“材料力學”教學內容思想政治教育元素發掘與探索

樂建波 況小春 計燕華

[摘 要] 針對“材料力學”教學過程中“育人”與“教學”兩種教學方式難于融合為一體并貫穿于整個教學過程的問題，從教學經歷與工廠實踐經驗出發，結合“材料力學”課程特點，以“材料力學”中T形截面梁受力彎曲變形問題為例，詳細闡述了使用“三步法”對該類問題的分析過程，做到提升教學印象與深入發掘思想政治教育元素相結合，借鑒此方式延伸到其他相關概念，充分發掘課程中所蘊含的思想政治教育元素，并將其融入課堂教學中去。通過實踐發現在激發課堂學習氛圍、提升學習動力、促進自主學習、堅定理想信念等方面起到了積極作用。

[關鍵詞] 材料力學;育人;教學;T形截面梁;思想政治教育元素

[基金項目] 2013年度國家自然科學基金項目“陶景德鎮陶瓷大學瓷新型節能干法造粒機理及其裝備關鍵技術研究”（51306083）;2013年度國家自然科學基金資助“陶景德鎮陶瓷大學基于CFD-DEM耦合的過熱蒸汽流化床干燥傳熱傳質機理與模型”（51365018）;2020年度景德鎮陶瓷大學科技藝術學院教學改革專項項目“材料力學課程思政”

[作者簡介] 樂建波（1987—），男，江西撫州人，碩士，景德鎮陶瓷大學機械電子工程學院助教，中級工程師，主要從事結構力學等教學與研究。

[中圖分類號] G641 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）14-0133-04 [收稿日期] 2021-07-20

前言

“材料力學”是一門機械類、建筑類等工科專業的公共基礎課，其主要研究內容為構件的承載能力，即強度、剛度和穩定性計算，并在滿足強度、剛度、穩定性的要求下，以最經濟的代價，為構件確定合理的形狀、尺寸、選擇適宜的材料，而提供必要的理論基礎和計算方法[1]。亦是一門注重理論與實際相聯系的經典力學課程，對培養學生工程結構設計等方面的理論分析和工程實踐能力有著重要指導作用[2，3]。因此，“材料力學”的教學工作不僅要培養學生掌握課程基本理論和方法，更要在培養過程中讓學生建立合理的工程倫理思想，為材料力學知識服務于工程應用奠定良好的基礎。而在此過程中，做到將“育人”與“教學”兩種教學方式融合為一體并貫穿于整個教學過程是一個難題。

近年來，隨著課程思政新教育理念的興起，“育人”與“教學”便不再是兩種教學方式而是一種新型教學理念。這種新型教學理念讓教師在教學過程中能始終堅持以立德樹人為根本任務，充分發掘教學內容中、教學方法中及實踐過程中與思想政治教育元素相關聯的內容，并將思想政治教育元素融合到知識傳授的過程中，最終培養形成一個具有端正價值觀、能力突出的當代大學生。該理念源起于2016年12月在北京召開的全國高校思想政治工作會議，在會議上習近平總書記強調，高校思想政治工作關系高校培養什么樣的人、如何培養人以及為誰培養人這個根本問題，要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫徹教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人，努力開創我國高等教育事業發展新局面[4]。為深入貫徹會議精神，完成立德樹人這一重大教育任務與使命，各大高校教師進行了積極的探索與實踐，取得了良好的教學反饋與成果。如葉志明等以理工類的課程思政建設和實踐為例，闡述了教書育人與課程思政之間的關系和內涵，并給出了教書育人與課程思政等實施方面可借鑒的理念、方法與案例等[5];周繼磊等以材料力學課程為例，對高校工科類基礎課程思政教育進行了探索與實踐，設計了一套適合材料力學課程自身特點的教育方案，并對其建設成效進行評價和考核，最后討論了在推進過程中存在的一些問題[6];劉軍等從自身的教學經驗出發，列舉了多個教學案例，就如何從教師師德教學內容中挖掘思想政治教育元素提出了自己的建議[7];邵瑞影等從教師的德育素養、教學內容和環節、教學方法、考核方式等方面融入思想政治教育進行初步創新改革，引導學生自主學習，提高學習興趣和參與度，從而提升本課程的教學質量[8];李娜等結合材料力學課程特點，研究讓思想政治教師參與到課程思政建設過程中，專業教師挖掘思想政治教育元素，并與思想政治課教師進行討論、交流，融入課程知識點完成教學設計，形成系統的教學案例[9];李延芳等從挖掘思想政治教育元素、加強專業課教師思想政治教育能力培養及靈活應用教育教學方法等方面進行了思想政治教學模式研究[10];王安強等在理論教學過程中，深入挖掘課程包含的思想政治教育元素，從我國力學研究成就、著名力學家故事、課程理論發展歷程、工程災難事故分析等方面進行了總結提煉，形成了系統的思想政治教學案例，通過教學實踐，將對學生的知識傳授、能力培養和價值塑造三者有機結合起來，取得了良好的教學效果[11];宋秋紅等依據課程特點，通過在“材料力學”課程教學中，結合工程實際，無縫融合思想政治教育內容，達到思想政治教育目的又提升了教學興趣。這些研究為后續學者的探索提供了一定指導，但對具體概念及問題中所包含的思想政治教育元素與分析的方式研究不夠深入[12]。

為此，筆者從自身教學經歷與工廠實踐經驗出發，結合“材料力學”課程特點，以《材料力學》教材中梁彎曲變形這一概念為研究對象，將T形截面梁受力彎曲變形問題作為案例進行分析并發掘其中所包含的思想政治教育元素。同時采用類似方式延伸到其他相關概念，充分發掘課程中所蘊含的思想政治教育元素，并將其融入課堂教學中去。通過實踐發現在激發課堂學習氛圍、提升學習動力、促進自主學習、堅定理想信念等方面起到了積極作用。

一、T形截面梁受力彎曲變形問題分析與知識傳授

彎曲變形是工程應用中較普遍的一類問題，如橋式起重機的大梁、各種傳動軸以及橋梁的彎曲變形等。該種變形是由垂直于桿件軸線的橫向力或作用于包含桿件軸線的縱平面內一對大小相等、方向相反的力偶引起的，表現為桿件軸線由直線變為曲線[1]。本文以“材料力學”課程中T形截面鑄鐵梁為例，其截面尺寸和荷載如圖1所示。該梁為外伸梁的一種基本形式，其特點是左端采用固定鉸支座進行固定，在距梁右端1m處采用活動鉸支座進行約束。在這兩種固定方式的作用下，梁左端可在平面內轉動，右端可實現平面內轉動和水平方向左右移動。

在材料力學課程中，“三步法”是梁彎曲變形問題分析與求解常用方法，即首先需要建立力偶的平衡方程將支座對梁的支撐反力一一求解出來，其次將梁上所有外力聯立起來，求得梁某一截面上彎矩方程，最后利用二次積分法得到梁的撓度方程，從而得出梁的變形。因梁在集中力作用位置處左右兩端值通常不相同，故常采用分段的方式進行分析，即在集中力作用位置處分別進行左端與右端分析，而本案例中T型梁在C處有外力F1作用，支座B處有支反力作用，這兩個力因作用于梁上區域范圍均較小，可看成集中力作用效果。

上述分析可知該T型梁可分別建立三段相應彎矩方程和撓度方程，通過該三段相應方程得到計算可分別得出AC段的剪力為橫值2.5KN，CB段的剪力為橫值-6.5KN，BD段的剪力為橫值4KN;C截面處最大正彎矩為2.5KN·m，撓度為-0.66mm，B截面處最大負彎矩為-4KN·m，D截面處撓度為-2.14mm。T型截面梁的剪力圖和彎矩圖如圖2所示。

二、T形截面梁受力彎曲變形問題中思想政治教育元素發掘

經過計算發現T型截面梁中最大下移量位置在D處為2.14mm，C點位置下移量僅為0.66mm，而受力分布圖中力的大小分布正好與T型梁變形量大小相反，即D處的受力為4KN，C處受力為9KN，受力較小處變形量大于受力較大處，這與人們的固定思維相違背。通過此案例的教學可以告誡學生們，在進行科學實驗、結構設計與分析時，不可僅依靠常識進行判定，更需要有腳踏實地、小心求證及用事實和數據說話的科學精神，引導學生在今后的學習和工作中要有具體問題具體分析的態度，凡事未經檢驗不可盲目采取“一刀切”的方式，科學是嚴謹求實的，只有實踐才是檢驗真理的唯一標準。

通過分析發現T型截面梁在集中力作用處剪力圖和彎矩圖變化明顯，在集中力處剪力圖發生突變，突變值為該集中力大小，且突變方向與集中力作用方向一致，而集中力作用處彎矩圖出現極值。這一現象可以讓學生們意識到“眾人拾柴火焰高”的道理，一個人的力量是有限的，產生的能量也是有限的，只有精誠團結共同作用才能產生由量變到質變的巨大影響，如抗日戰爭的勝利，依靠的是全體中華兒女眾志成城，共同抵抗外敵為民族而戰，為祖國而戰，為尊嚴而戰，匯聚成磅礴的力量。

在T型截面梁彎矩圖中，還可以發現在力作用位置處彎矩均為零，而彎矩的計算方式同力矩計算方式，均是力與力臂的乘積。在這個計算公式中力與力臂兩個因素缺一不可，正如古希臘科學家阿基米德的名言：“給我一個支點，我就能撬起整個地球！”而這里的支點便是決定力臂是否存在及大與小的關鍵。力臂小則需要耗費更大的力，損耗的能量更大，受益欠佳甚至無所收益;力臂大則需要僅耗費較小的力，損耗的能量也更小，便可達到最大的收獲，這便是事倍功半與事半功倍的區別。這可啟發學生們在今后的學習與工作過程中遇到問題，切忌不可盲目去解決，不可急于求成，需要有一顆冷靜的頭腦，找準解決問題的關鍵支點。

此外，在進行此案例分析計算時，教師還要引導學生養成明辨是非的能力，正確摒棄無關緊要和對模型求解產生干擾的因素，建立一個不失真而又合理的簡化力學模型，進而引出“解決問題需抓本質、抓主要矛盾”的道理。在應對突如其來的新冠疫情，我們的國家和民族瞬間擰成一股繩，全員上下不分男女，不分老幼，不分職業，團結一切可以團結的力量，不惜一切代價，使得人民的生命安全得到了保障，人民的生活得以正常，這都是因為我們有著堅強的后盾——中國共產黨，有以習近平同志為核心的黨中央給予及時正確的指導，讓我們國家能快速反應并抓到主要矛盾——疫情防控。

結語

本文通過引用“材料力學”教材中T形截面梁受力彎曲變形問題為案例進行分析，詳細闡述了使用“三步法”對該類問題的分析過程，同時通過這一過程深入發掘問題中所包含的思想政治教育元素，最終達到以下效果：（1）讓知識傳授過程變得更加生動與深刻，同時做到“育人”與“教學”在課堂教學過程中較好的融合;（2）讓學生們明白科學是嚴謹求實的，不可僅依靠常識進行判定，更需要有腳踏實地、小心求證及用事實和數據說話的科學精神;（3）讓學生們意識到“眾人拾柴火焰高”的道理，一個人的力量是有限的，產生的能量也是有限的，只有精誠團結共同作用才能產生由量變到質變的巨大影響;（4）啟發學生們在今后的學習與工作過程中遇到問題，切忌不可盲目去解決，不可急于求成，需要有一顆冷靜的頭腦，找準解決問題的關鍵支點。（5）讓學生們學會不因紛紛擾擾的問題而感到困惑，問題的解決需果斷摒棄無關緊要的因素，快速抓住問題的本質與主要矛盾。

參考文獻

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Excavation and Exploration of the Ideological and Political Elements in the Course Content of Mechanics of Materials

LE Jian-bo， KUANG Xiao-chun， JI Yan-hua

（College of Mechanical and Electronic Engineering， Jingdezhen Ceramic University， Jingdezhen， Jiangxi 333001， China）

Abstract： Aiming at the problem that “education” and “teaching” are difficult to integrate into one and run through the whole teaching process in the course of Mechanics of Materials， and based on the authors’ teaching experience， their factory practical experience， and the characteristics of the course， the bending deformation of the T-shaped cross-section beam in the course is taken as an example to expound the analysis process by using the “three-step method”. Improving teaching effect and excavating ideological and political elements are combined in this process. Learning from this method and extending it to other relevant concepts， we can fully explore the ideological and political elements contained in the course， and integrate them into classroom teaching. Practice shows that it plays a positive role in stimulating classroom learning atmosphere， improving students’ learning motivation， promoting independent learning， and strengthening students’ ideals and beliefs.

Key words： Mechanics of Materials; education; teaching; T-shaped cross-section beam; ideological and political elements