（2020）48-0064-04

基金項目院上海電機學院“課程思政”教育教學改革建設項目（項目編號：B1-0224-20-001-51）。

習近平總書記在2016年12月召開的全國高校思想政治工作會議中強調，“要用好課堂教學這個主渠道，各類課程都要與思想政治理論課同向同行，形成協同效應?！盵1]

應用型高校材料類本科生作為未來材料類工科專業與時俱進的應用型人才，作為新時期社會主義事業的接班人，材料類（材料成型及控制工程、焊接技術與工程等專業）本科生除了需要掌握專業基本理論知識，還需要具備知“材”善用的實踐能力。材料力學性能是材料類本科專業理論性和實用性很強的一門專業基礎課，涉及材料在靜載荷及其他載荷（沖擊、疲勞載荷等）下的多種復雜力學性能[2-3]。這些性能特點是學生在理論研究、樣品制備、加工技術（工藝）合理選擇（制定）以及工程結構設計應用中能否將專業知識學以致用的關鍵。

材料力學性能向前承接材料力學、材料科學基礎等理論性較強的基礎課，向后接續各專業的專業課。在這一過程中，通過材料力學性能課程教學，培養材料類工科學生的工程科學思維和工程問題處理能力；另一方面，材料力學性能課程一般開設在大二下學期或大三上學期，是學生從基礎學習向專業學習和培養科研思維和職業素養的重要階段。

在此背景下，應及時把思政元素引入材料力學性能課堂教學中，通過與教學案例中的思政元素融合，培養學生的安全意識，增強其社會責任感；培養熱愛科學、不斷探索的精神；宣傳大國工匠精神，培養學生的愛國主義，職業道德，建立民族自豪感；應把具體教學內容與思政教育相融合，培養學生嚴謹的工作態度和專業榮譽感，樹立學生的職業使命感和責任感，為其打下堅實的專業理論和思想基礎。

一、材料力學性能課程思政案例選擇與設計

材料類工科專業課課程思政的根本目的在于立德樹人，以達到培養材料類工科學生的思想政治素養、公民意識、職業精神、社會主義核心價值觀，最終實現全程育人、全方位育人[4-5]?！安牧狭W性能”課程包含的知識點廣泛，涉及很多實際工程案例，因此可依據課程本身特點充分融入思政元素開展課程思政教學。本文從材料力學性能工程案例中選取合適的思政融合案例，結合“工匠精神”，弘揚社會主義核心價值觀，培養合格人才。本文結合案例式教學，從職業素養教育、愛國主義教育、傳遞正能量、法律法規教育等四個方面對本課程思政教育素材進行了設計。

（一）職業素養教育

職業素養教育貫穿整個課程，上海電機學院此門課程主要針對以材料成型及控制工程和焊接技術與工程為代表的材料類專業開設，作為未來的代表中國制造2025的工程師，在提升自己職業技能的同時，也必須遵守職業操守，具有職業道德。

本課程主要講授材料靜載荷及動載荷作用下的力學性能及其強度、相關理論及測試方法等內容，主要解決的是材料結構在服役過程中的失效問題，從而指導材料的安全設計。特別是材料在關鍵部件上的應用時，因為設計不當可能導致的災難性事故。例如著名的泰坦尼克號沉船事故，就是因新型鋼鐵材料設計時未考慮低溫服役時的韌脆轉變而導致的嚴重災難。在授課過程中應引入上述經典案例，分析這些事故出現的原因，說明材料或結構設計工程師的使命感，培養學生的職業素養。

（二）培養學生的愛國主義與時代使命感

在制造業中，高性能材料是基礎。因此在授課過程中可引入相應的新聞和視頻影像資料，加深同學們對自己所學專業的認同感、愛國主義精神和時代使命感。2018年9月26日，習總書記在黑龍江齊齊哈爾考察中車齊車集團有限公司時指出，裝備制造業是國之重器，是實體經濟的重要組成部分，要把握優勢，乘勢而為，做強做優做大。

本課程中可引入類似案例，比如我國動力機車的車身材料，主軸材料以及高速鐵路的鐵軌等新型現代材料的研發設計過程中所創造的奇跡，提升學生們的民族自豪感。

（三）使正能量貫穿每個教學細節

教師的一言一行都將對學生產生影響，在課堂教學中教師要嚴格要求自己，注意行為舉止，不信謠，不傳謠，以身作則，傳播正能量。教師應當在本課程教學設計中加入一些正能量話題，比如在講材料的斷裂強度與斷裂韌性時，引入我國著名的材料科學家，比如徐祖耀院士、潘際鑾院士等人為我國新材料的研發默默奮斗和奉獻的故事，大國工匠“鐵甲神醫”焊接專家白津生的感人故事等。

（四）培養良好的法律意識

我國高端裝備制造業的快速發展，對設備精細度和安全標準要求越來越高，應用領域越來越廣泛，一旦出現事故，后果十分嚴重。比如我國的高鐵裝備，建筑裝備，航空航天設備與裝備，大型民用客機等。在課堂教學中教師應教育學生：作為裝備制造和材料工程師，不管是材料選擇，結構設計還是制造工藝，都應遵守規范法規，工作態度端正嚴謹，懂得維護自己的權力，履行該有的義務。

二、典型思政教學工程案例的教學實踐

為了實現“材料力學性能”思政案例教學過程的順利進行，必須將課程的每一個細節合理、自然地融入思政理念，實現立德樹人。眾所周知，我國擁有五千年璀璨文明，在數千年的歷史長河中，我的材料科學技術都走在世界前列。因此在講述有關材料力學性能的大部分章節都可融入有關民族自豪感、四個自信相關的思政元素，融入“自力更生、艱苦奮斗”“勇于攻克難題”“愛國主義情懷”“中國特色社會主義制度優勢”等思政教育目標[6]。

（一）緒論

緒論是本課程開篇之章的內容，雖然教材設計內容不多，但是本項目教學實踐過程中還是單獨設置了一個模塊。精彩生動的思政緒論課能給學生留下美好的課程印象，培養學生對專業的熱愛，為后期該課程學習打下良好基礎。

首先，通過對材料發展歷史、材料在服役過程中的力學性能與發展現狀、存在問題和未來材料力學性能的發展方向，引導學生重視專業課學習，為將來解決所在行業面臨的問題貢獻出自己的力量，培養和樹立社會責任感和專業使命感。

材料力學性能課程所涉及的力學性能指標非常多，即使是學過材料力學課程的學生也很難對每一種力學性能指標的含義和工程應用有很清晰的認識。緒論中涉及的工程案例篩選和導入設計要與日常生活和工業生產密切相關。如通過展示鉆石、石墨的圖像資料，說明硬度的概念、評價方法和工程應用；通過展示美國塔科馬海峽吊橋因卡門渦街效應導致的坍塌事故，說明動態力學性能與材料剛度的重要工程意義；引入材料在我國運載火箭和殲20戰機、運20飛機的新聞、視頻，激發學生的愛國熱情和學好本專業的使命感，樹立專業榮譽感，使其了解自己今后的工作與國家建設息息相關。

最后，再導入“材料力學性能”課程所涵蓋的主要模塊與知識點，并將各個知識點與實際工程應用結合的案例相聯系?？偨Y當前我國在與材料力學性能相關的典型工業領域存在的不足，激發學生們積極奮斗的熱情。

（二）應力腐蝕模塊

隨著航空航天、海洋、核能、石油、化工等重工業的迅速發展，相關產業和行業對金屬材料的強度要求越來越高，對金屬機件接觸的化學介質也越來越苛刻，致使因機件殘余應力與環境介質共同作用的應力腐蝕開裂現象逐年增多。因此有必要就金屬材料的應力腐蝕開裂開設一個模塊，培養學生作為未來工程設計人員及材料科學工作者的科學思維。

課程教學目標是讓學生掌握應力腐蝕的機理、應力腐蝕失效判定以及防止應力腐蝕發生的預防措施，同時培養學生的職業素養和嚴謹的“工匠精神”。通過引入某化氣體分餾塔因硫化氫應力腐蝕引起的事故案例，結合事故現場圖片和相關視頻，加深學生對應力腐蝕危害性的印象。同時引導學生對典型金屬材料應力腐蝕發生的條件、典型應力腐蝕產生的部件進行思考和聯想；進而自然引出應力腐蝕發生的機理和解釋應力腐蝕的理論模型；最后引導學生通過應力腐蝕機理，思考和分析防止發生應力腐蝕的方法，培養學生的工程思維和責任感，以此達到思政育人的效果。

（三）金屬疲勞模塊

金屬疲勞是金屬材料構件在動載荷作用下一種服役方式，若疲勞服役壽命設計考慮不周會引起嚴重的事故。本課程的教學目標是讓學生掌握疲勞發生的機理、疲勞壽命設計準則，思政教學目標是培養學生作為工程技術人員的榮譽感、使命感和擔當精神。

本案例通過引入航空史上的彗星客機爆炸事故，結合相關影像資料，引入疲勞壽命設計的概念。進而開展有關疲勞載荷的形式及失效機理內容的授課內容，最后引導學生主動思考有關疲勞動載荷服役環境下金屬材料的設計安全準則。并結合目前我國高鐵在高速運行條件下我國工程師們對于高鐵疲勞服役構件所做的努力，引導學生學習這些在工程領域做出奉獻的“大國工匠”嚴謹、科學、負責的工程思維，以達成育人目標。

三、課程思政在材料力學性能教學過程中應用成效

本課程通過實際工程案例，深入剖析各教學模塊知識點，通過教學設計融入思政要素主線，將知識點進行合理串接；通過豐富的思政課程教學材料讓教學模塊更加立體，并通過多元的互動環節增強學生的印象和對未來職業的使命感、責任感，將思政要素以潛移默化的形式融入課堂教學。使思政育人目標與知識育人目標相互促進，相得益彰，真正將材料力學性能課程設計成一門育才和育人同頻共振的專業課程。盡管課程思政和教書育人的效果無法一蹴而就，但通過一定的教學手段和教學方法可以引導學生在思想、行動上逐步成熟，進而培養他們積極的人生態度、健康向上和團結合作的精神面貌。

研究采用了問卷調查法，在問卷中嵌入課程思考題和章節隨機測驗，對比了采取課程思政教學的班級和未來采用該模式的平行班的成績，證明了課程思政可以提高教學效果，如圖1所示。

由圖1可知，思政教學授課與傳統教學方式相比，學生對典型章節知識點的掌握程度均有不同程度提高，其中難度較高的疲勞章節（第五章）的知識點掌握度提升27%以上。通過問卷調查發現，學生通過思政課程學習對自己的職業前景更加了解，也對自己作為一個材料專業工科學生有了更多的責任感和使命感。

四、結語

“材料力學性能”課程中融入基于模塊化的思政課程教學探索具有重要的現實意義，是材料類工科專任教師的一項新的使命。通過思政教學實踐，任課教師自身提高了思想政治理論水平的同時，也提升了教學效果，為培養具有新時代社會主義使命感和“工匠精神”的新型高層次應用型工程人才提供了新思路，實現了全程全方位育人的專業人才培養目標。

參考文獻：

[1]習近平在全國高校思想政治工作會議上的講話[N].光明日報，2016-12-09.

[2]劉瑞堂，劉錦云.金屬材料力學性能[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2014.

[3]束德林.工程材料力學性能[M].機械工業出版社，2016.

[4]譚術魁.非思政類課程協同思政教育（課程思政）的共通性方法[J].大學教育，2020（10）：21-25.

[5]劉鵬，陳曙光，葉昌，等.材料類專業基礎課的思政育人實踐探索[J].教育教學論壇，2020（44）：91-92.

[6]艾建平.“三全育人”理念下材料類專業“課程思政”的理論認識與實踐路徑探討[J].西部素質教育，2020，6（12）：5-7.

（薦稿人：午麗娟，上海電機學院材料學院副教授）

（責任編輯：陳華康）