课程思政视域下力学实验课程教学探索.pdf

西南交通大学学报（社会科学版）2023 年 2 月 JOURNAL OF SOUTHWEST JIAOTONG UNIVERSITY Feb.2023 第 24 卷 （Social Sciences)Vol.24 增刊第 2 期 实验教学 课程思政视域下力学实验课程教学探索 赵红晓（1.同济大学 航空航天与力学学院,上海 200092;2.同济大学 国家级力学实验教学示范中心,国家级力学虚拟仿真实验教学中心,上海 200092）摘 要：百年大计，教育为本，而教育之本在于立德树人。本文以基础力学实验课程为载体，采用案例式、参与式和线上线下结合的多元化教学方法，融入力学实验史和科学家的故事，激发学生勇于创新的科学精神；引入重大工程中的“同济智慧”，培养学生的自信心和团队精神；引入工程事故实例，提升学生的责任心和职业素养；增强教师课程思政建设的意识和能力，实现培根铸魂、启智润心的根本任务，培养新世纪卓越拔尖人才。关键词：基础力学实验；课程思政；教学改革 基金项目：同济大学教学与改革项目（1330104145，1330104150）作者简介：赵红晓，博士，主要从事固体力学和实验力学的教学和科学研究。E-mail：。百年大计，教育为本，2020 年 5 月在教育部关于印发高等学校课程思政建设指导纲要中指出，高校课程思政建设是高校人才培养中的重要标准1。深入挖掘各类课程中的思想政治元素，使学习者通过学习，掌握专业知识、塑造正确人生观。将课程中显性教育和隐性教育相融合，构建全方位育人大格局。基础力学实验是工科学生必修的专业实验课程，通过实验课程的学习，培养学生理论联系实际，学以致用，解决实际工程问题的实践能力、勇于探索的创新精神及团队协作意识。一、实验课程思政的内涵 需要从教学内容、模式、手段等多方面进行科学创新，要以新思维催生新思路、以新思路谋求新发展、以新发展推动新方法，以新方法解决新问题，切实落实课程思政的教学。教育部关于印发高等学校课程思政建设指导纲要指出1：对工科专业实验类课程，要在课程教学中把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力，增强学生勇于探索的创新精神。将课程思政融入实验教学全过程，落实到实验教学的目标设计、大纲修订、实验指导书等各方面，作为实验教学评价的重要内容。78 西南交通大学学报（社会科学版）第 24 卷 许多高校在不同的工科专业展开思政教育实践，例如汤赫男等2以“机械设计基础”课程为例探索课程思政教学；谢春丽等3 研究了“新工科”背景下专业课程思政建设；谢国民等4 探索了工科专业课程思政建设的路径；曲淑英等5以“压杆稳定”为例，开展了材料力学疲劳与断裂；汤可可等6进行了工科特色理论力学课程育人的三维融合模式建设，同济大学 2021 年开展了“同济大学 2021教育思想大讨论”。在开展基础力学实验教学的同时，通过案例教学法引导学生树立正确的人生观和价值观，为国家培养全面合格的新世纪人才。二、在基础力学实验教学中融入思政元素的途径 1.融入力学实验史和力学家的故事，培养学生科学奉献精神和创新能力 教师从力学实验发展历程挖掘思想政治教育资源，在实验教学中讲解力学实验的由来和最早做出此实验的科学家及其背后的励志故事，使学生在学习中领悟科学家们的创新思维、科学方法以及孜孜以求的探索精神。使学生参与和体验经典实验做的过程，复原伟大先驱们如何对概念的抽象、简化和创新设计的思维方式和方法，引导学生深入思考，培养学生的创新能力。伽利略(Galileo Galilei，15641642)是第一个把科学实验引进力学的科学家，称为“科学实验之父”，开创自然科学领域的现象观察假说提出逻辑推理实验验证模式 7。伽里略在 17世纪 30 年代用实验方法研究了拉伸、压缩及弯曲现象。弹性力学实验始于胡克定律实验，即验证材料中的应力与应变之间成线性关系8。使同学们明白结构中杆件的拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转以及它们的组合变形都要通过实验提供材料的宏观力学性能，利用计算和实验保证受力构件在工作载荷下不破坏，不出现超过允许范围的变形,不发生屈曲和共振，能在高温或长时间下正常工作。根据给定载荷，工作环境和要求合理设计构件，确保工程结构安全可靠。流体力学实验首先是法国力学家马略特(Edm Mariotte，16201684)研究的管流阻力实验；玻尔达(Jean-Charles Borda,17331799)研究了测量黏性流体阻力的实验；雷诺研究了关于管流的雷诺实验，整个航空空气动力学是从测量运动物体的升力开始的9。做“伯努利方程实验”时，融入这个实验的由来和故事。伯努利方程是瑞士科学家丹尼尔 伯努利(Daniel Bernoulli，17001782)通过大量流动实验研究，凭借深厚的微积分理论基础而建立的。丹尼尔 伯努利的父亲一直阻挠其进行科学研究，但他仍然坚持研究，且获得了很多的科学的奖项和荣誉，完成了最重要的著作流体动力学。这些科学成就的取得实属不易，离不开他在科学道路上异于常人的坚持和不断的探索和研究10，这种精神永远值得我们学习。学生通过做伯努利方程实验，理解工程上伯努利方程的应用，启发学生在学习过程中要勤动手、善思考、多尝试、多总结，培养学生科学的思维方式和解决工程问题的科学方法，为其在日后的工作中打下坚实的基础。做明渠“堰流”实验时，融入都江堰与李冰的故事：公元前 272 年，秦蜀郡太守李冰奉秦昭王之命根治岷江水患而修建了都江堰水利工程。都江堰巧妙地兴建了鱼嘴、宝瓶口、飞沙堰、金刚堤、百丈堤等渠首工程11，历经 2200 多年而不衰；让学生学习前人在都江堰水利工程所体现的“因势利导、因地制宜”的哲学思想7、坚持不懈精神、创新思想和工匠精神等，从中汲取国人的智慧和探索精神，增强学生的自信心和激发创新思维。2.引入重大工程中的“同济智慧”，培养学生的自信心和团队精神 团队教师在授课中引入同济教师贡献的“同济智慧”，即服务国家重大需求，解决关键难题。打破国外技术垄断，突破核心关键技术，研发核心产品、形成成套技术，解决建筑（如上海中心大厦、鸟巢等）、桥梁、隧道等重大工程建设难题，为港珠澳大桥、虎门大桥涡振、中巴经济走廊 KKH 旗增刊第 2 期 79 赵红晓 课程思政视域下力学实验课程教学探索 舰等工程提供关键技术支撑与安全保障。学习这些重大工程所蕴含的力学原理、力学实验、创造思维以及团队协作精神，让学生树立为国家、社会发展做贡献的理想、信念和信心。做梁弯曲实验时引入同济大学一代桥梁大师、同济大学名誉校长李国豪及其团队为祖国科教事业不懈奋斗的故事。李国豪带领项海帆等桥梁骨干提出了“结合梁桥面斜拉桥方案”为南浦大桥建设方案，实现了中国人自己建桥的愿望，而造价只有日本方案的一半。另外，在李国豪带领下，项海帆院士、沈祖炎院士、吕西林院士团队以及交通运输工程学院教授凌建明、谈志明等设计和建设了杨浦大桥、洋山深水港、东海大桥、南浦大桥、浦东机场等重大工程。这仅是同济人主动担当作为，积极发挥学科专业优势，为浦东开发开放 30 年贡献众多“同济智慧”的一个缩影。通过同济前辈的故事增强学生的自信心和团队精神，激励学生为国家建设积极贡献自己的“同济智慧，同济创造”。3.引入工程事故案例，培养学生的责任心和职业素养 力学实验与工程实际紧密相联，工程伦理教育尤为重要，根据同济大学工科专业的特点，注重工程师培养，为国家培养大国工匠。在实验教学中，引入在工程事故案例，通过对工程事故中力学问题的分析，使学生学习力学知识的同时，在惨痛的教训面前得到深刻地教育，提高学生的责任意识、职业道德和敬业精神。例如 1999 年 1 月 4 日，我国重庆彩虹桥发生垮塌，造成 40 人死亡，14 人受伤。事故原因是主拱钢绞线锁锚方法错误、主拱钢管焊接质量达不到二级焊缝验收标准。主钢管内混凝土强度未达设计要求，吊杆的灌浆防护也存在严重质量问题，设计粗糙，施工质量差等12；1998 年 6 月 3 日，ICE884伦琴号在埃舍德小镇这里发生严重的出轨事故。101 人在这次事故中遇难，事故原因是火车轮毂ln g疲劳破坏导致火车翻车事故13；1995 年 6 月 29 日，韩国首尔三丰百货大楼塌陷14，在 20 秒内，501 人失去生命。主要原因是偷工减料，支撑柱直径减小，原本设计的直径 80cm 内含 16 根钢筋的支柱，实际上只有 60cm 直径 8 根钢筋，这使得大楼的承重强度降低了将近一半，当太细的柱子承受过多的重量，就会贯穿上方的天花板，即“贯穿剪力”破环导致坍塌。2020 年 3 月 7 日福建泉州欣佳酒店由于存在违规非法建设，业主在发现承重柱变形和基础沉降危险时，仍继续建造而造成严重的坍塌事故15-16。建筑工程和力学专家布莱恩麦克唐纳曾说过这样一句话16：“任何时候如果让一个设计越来越接近材料承受的极限系数，任何时候如果你让安全因素缩水，那么你离悬崖将越来越近，你的每一步都要非常地小心翼翼。”告诉学生，要有责任心，按照结构力学要求实验、规范设计和施工等，不可随意改变设计，偷工减料，结果大祸临头。通过以上工程事故案例，引导学生参与和思考，让学生明白高层建筑、桥梁等工程的材料和结构在投入使用之前需要做大量的室内、室外（施工现场）实验和力学性能计算。只有工程设计中的强度、刚度、稳定性、疲劳等力学性能满足要求的基础上才可以使用，否则会造成以上严重事故，使学生树立严谨、科学、遵从规范、法规的使命感和责任感。4.提升教师课程思政建设的意识和能力，切实落实立德树人的根本任务 积极落实习近平总书记“教师是教育工作的中坚力量”的重要讲话精神，用“六个要”来涵养教师道德、锤炼品质能力13。教师承担着课程思政育人的重要任务。需要根据力学实验的特点、找到课程育人的融入点，并选择合适的教学手段和方法将思政元素融入课程教学，确保课程思政见功见效，真正实现育人过程的启润心智、培根铸魂。基础力学实验教学团队经常开展典型力学实验案例交流、现场教学观摩、实验教学培训等活动，充分利用力学实验中心线上线下资源，融入课程育人元素，在教学评价中，突出课程思政要求，完善课程思政建设质量评价体系和激励机制。80 西南交通大学学报（社会科学版）第 24 卷 三、结论 要以立德树人为宗旨，将力学实验专业知识传授和思政教育融入教学的全过程。同济大学力学实验教学中心团队在实验教学中融入力学名家、工程案例、同济智慧等思政案列，采用多元化的教学方法，培养学生的创新思维和创新能力，培养学生的科学思维、职业素养和责任心、艰苦奋斗的精神和自信心，实现全方位育人。参考文献：1 教育部关于印发高等学校课程思政建设指导纲要的通知，教高20203 号 http:/ 2 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