課程思政融入工程力學(xué)導(dǎo)論課的探索與實(shí)踐

劉 君,林小軍,蒲 育,張 莉,趙永花

(蘭州工業(yè)學(xué)院 a. 土木工程學(xué)院, b. 機(jī)電工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730050)

習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上明確指出,各類課程與思想政治理論課同向同行,形成協(xié)同效應(yīng)[1]。我校各教學(xué)單位依據(jù)“立足蘭州、面向甘肅、輻射西部,培養(yǎng)高素質(zhì)、強(qiáng)基礎(chǔ)、重應(yīng)用、善創(chuàng)新、強(qiáng)能力的應(yīng)用型本科人才”的辦學(xué)定位,以課程建設(shè)為載體,積極進(jìn)行理論課與實(shí)踐環(huán)節(jié)的思政改革與創(chuàng)新。目前全部專業(yè)必修課已實(shí)現(xiàn)課程思政全覆蓋,建成一批優(yōu)秀的課程思政示范課。廣大教師積極參加學(xué)校組織的課程思政建設(shè)能力培訓(xùn)及課程思政微課競賽,育德能力有了本質(zhì)提高,思政研究方向正向“深、精、廣”多維度探索。

工程力學(xué)課是多個(gè)專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)必修課,其知識點(diǎn)及拓展應(yīng)用覆蓋了本科階段的多門專業(yè)課和實(shí)踐環(huán)節(jié),在整個(gè)課程體系中占有重要地位,所以本課的思政成效對整個(gè)課程體系的思政建設(shè)有重要影響。就課程內(nèi)容而言,力學(xué)是一門古老的學(xué)科,本身蘊(yùn)含豐富的哲學(xué)思想和自然規(guī)律,易于挖掘課程相關(guān)的思政元素并融入教學(xué),使課程內(nèi)容富于辯證思想。此外,工程力學(xué)的知識點(diǎn)和模型多圍繞工程實(shí)例展開,便于展開工程倫理教育,引領(lǐng)價(jià)值觀,激發(fā)愛國情懷,培養(yǎng)學(xué)生精益求精的工匠精神[2-4]。而導(dǎo)論課作為第一課,思政內(nèi)容除了要結(jié)合授課知識展開,還應(yīng)做到言之有物,充實(shí)有實(shí)質(zhì),而非泛泛而談。

1 工程力學(xué)導(dǎo)論課的任務(wù)

根據(jù)課程大綱安排,課程導(dǎo)論為首堂課,其授課內(nèi)容主要為:師生互相認(rèn)識;老師介紹課程內(nèi)容組成和各部分間的關(guān)系、學(xué)習(xí)目標(biāo)及要求;給出關(guān)于本門課的學(xué)習(xí)建議。概而言之,就是講清學(xué)什么→為何學(xué)→怎么學(xué)這三個(gè)問題。授課內(nèi)容中沒有具體的知識點(diǎn),以老師介紹為主,難免枯燥。因此,圍繞三個(gè)問題大力挖掘思政元素并巧妙構(gòu)思融入課程,可使本堂課生動鮮活,導(dǎo)論課起到激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的關(guān)鍵作用。

首先,教學(xué)者應(yīng)介紹“學(xué)什么”并引入恰當(dāng)?shù)乃颊c(diǎn)。以往介紹課程時(shí),重點(diǎn)是介紹課程的教學(xué)單元內(nèi)容及各單元之間的邏輯關(guān)系,課程的教學(xué)安排,讓學(xué)生了解課程的整體結(jié)構(gòu)和教學(xué)進(jìn)度。筆者對多年教學(xué)過程進(jìn)行了反思和總結(jié),認(rèn)為可以結(jié)合哲學(xué)原理中“運(yùn)動與靜止”的關(guān)系,引導(dǎo)學(xué)生用發(fā)展的觀點(diǎn)看課程。一是力學(xué)知識的發(fā)展。從阿基米德杠桿撬動地球的故事到現(xiàn)代社會的擎天大廈、跨海大橋,從蛟龍?zhí)柼剿骱５椎教鞂m號遨游蒼穹,力學(xué)對科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人類社會的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。二是本課與前、后續(xù)課程的聯(lián)系。例如工程力學(xué)開課前,學(xué)生已完成了大學(xué)物理課程中力學(xué)部分的學(xué)習(xí),涉及到質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系及剛體的平衡與運(yùn)動。那么工程力學(xué)與前面學(xué)到的力學(xué)知識區(qū)別在哪里?老師給出的答案為本課程從工程實(shí)際出發(fā),將工程問題抽象為力學(xué)模型,采用力學(xué)方法進(jìn)行理論分析,并結(jié)合試驗(yàn)手段修正理論結(jié)果。一句話總結(jié)——綜合運(yùn)用力學(xué)知識解決實(shí)際工程問題。這就搭接起前續(xù)基礎(chǔ)課與專業(yè)課間的聯(lián)系。

其次,“為何學(xué)”為思政內(nèi)容的融入創(chuàng)造了廣闊的空間。學(xué)習(xí)是由內(nèi)在需要驅(qū)動的主動認(rèn)識世界改造世界的過程。所以內(nèi)驅(qū)力是提高學(xué)習(xí)成效的關(guān)鍵點(diǎn)。大學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力主要來源于兩點(diǎn):職業(yè)前景和個(gè)人興趣。年輕人無不對自己未來的職業(yè)生涯充滿憧憬,但由于年齡和經(jīng)歷所限,常出現(xiàn)思想和價(jià)值方面的困惑。基于此現(xiàn)象,教學(xué)者可以設(shè)定深、淺兩層思政內(nèi)容。淺層內(nèi)容可以結(jié)合課程介紹行業(yè)發(fā)展前景,鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行職業(yè)規(guī)劃,為畢業(yè)后的就業(yè)就職打基礎(chǔ)。深層內(nèi)容可以引導(dǎo)學(xué)生了解課程相關(guān)的著名學(xué)者及其成就、行業(yè)在新中國成立后取得的歷史性發(fā)展,以此激發(fā)學(xué)生的愛國熱情。這里教師需特別強(qiáng)調(diào),我國目前正處于由制造業(yè)大國向制造業(yè)強(qiáng)國轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期,工科領(lǐng)域的青年學(xué)子學(xué)好知識、掌握專業(yè)技能不僅關(guān)乎個(gè)人發(fā)展,更是國家富強(qiáng)民族復(fù)興的需要[5-8]。

“怎么學(xué)”是導(dǎo)論課的靈魂,也是尋找思政元素的難點(diǎn)。筆者經(jīng)過實(shí)踐探索,認(rèn)為可以結(jié)合若干哲學(xué)思想和方法論的知識來介紹力學(xué)的學(xué)習(xí)方法。正如《大學(xué)》所云:“物有本末,事有終始,知所先后,則近道矣。”好的學(xué)習(xí)方法可以起到事半功倍的學(xué)習(xí)效果。力學(xué)的內(nèi)容源于自然和工程實(shí)踐,是對實(shí)際問題的抽象,所以知識本身蘊(yùn)含著大量的哲學(xué)思想。導(dǎo)論課上教師可以提出幾條后面課程中涉及的哲學(xué)思想讓學(xué)生回顧。如強(qiáng)度設(shè)計(jì)問題中安全性與經(jīng)濟(jì)性的對立統(tǒng)一關(guān)系,采用動力學(xué)三大定理的哪條處理動力學(xué)問題需要結(jié)合具體問題具體分析,細(xì)長桿件的穩(wěn)定性問題是主要矛盾,工程中需要重點(diǎn)關(guān)注解決,強(qiáng)度和剛度問題為次要矛盾等等,任課教師可以結(jié)合內(nèi)容細(xì)細(xì)挖掘。強(qiáng)調(diào)依據(jù)哲學(xué)原理處理力學(xué)問題的目的,一是與思政類課程同向而行、協(xié)同教學(xué),二是利于知識點(diǎn)的提煉,對專業(yè)知識的傳授起到“畫龍點(diǎn)睛”的效果。

2 工程力學(xué)導(dǎo)論課的思政素材

思政的載體是專業(yè)知識,思政點(diǎn)必須圍繞課程知識展開,專業(yè)知識與思政內(nèi)容要相輔相成,不能相互孤立。筆者根據(jù)工程力學(xué)導(dǎo)論課的內(nèi)容并結(jié)合多年教學(xué)心得,提出兩項(xiàng)素材與同行交流。

2.1 課程內(nèi)容介紹與力學(xué)史、力學(xué)家

工程力學(xué)內(nèi)容主要解決質(zhì)點(diǎn)及質(zhì)點(diǎn)系的機(jī)械運(yùn)動(包括平衡)、變形桿件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問題。教師向?qū)W生介紹時(shí),可以請學(xué)生思考問題:“什么是力?這一概念是誰最先提出的?力與運(yùn)動的關(guān)系如何?”古希臘的亞里士多德對力有過闡釋,而真正給出“力”這一概念的是大名鼎鼎的物理學(xué)家牛頓。順著這一話題,可以以時(shí)間線為軸線,介紹力學(xué)史上重要人物及其主要成就,使學(xué)生對整個(gè)力學(xué)發(fā)展有簡單的了解。很多科學(xué)家及成就學(xué)生已有所耳聞,此時(shí)容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.1.1 力學(xué)發(fā)展簡史

1) 17世紀(jì)之前。古希臘學(xué)者亞里士多德,提出“體積相等的兩個(gè)物體,較重的下落得較快”;“力學(xué)之父”阿基米德提出浮力原理;荷蘭數(shù)學(xué)家斯蒂文于1586年出版巨著《靜力學(xué)原理》,建立了靜力學(xué)基礎(chǔ);德國天文學(xué)家凱普勒在“日心說”的基礎(chǔ)上,通過分析大量觀測數(shù)據(jù),歸納得到了行星運(yùn)動三大定律;集大成者意大利物理學(xué)家、天文學(xué)家伽利略,在比薩斜塔上當(dāng)眾完成了自由落體試驗(yàn),以事實(shí)推翻了亞里士多德的斷言。他還通過多次斜面落體試驗(yàn),總結(jié)得到了正確的落體運(yùn)動規(guī)律。因在多個(gè)領(lǐng)域取得的卓越成就,伽利略獲得了“歐洲近代自然科學(xué)創(chuàng)始人”“觀測天文學(xué)之父”“近代物理學(xué)之父”“近代科學(xué)之父”等諸多榮譽(yù)[9]。

2) 17世紀(jì)。天文學(xué)、力學(xué)和數(shù)學(xué)三個(gè)方面出現(xiàn)結(jié)合,將自然科學(xué)的發(fā)展推進(jìn)到“科學(xué)時(shí)代”。牛頓,首先在伽利略和他自己的大量試驗(yàn)基礎(chǔ)上把實(shí)踐的結(jié)果上升為理論,大膽提出了有名的牛頓三大運(yùn)動定律和萬有引力定律。1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》標(biāo)志著經(jīng)典力學(xué)(也稱古典力學(xué))的建立[10]。

3) 18至19世紀(jì)。從18至19世紀(jì)末,力學(xué)和數(shù)學(xué)相互促進(jìn)并發(fā)展,經(jīng)典力學(xué)進(jìn)一步發(fā)展。拉格朗日通過引進(jìn)廣義坐標(biāo),引進(jìn)了拉格朗日函數(shù)并推導(dǎo)了有名的拉格朗日方程組建立了“分析力學(xué)”。1834年英國數(shù)學(xué)家哈密爾頓建立了以積分形式的變分原理為基礎(chǔ)的分析力學(xué),將經(jīng)典力學(xué)推向巔峰[9-10]。同一時(shí)期,數(shù)學(xué)出現(xiàn)了泛函理論、歐拉-拉格朗日的變分原理。流體力學(xué)方面,由法國科學(xué)家納維于1821年和英國物理學(xué)家斯托克斯于1845年分別建立納維-斯托克斯方程[11];電動力學(xué)方面,麥克斯韋建立了麥克斯韋方程組,創(chuàng)立了經(jīng)典電動力學(xué),并且預(yù)言了電磁波的存在,提出了光的電磁說;統(tǒng)計(jì)力學(xué)方面,玻爾茲曼推廣了麥克斯韋的工作,1871年提出了麥克斯韋-玻爾茲曼分布。

4) 20世紀(jì)至今。德國物理學(xué)家普朗克1900年于報(bào)告中提出能量子概念和普朗克常數(shù),宣告量子論誕生和一場新物理學(xué)革命。1905年愛因斯坦在論文《論動體的電動力學(xué)》中獨(dú)立而完整地提出狹義相對性原理,開創(chuàng)物理學(xué)的新紀(jì)元。而普朗克和愛因斯坦的成果標(biāo)志著物理學(xué)與力學(xué)的分家[9]。

2.1.2 著名力學(xué)家

20世紀(jì)始,航空航天等現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了應(yīng)用力學(xué)的產(chǎn)生,誕生了普朗特、鐵木辛柯、馮卡門、錢學(xué)森等一批力學(xué)大師。錢學(xué)森大師指出,力學(xué)是任務(wù)是運(yùn)用力學(xué)理論協(xié)助工程師、設(shè)計(jì)師解決在工程和生產(chǎn)實(shí)踐中遇到的、超出其知識范圍的新問題[12]。這無疑深刻揭示了工科人員學(xué)習(xí)力學(xué)的必要性。20世紀(jì)30年代,國際理論與應(yīng)用力學(xué)聯(lián)合會成立。目前,國際應(yīng)用力學(xué)領(lǐng)域的最高獎為Timoshenko獎。截至2021年,共有三位華人學(xué)者獲獎,分別是林家翹(1975年獲得)、馮元楨(1991年獲得)、高華健(2021年獲得)。

介紹力學(xué)史和力學(xué)家的目的有三個(gè),一是使學(xué)生認(rèn)識到力學(xué)同其他學(xué)科一樣,是不斷向前動態(tài)發(fā)展的。今日所學(xué)知識來源于千年智慧的總結(jié),所以要善于積累;二是讓學(xué)生明白,科學(xué)發(fā)展的道路不僅曲折漫長且無終點(diǎn),想要有突破取得成就,更需要有懷疑和創(chuàng)新;三是了解歷史上不利于力學(xué)進(jìn)步的諸多因素,這些因素也是影響整個(gè)科學(xué)和社會進(jìn)步的因素,如各種形態(tài)的唯心主義和功利主義。不論是大學(xué)學(xué)習(xí)階段還是步入社會工作階段,遇到這些問題都要堅(jiān)定批判和摒棄,篤定學(xué)習(xí)信念,培養(yǎng)科學(xué)精神,達(dá)到學(xué)史明理,學(xué)史增信,學(xué)史崇德,學(xué)史力行的思政目的。

2.2 愛國主義熏陶與力學(xué)在中國的發(fā)展

前面介紹力學(xué)史和力學(xué)家時(shí),很少出現(xiàn)中國的身影。是否中國古代和現(xiàn)代就沒有力學(xué)之說呢?教師可以從力學(xué)角度出發(fā),介紹行業(yè)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景。這個(gè)過程中可以結(jié)合社會制度的發(fā)展,介紹我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展簡史——從早期的輝煌燦爛到后來封建專制下的沉沒,再至新中國建立后的崛起。這部分內(nèi)容處處體現(xiàn)家國情懷和民族精神,是激發(fā)學(xué)生愛黨、愛國情懷的好時(shí)機(jī)。

2.2.1 中國古代的力學(xué)發(fā)展

戰(zhàn)國時(shí)期墨家著作《墨經(jīng)》中,出現(xiàn)了“力,重之謂”“力者,形之所奮也”的語句[13],這是古代中國人從感悟出發(fā)對“力”作出的最早描述。中國古代有句成語“北人無弓匠,南人無船工”,在兩千多年的歲月長河中,力學(xué)的身影一直出現(xiàn)在“匠”的領(lǐng)域范疇,即天文、土木、水利、交通甚至軍事領(lǐng)域,但并不作為獨(dú)立的學(xué)科。東漢鄭玄在其所著《考工記·馬人》有:“假令弓力勝三石,引之中三尺,馳其弦,以繩緩擐之,每加物一石,則張一尺。”加物一石,物張一尺,表明施加的力與變形量成正比,這比英國科學(xué)家胡克提出的“胡克定律”早1 500多年。宋代李誡所著《營造法式》中有“凡梁之大小,若隨其廣分為三分,以二分為厚”,意思是從原木中取矩形截面梁時(shí),寬高比為3/2=1.5為最合適,這一結(jié)論與《材料力學(xué)》的高寬比為1.414的結(jié)論基本吻合。比意大利的達(dá)·芬奇提出的“梁的強(qiáng)度與長度成反比,與寬度成正比”早400多年,文藝復(fù)興后期天文學(xué)革命引領(lǐng)西方進(jìn)入科學(xué)時(shí)代,而此時(shí)正值中國的元明兩朝,封建專制空前加強(qiáng),“朕即真理”的皇權(quán)思想摧毀了大眾的邏輯思辨能力,一切科學(xué)思想被扼殺,這以后中國的力學(xué)發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于西方,中國的科學(xué)進(jìn)步也自此停滯不前,東方開始落后于西方。朱照宣指出:主要原因是社會制度造成的,其次是中國的科學(xué)傳統(tǒng)上、科學(xué)思想方法上的原因造成的[14]。直至清朝末年,在嚴(yán)復(fù)譯著《天演論》中出現(xiàn)“名、數(shù)、質(zhì)、力,四者之學(xué)是也”的語句,這是近代關(guān)于力和力學(xué)的首次出現(xiàn)。1906年清政府審定的第一本大學(xué)力學(xué)教科書是英國人馬格那著、嚴(yán)文炳翻譯譯《力學(xué)課編》。

2.2.2 力學(xué)在新中國的發(fā)展

力學(xué)真正作為一門獨(dú)立學(xué)科在中國大發(fā)展是在新中國建立之后。1957年2月,錢學(xué)森、周培源、錢偉長、郭永懷等著名力學(xué)家創(chuàng)建清華大學(xué)力學(xué)研究班,分為固體力學(xué)與流體力學(xué)兩個(gè)班,為我國的社會主義建設(shè)培養(yǎng)高級力學(xué)研究人才。三屆力學(xué)班共招收學(xué)員309人,這些學(xué)生成為我國首批力學(xué)科研和教學(xué)方面的骨干,為新中國各行各業(yè)的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn),力學(xué)界知名的學(xué)者大都出自這一研究班。

幾十年來無數(shù)力學(xué)工作者投身于于航空航天、國防、基建等重大高科技成果的建設(shè)中,新中國的社會主義建設(shè)取得了舉世矚目的成就,中華民族在民族復(fù)興的道路上奮勇向前,這些都顯示了中國共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)下中國特色社會主義制度的優(yōu)越性,對于引導(dǎo)學(xué)生增強(qiáng)對黨的創(chuàng)新理論的政治認(rèn)同、思想認(rèn)同、情感認(rèn)同,堅(jiān)定中國特色社會主義道路自信、理論自信、制度自信、文化自信,堅(jiān)定理想信念,堅(jiān)定政治立場、強(qiáng)化責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識有重大教育價(jià)值。

3 結(jié)語

隨著課程思政建設(shè)工作的逐步展開和推進(jìn),我校工程力學(xué)課程思政的研究重點(diǎn)已細(xì)化至每節(jié)課。做好首堂課——導(dǎo)論課的思政教學(xué)工作對整門課的思政教學(xué)尤為重要。本文以導(dǎo)論課的思政教學(xué)為研究目標(biāo),不僅詳細(xì)分析了本次課的授課內(nèi)容及匹配的思政元素,還對思政元素融入課程的具體方式給出建議。如此安排的思政內(nèi)容使導(dǎo)論課生動鮮活,學(xué)生對課程內(nèi)容感興趣,感到學(xué)習(xí)的內(nèi)容有用,內(nèi)心深處激發(fā)出想學(xué)、愛學(xué)的熱情,潛移默化地增強(qiáng)了學(xué)生的愛國意識,課堂成為培養(yǎng)學(xué)生道德品質(zhì)的主陣地。本文例舉的思政元素較多,同樣適合其他基礎(chǔ)力學(xué)課程的導(dǎo)論課。由于課時(shí)有限,老師可以根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)和學(xué)情進(jìn)行篩選,特別要控制知識內(nèi)容與思政內(nèi)容的合理占比,且二者的銜接應(yīng)自然流暢。本文沒有討論思政教學(xué)的評價(jià)內(nèi)容,如何建立高效、科學(xué)的課程評價(jià)系統(tǒng)是下一階段的研究方向。評價(jià)系統(tǒng)應(yīng)多元化擴(kuò)展,知識傳授與育德教育并重,不應(yīng)局限于只評專業(yè)、評學(xué)習(xí),還應(yīng)反映學(xué)生的情感、認(rèn)知、價(jià)值觀等人文因素。