“巖土工程數值方法”課程思政教育探索

［摘 要］ 課程思政建設不僅是實現“三全育人”的重要環節，也是落實立德樹人根本任務的關鍵所在。針對工科專業課程“巖土工程數值方法”開展課程思政建設進行了初步探索。首先對課程背景、教學內容和課程思政的現狀進行了闡述，系統論述了課程思政建設的必要性。然后，從培養使命感和責任感、樹立正確的辯證觀和人生觀、學習人生哲理、培養工程素養等四方面提出了“巖土工程數值方法”課程實施課程思政的策略，并給出了具體的教學案例，為在課堂上有效地實施思想政治教育提供了新的思路，為工科專業課程思政建設提供了參考。

［關鍵詞］ 課程思政；巖土工程；數值方法；“三全育人”

［基金項目］ 2022年度北京交通大學研究生課程思政示范課程建設項目重點項目“‘巖土工程數值方法’課程思政示范課程建設”（134001101522）

［作者簡介］ 李偉華（1976—），女，內蒙古赤峰人，博士，北京交通大學土木建筑工程學院教授，主要從事巖土工程研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）32-0056-04 ［收稿日期］ 2023-07-10

引言

2016年12月，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調，要堅持把立德樹人作為中心環節，要用好課堂教學這個主渠道，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應［1］。此外，中共中央、國務院印發《關于加強和改進新形勢下高校思想政治工作的意見》等文件，提出全員全過程全方位育人的“三全育人”政策，其中“全方位育人”強調了培養具有綜合素質的人才，明確了專業知識和思想教育要一手抓，協同共進，這就要求教師在課程上要將思政元素融入專業教學內容中，提高學生的思想政治覺悟，使其形成馬克思主義世界觀和價值觀。

“巖土工程數值方法”作為我校土木工程專業5級課程和巖土工程專業碩士研究生培養的必修課程，強調理論與實踐相結合，是培養學生思維能力、計算能力、應用能力和創新能力的重要載體。在該課程中有效地融入思政教育，使專業知識和思想政治教育相結合，將會降低課程的抽象性，增強課堂教學的趣味性，不僅可以提高教師授課的效率，使知識傳授與價值引領形成協同效應，還有利于增強學生學習的興趣和動力。

本文在思想政治教育原則的指引下，對“巖土工程數值方法”課程多年教學實踐中的經驗進行總結及充分的教學研討，將馬克思主義理論和社會主義核心價值觀貫穿教學全過程，以教學大綱為基礎，結合學校特色，充分挖掘蘊含在巖土工程數值方法中的育人因素，培養學生的愛國主義情懷，提升其思想水平和政治覺悟，踐行知行校訓，實現立德樹人潤物無聲。

一、“巖土工程數值方法”課程特點分析

“巖土工程數值方法”是我校土木工程專業5級課程，也是巖土工程專業碩士研究生培養的必修課程。該課程主要講述了用于解決巖土工程問題的各種數值方法，以有限單元法為重點，并簡單介紹了其他常用巖土工程數值方法。授課內容包括有限元法的基本原理及線性、非線性有限元求解方法，有限元法計算機程序實現，典型巖土工程問題的有限元分析及巖土工程中其他常用數值方法。課程將有限元及巖土力學中最基本、最重要的理論工具進行貫穿和強化，突出有限元等數值方法的基本理論和巖土工程問題的解題步驟，培養研究生的抽象思維、邏輯推理能力，應用、創新能力及嚴謹的科學精神，提高研究生的科研素養。將有限元方法等數值原理貫穿于不同材料、不同類型的巖土工程問題的分析求解中，了解有限元程序和巖土工程分析軟件，應用有限元方法分析和處理具體工程實際問題，提高研究生的科研攻關能力。通過學習該課程，為后續課程的學習和開展巖土工程實踐及科學研究奠定了堅實的基礎。

“巖土工程數值方法”教學內容豐富、研究方法深入，既具有傳統理論課程的高度抽象性與嚴密科學性，又強調應用的廣泛性與技術性，是培養學生思維能力、計算能力、應用能力和創新能力的重要載體?！皫r土工程數值方法”課程具有開展課程思政教育改革的條件和優勢，一方面該課程一直是巖土工程專業研究生的必選課，課程教學對象人數較多，在該課程中開展思政教育更有現實意義；另一方面，該課程是解決巖土工程實際問題的一門工具類課程，與實際聯系密切，相對于純理論課程而言更“接地氣”，可以更好地結合工程實際問題進行思政教育。課程組在十幾年的教學中一直努力嘗試教學改革研究，本文試圖在“巖土工程數值方法”課程思政教學改革方面進行一些探索。

二、“巖土工程數值方法”課程思政的探索和實踐

在“巖土工程數值方法”課程教學中，充分利用其開展思政教育的條件和優勢，圍繞教學大綱，在晦澀難懂的理論教學中融入育人內容，增強教學的趣味性，緩解教學中沉悶的氛圍，加深學生對基礎理論知識的理解。將馬克思主義理論和社會主義核心價值觀貫穿教學全過程，培養學生的使命感和責任感，助力學生樹立正確的辯證觀和人生觀，讓學生從課程中學習人生哲理并培養工程素養。努力實現潤物無聲，發揮“小課堂”立德樹人的“大作為”。

（一）將數值方法的發展與當代中國科技發展相結合，培養學生的使命感和責任感

數學是數值方法的根基，我國是一個數學大國，有著悠久的歷史文化和輝煌的數學成就［2］。在介紹數值方法的發展時，為學生穿插講解我國科學家做出的成就，以此激發學生的愛國主義情懷。如固體力學家徐次達教授將加權殘值法應用到固體力學問題求解中，創立了我國加權殘值法計算力學［3］，引領我國在加權殘值法方面的研究工作處于國際領先地位。這是近現代行業中著名的專家，通過講述他的故事，激勵學生奮發學習，攀登數學高峰，努力趕超國外先進科學與技術。

數值方法應用廣泛，國際上90％的機械產品和裝備都是由有限元進行分析的［4］。在介紹數值方法應用方面時，可以發掘用數值方法解決身邊問題、熱點問題、重大科學工程問題的案例。例如，介紹第一架B-777飛機設計中大量采用了有限元分析手段，借此引申出我國嫦娥四號探測器實現了人類首次月球背面軟著陸探測，“蛟龍”號載人潛水器已在大海深處創造了下潛7 062米的中國載人深潛紀錄，這些超級工程的順利實施離不開數值模擬技術的發展。引導學生在未來學習和工作中發揚艱苦奮斗、敢于探索、刻苦鉆研的精神，傳承中國科技之光，繼承科學思想。

（二）將馬克思主義哲學思想融入數值求解原理，助力學生樹立正確的辯證觀和人生觀

習近平總書記強調，要抓好馬克思主義理論教育，深化學生對馬克思主義歷史必然性和科學真理性、理論意義和現實意義的認識，教育他們學會運用馬克思主義立場觀點方法觀察世界、分析世界，真正搞懂面臨的時代課題，深刻把握世界發展走向，認清中國和世界發展大勢，讓學生深刻感悟馬克思主義真理力量，為學生成長成才打下科學思想基礎［5］。唯物辯證法是全面客觀分析問題和解決問題的思維方式，也是數值方法類課程進行教學工作的重要工具。“巖土工程數值方法”課程中蘊含著許多哲學原理，如數值分析的特點是承認各種計算誤差的存在，但同時又要控制誤差，這與馬克思主義矛盾論不謀而合［6］。通過課程教學教育學生做事要敢于承認各種矛盾、不回避問題，但同時一定要能化解矛盾、解決問題。再比如講解顯式積分格式和隱式積分格式時，顯式積分格式計算工作量小，適應性強，但是條件穩定的；隱式積分格式計算工作量大，但往往是無條件穩定的。說明凡事具有兩面性，要采用辯證的觀點分析問題。又如插值節點個數越多誤差一般會越小，但是龍格實驗卻打破了這一常規性認識，有時候節點越多可能誤差也會越大，這一現象體現了一般規律和特殊現象之間的辯證關系，這說明不能迷戀于想當然的結論和一般性的規律，偶然也會有一些區別于常識和規律的特殊結論。諸如此類的思想方法不僅能促進學生深入理解相關理論知識，也可幫助學生樹立正確的辯證觀和人生觀。

（三）升華課程知識點，在晦澀難懂的理論中增加育人內容，加深學生對基礎理論理解的同時，學習人生哲理，領悟做人的道理

有限元方法是典型的、應用最廣的數值方法之一，是一種基于變分法發展起來的求解微分方程的數值計算方法，其主要基本思想是化整為零，化零為整［7］。用有限單元代替連續體，將無限自由度問題轉化為有限自由度問題，將復雜的偏微分方程化為簡單的線性方程組。通過講解有限元原理，讓學生理解有限與無限的辯證統一，體會“有限的單元、無限的能力”，正確認識和處理個人與集體的關系；正確面對人生發展道路上的困難和挫折，把困難化大為小，化整為零，從而實現人生目標。在講解計算方法的穩定性時，一些算法由于開始的一個微小的誤差，可能會隨著計算步驟的深入造成巨大的誤差，類似于氣象學中的“蝴蝶效應”，具體說明初始誤差帶來的危害［6］。由此告誡學生“勿以善小而不為，勿以惡小而為之”，如果人生的第一?？圩記]有扣好，不注意自己的一言一行，以后就有可能釀成大錯，在不經意間對學生進行思想政治教育。

（四）通過具體工程案例引導學生正確處理理論與實踐之間的關系，提升學生自身工程素養，培養學生嚴謹的科學精神和創新能力

巖土工程數值方法的技術載體是數值模擬分析程序或軟件。目前學生更關心的是數值軟件的使用，不重視數值方法基礎理論的學習。為解決這一問題，可以將典型的巖土工程案例分析引入課堂，開發典型工程案例。如挖掘巖土工程中常見的基本問題，開發巖土工程基礎問題的數值分析教學案例，建立這些問題的完整數值分析過程，形成針對各種問題的程序包，包括源程序、代碼說明、程序使用說明及一些簡單模型的計算分析等。還可以依托實際工程項目，開發基于工程應用的巖土工程問題分析教學案例，通過案例展示解決實際工程問題時數值建模的思路方法、命令的使用、數據處理的技巧等，與現場的工程進行對比分析，體會軟件如何恰當運用才能反映工程實際。此外，還可以改革課程的考評方式，開發一系列適合于小組合作的測試案例，并建立全過程的評價體系，解決課程考評重課本輕實踐、重知識輕能力、重結果輕過程等弊端。通過案例教學，一方面教育學生只有深入理解數值方法的本質，從根本上掌握數值分析的普遍方法，才能以不變應萬變，更好地解決實際問題，引導學生正確處理理論與實踐之間的關系；另一方面可以引導學生應用數學、自然科學和工程科學的基本原理，結合現代設計方法和手段，進行結構分析、綜合與仿真，培養其綜合分析、解決巖土工程專業相關工程問題的思維方法和實踐能力，從而強化工程倫理教育，培養學生嚴謹的科學精神、創新能力。

結語

本文充分挖掘了蘊含在“巖土工程數值方法”課程中的育人因素，將馬克思主義理論和社會主義核心價值觀貫穿教學全過程，從培養使命感和責任感、樹立正確的辯證觀和人生觀、學習人生哲理、培養工程素養等四方面提出了“巖土工程數值方法”實施課程思政的策略和具體教學案例，為工科專業課程的思政教育建設和實施提供參考。

參考文獻

［1］習近平在全國高校思想政治工作會議上強調 把思想政治工作貫穿教育教學全過程 開創我國高等教育事業發展新局面［N］.人民日報，2016-12-09（1）.

［2］黃政閣，崔靜靜.計算方法課程教學中融入思政教育的探索與思考［J］.科技風，2021（1）：44-47.

［3］徐次達.固體力學加權殘值法［M］.上海：同濟大學出版社，1987：1-10.

［4］曾攀.有限元分析及應用［M］.北京：清華大學出版社，2004：3-6.

［5］習近平：在北京大學師生座談會上的講話［EB/OL］.（2018-05-03）［2023-06-10］.https：//www.gov.cn/xinwen/2018-05/03/content_5287561.htm.

［6］閔杰，李璐，歐劍.《數值分析》課程思政教學改革研究與實踐［J］.大學數學，2020，36（6）：40-45.

［7］ 海洪，劉鐵林.《彈性力學與有限單元法》課程思政建設與實踐［J］.科教導刊-電子版（上旬），2020（9）：192+194.

Exploration of Integrating Ideological and Political Education into Teaching of Numerical Methods in Geotechnical Engineering

LI Wei-hua， CAI Guo-qing， LIU Yan， LI Jian

（School of Civil Engineering， Beijing Jiaotong University， Beijing 100044， China）

Abstract： The construction of curriculum ideology and politics is not only an important link in achieving the “three complete education”， but also the key to building morality and cultivating talents. This paper explores the curriculum ideology and politics construction of the engineering major course “Numerical Methods in Geotechnical Engineering”. This paper first expounds the curriculum background， teaching content and the current situation of curriculum ideology and politics construction of “numerical methods in geotechnical engineering”， and systematically discusses the necessity of curriculum ideology and politics construction. Then， from four aspects， e.g. cultivating the mission and sense of responsibility， setting up the correct dialectical view and outlook on life， learning life philosophy， and developing engineering literacy， the paper proposes strategies for implementing curriculum ideology and politics in the “numerical methods in geotechnical engineering” course， and gives specific teaching cases， to provide a new train of thought in the actual classroom ideological and political education.

Key words： curriculum ideology and politics; geotechnical engineering; numerical method; “three complete education”