課程思政下“有限單元法及應用”教學改革與實踐探索

王青山 邵文 戴澤宇 藺永誠

［摘 要］ 專業知識的海洋能夠對學生進行工程倫理教育，培養其精益求精的大國工匠精神，激發其科技報國的家國情懷和使命擔當。在“有限單元法及應用”的教學實踐中，建立“信、知、行”三位一體的課程思政教學理念，將思政元素、專業知識、工程實踐有機結合，提高學生正確認識問題、分析問題和解決問題的能力，有助于學生塑造正確的世界觀、人生觀和價值觀。“信”是通過課程思政元素的融入，促使學生樹立國家富強、民族振興、人民幸福的家國情懷；“知”是通過夯實基礎理論知識，增強工程應用經驗，達到學以致用；“行”指能夠根據所學理論知識與實踐經驗，解決實際工程中的潛在問題，使學生具備獨立進行問題分析的能力。圍繞“信、知、行”三位一體課程思政教學理念，“有限單元法及應用”從教學目標、教學大綱、課程體系、課程內容、課程手段、課程案例等多維度開展課程改革，為更好地開展“有限單元法及應用”課程思政教學改革提供了思路和方法。

［關鍵詞］ 課程思政；有限單元法及應用；教學改革；實踐探索

［基金項目］ 2021年度湖南省普通高等學校教學改革研究項目“新時代課程思政大背景下‘材料性能學教學內容與方法改革研究”（HNJG-2021-0012）；2021年度中南大學課程思政建設研究項目“‘信、知、行三位一體——‘有限單元法及應用課程思政教學改革與實踐”（2021KCSZ024）

［作者簡介］ 王青山（1989—），男，湖南祁陽人，博士，中南大學機電工程學院副教授，博士生導師，主要從事振動噪聲分析與控制研究；邵文（1987—），男，湖南武岡人，博士，中南大學機電工程學院副教授，博士生導師，主要從事復雜曲面零件抗疲勞設計制造研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）37-0056-04［收稿日期］ 2023-06-05

中南大學機械設計制造及其自動化專業對本科學生的培養方案定位為“培養具有實干擔當精神、社會精英素養、行業領軍能力的高素質人才”。因此在機械設計制造及其自動化專業“有限單元法及應用”課程教學過程中，實現畢業生“能夠獨立或協作解決現代制造業及相關領域內的復雜工程問題”的預期目標較為重要。

課程思政的內涵是指以專業為載體，根據專業人才培養特點和專業能力素質要求，提煉專業所要求的核心價值，將之融入專業人才培養全過程和專業建設［1］。因此，在課程教學過程中，如何潤物無聲地將思政元素系統化與全過程融入專業知識，是課程教學改革的重點與難點，是全面貫徹落實立德樹人的根本目標［2］，提升“有限單元法及應用”課程教學的思政含量與德育價值，實現知識與能力的同向“協同”效應具有重要的理論價值與現實意義，同時也是踐行中南大學“價值塑造、知識傳授、能力培養、智慧啟迪”人才培養理念的一次探索。

一、課程思政下的課程教學現狀

中南大學“有限單元法及應用”于2017年脫胎于“現代設計方法”中的有限元分析教學模塊，基于重大工程裝備復雜的動力學特性以及材料成型中的復雜工藝等實際工程問題，現有現代設計方法中的有限元分析模塊內容不足以支撐學生全面掌握有限單元法原理及應用，而隨著新版《機械設計制造及其自動化專業人才本科培養方案》的實施，預期目標中對畢業生提出了“能夠開發、選擇與使用恰當的技術、資源、現代機械工程類設計與開發工具、信息技術工具”的要求，因此學生需要掌握現代軟件工具，解決實際問題。經過內容建設及發展，“有限單元法及應用”課程體系如圖1所示，目前課程主要存在以下問題。

（一）課程教學內容晦澀難懂

“有限單元法及應用”課程所涉及的基礎知識面廣而散，主要知識點包括力學、數值分析技術、計算機編程語言等。目前，機械類的學生普遍掌握“理論力學”“材料力學”以及“線性代數”等先修課程，而對于有限單元法中的彈性力學與數值分析等核心內容的掌握還有待加強。因此，在現有課程教學內容安排中，需要在開展有限單元法學習的前導過程中為學生建立一定的力學與數學體系。此外，在整個有限單元法的理論學習過程中，存在諸如虛功原理、最小勢能原理、等參變換等大量復雜的理論公式推導，而這部分知識的學習對學生而言較為枯燥，存在一定的難度和挑戰，容易導致學生產生畏難心理，影響了學生的學習興趣。

（二）課程思政融入教學不足

在現有“有限單元法及應用”課程框架內，主要注重學生專業知識的能力提升，并未系統交互涉及課程的“知識使命”與“價值塑造”方面，僅在《緒論》部分簡單穿插軟件應用場景與我國科技事業方面的引導。在整個教學設計層面上，沒有深入地考慮課程教學與思政育人之間的關系，也沒有考慮思政元素與專業知識有效結合的方式，因此，目前的課程思政教學資源還較為匱乏［3］。教師對課程思政的認識不足，對專業課的教學還是聚焦于學生專業能力的培養，對于課程思政增強學生價值觀并激發學生科技報國的重要作用認識不足，從而導致課程思政元素在“有限單元法及應用”教學中融入不足。

（三）課程教學方式效果差

課程教學應建立在豐富的教學資源基礎上，目前，“有限單元法及應用”課程教學只有專業所需的課程用書，并沒有專業知識與課程思政元素結合的教學資料，導致融入課程思政的教學內容體系化不足，直接影響了學生最終的培養質量，思想政治教學效果較差。除了思政元素匱乏外，目前在理論教學中存在大量的力學、數值分析等公式推導，在授課過程中較為枯燥［4］。而在實踐教學方面，目前也止步于上機案例教學，還無法完全給學生展現有限單元法的美妙之處，存在理論知識和實踐操作比例失衡的現象。

二、課程思政教學改革與實踐探索

（一）課程專業目標修改

依據中南大學“建設特色鮮明的世界一流大學”的辦學定位，以及培養具有“實干擔當精神、社會精英素養、行業領軍能力”高素質人才的目標，確定課程知識目標與能力目標；弘揚以“知行合一、經世致用”為核心的中南大學精神，培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人。提出如下培養目標［5］。

1.知識目標。能夠掌握有限元分析設計的基本力學基礎、數學求解原理，掌握一維有限單元法和連續體有限單元法，并能夠尋求實際工程問題的有限單元法描述，正確表達復雜機械工程問題，建立正確且合理的有限單元分析模型。

2.能力目標。根據有限單元法的基本原理和現有的數學與力學知識，能夠熟練掌握一門有限元軟件，獨立開展簡單機械工程結構的靜力學和動力學分析，能夠獨立或協作解決現代機械產品及相關領域的復雜工程問題。

3.育人目標。（1）根植家國情懷，提升民族自信。能樹立國家富強、民族振興、人民幸福的家國情懷。（2）塑造職業素養，承擔社會責任。培養誠實守信、遵紀守法及愛崗敬業的職業素養。（3）啟發創新思維，提升工程能力。能弘揚追求真理的科學探索和創新精神。（4）養成進取品質，培養工匠精神。能養成不斷進取、團隊協作、追求卓越的工匠精神。

（二）課程思政元素及思政教學理念

立足于課程自身專業知識，結合課程自身定位及中南大學機電工程學院的特色，從課程知識目標與能力目標實際需求出發，挖掘了“兩彈一星”、東風系列導彈、陳紹蕃先生的鋼結構性能與設計原理等經典思政元素；匯機電特色、融機電精神、傳機電文化，深入挖掘了鐘倔院士的高性能鋁材制備、黃明輝教授大型構件精密模鍛工藝與裝備、湛立華教授大型復雜薄壁材料/構件成形成性協同制造、何清華教授愛崗敬業精神等具有中南大學機電工程學院烙印的學科技術特色與創新精神等元素。

在充分挖掘課程思政元素的基礎上，進一步凝練“信、知、行”三位一體的思想政治教學理念。“信”：通過挖掘課程思政元素，并與課程內容充分融合，樹立學生國家富強、民族振興、人民幸福的家國情懷，培養誠實守信、遵紀守法及愛崗敬業的職業素養，弘揚追求真理的科學探索和創新精神，以及養成不斷進取、團隊協作、追求卓越的工匠精神；“知”：夯實有限單元法基礎理論知識，掌握有限單元法的核心內容，加強三類核心單元學習，增強工程應用經驗，實現學以致用；“行”：能夠根據所學理論知識與有限元分析軟件，解決實際工程的潛在問題，使學生能夠獨立或協作解決現代制造業及相關領域內的復雜工程問題。

（三）課程體系與內容更新

主要將課程內容、教學手段與考核方法層面的創新互相支撐，形成了多層次耦合型創新課程體系，主要包括：（1）“信、知、行”三位一體的教學理念：將思政元素、專業知識、工程實踐有機結合，激發學生的創新能力，拓寬其知識面；（2）采取“線上+線下”混合式教學方法［6］：線上開展理論知識預先講授與線上考核，線下開展以工程問題為導向的專題討論，同時針對三類單元開展單元特性的學習；（3）綜合評判、不拘一格：注重能力培養的OBE“過程式”考核方式［7］，以2人小組形式開展實際工程問題的研究，嚴格按照中南大學本科生畢業論文撰寫要求進行撰寫，并且需要進行現場PPT答辯，從學生工程實踐能力、自主學習能力、理論知識掌握三個方面綜合評價學生的課程達成度。

在創新課程體系后，要進一步更新課程內容，主要包括：寓教于理，寓教于行，寓教于思。（1）將專業知識與育人目標有機結合，能夠將所學理論知識與實踐相結合，并且能夠自主開展實踐，在實踐的同時，還能結合本科所學理論知識以及相關文獻資料，進行有限的自我反思，對于知識、對國家命運等進行多維度思考。（2）雙線漸進、致知于行。以問題和工程案例教學為主，使工程案例走進課堂，引導學生解決問題。同時采用畫龍點睛式、專題嵌入式、元素化合式、隱性滲入式等手段將思政元素融入課堂，形成思政元素與專業知識雙線漸進的模式。（3）通過雙線漸進的模式，提高學生的參與積極性，從個人情感上實現認知、態度、情感和行為認同，能夠主動貫徹中南大學“價值塑造、知識傳授、能力培養、智慧啟迪”的人才培養理念，達到對學生致知于行的教學目的。

結語

本文針對“有限單元法及應用”課程思政教學的不足，依據中南大學辦學定位與專業培養目標，從課程專業目標、課程思政元素與思想政治教學、課程體系與內容等方面提出了教學改革與創新方法，挖掘了具有中南大學通用與特色的思政元素，建立了“信、知、行”三位一體的思想政治教學理念，并在實踐中取得了一定的成果，然而還存在課程思政實踐效果評估難等問題，如何促進思政元素和專業能力深入結合，創新思想政治教學的評價方式，還需在今后進行積極與更加深入的探索。

參考文獻

［1］卞海紅，李軍，李干林，等.課程思政下工科院校教學改革與實踐探索［J］.創新創業理論研究與實踐，2022，5（10）：150-152.

［2］周丹.以落實“立德樹人”根本任務為目標的高校思政課教學評價改革研究［J］.中國多媒體與網絡教學學報（上旬刊），2021（6）：112-114.

［3］韋曉孝，鄭繼紅.淺談高校思政教學與專業課程的有效結合：以光學工程課程為例［J］.教育教學論壇，2019（41）：219-220.

［4］王娟.“雙一流”建設視角下研究生有限元課程改革思考與實踐［J］.科教文匯，2022（6）：90-92.

［5］李小娟，陳鏡宇，徐麗艷，等.以專業思政、課程思政引領的高質量人才培養模式創新研究［J］.現代職業教育，2021（20）：60-61.

［6］鄒安妮，李宇飛，胡軍.線上線下混合式教學的思考［J］.農機使用與維修，2021（8）：106-107.

［7］李彥濤，刁瑩，于凡.高校考核方式問題研究及過程式考核模式的探索［J］.教育教學論壇，2020（26）：27-28.

Teaching Reform and Practical Exploration of Finite Element Method and Application under the Background of Curriculum Ideology and Politics

WANG Qing-shan， SHAO Wen， DAI Ze-yu， LIN Yong-cheng

（College of Mechanical and Electrical Engineering， Central South University， Changsha， Hunan 410083， China）

Abstract： Professional elective courses are faced with the general problem of how to organically integrate ideological and political elements with professional knowledge and engineering practice when carrying out ideological and political courses， which can develop students engineering ethics education， the craftsmans spirit of excellence， and stimulate students national feelings and mission to serve the country through science and technology while students swim in the ocean of professional knowledge. The teaching practice of Finite Element Method and Application should establish the ideological and political teaching concept of the “faith， knowledge and action” trinity course， and organically combine the three parts of ideological and political elements， professional knowledge and engineering practice， so as to improve students ability of correctly recognizing， analyzing and solving problems， as well as help students to shape the correct outlook on world， life and values. “Faith” refers to establishing students national feelings of prosperity， national rejuvenation and peoples happiness through the integration of ideological and political elements into the curriculum. “Knowledge” refers to strengthening basic theoretical knowledge， enhancing engineering application experience and putting them into practice. “Action” refers to being able to solve potential problems in practical engineering based on the theoretical and practical knowledge learned， so that students have the ability to independently carry out problem analysis. Focus on the ideological and political teaching concept of the “faith， knowledge and action” trinity course， Finite Element Method and Application carries out curriculum reform from multiple dimensions such as teaching objectives， syllabus， curriculum system， curriculum content， curriculum methods， and curriculum cases. It provides ideas and aspects for better carrying out the ideological and political teaching reform of the course “Finite Element Method and Application”.

Key words： curriculum ideology and politics; Finite Element Method and Application; teaching reform; practical exploration