《结构力学》在线教学课程思政典型案例
河内5分彩 结构力学教研室 武兰河
一、课程目标
结构力学是研究结构的组成规律和合理形式以及在外因作用下的强度、刚度和稳定性的计算原理和计算方法的一门科学，是工程技术人员解决工程问题等必备的基础知识。该课程是土建类专业的一门技术基础课。其教学任务是在理论力学、材料力学等课程基础上进一步研究平面杆件结构体系的组成规则和合理形式；研究结构在荷载、温度改变、支座移动等因素作用下的内力和位移计算以及结构的稳定性计算。通过学习本课程，为后续课程以及学生毕业后从事结构设计和科研工作打下坚实的基础，掌握结构分析的一般原理和方法，能用一种算法语言（如C语言）编制结构计算的简单程序；能读懂较复杂的计算程序，并能利用源程序进行结构计算。通过上机训练，培养学生理论与实践相结合的能力和运用已有的结构力学理论知识解决实际工程中的力学问题的能力。实现本课程的教学目标也将有助于提高学生分析问题、解决问题的能力、自主学习能力及未来从事相关工作的专业素养。
二、课程特点
结构力学课程是土建、水利类专业的一门专业基础课程，是一座沟通基础课程和专业课程之间的桥梁，它既以高等数学、理论力学和材料力学等课程作为前期基础，同时又为结构设计原理、桥梁工程、结构动力学、土力学、钢结构、结构工程抗震等后续专业课程提供理论基础和方法保障。结构力学中的好多概念其出发点跟理论力学和材料力学就有很大不同，它的许多观点都是基于工程方法而提出的，比如刚度无穷大杆件在材料力学中并未提及，这实际是为了处理工程中的较复杂问题而提出的一种近似思想，但学生并不能轻松理解这个概念；又比如弯矩图和剪力图之间的关系问题也与材料力学根本不同，因为材料力学是为了掌握作内力图的基本方法，而结构力学则是要熟练弯矩和剪力之间的关系并重点掌握工程中应用较多的弯矩图作法，侧重点不同导致很多问题的提法就不一样，在学习结构力学的时候要注意这些出发点不同。换句话说，结构力学与工程结合更加紧密，其许多思想需要从工程的角度而不是从科学的角度去考虑问题。既然结构力学课程与工程结合更加紧密，其课程中的思政教育工作便相对来说较容易些，因为适用于课程思政的素材比较容易发现。
三、课程思政教学案例
一场突如其来的疫情，让我们很多老师都猝不及防，尤其是像我这样年龄偏大的老教师，原本就对很多新型教学软件比较陌生，对现代化教学手段比较犯怵，多年来已经养成的教学习惯早已适应了按部就班以线下模式授课的套路，熟练的教学内容和教学技巧让我在课堂讲授、课下辅导答疑等传统教学环节中闲庭信步、信心满满，一旦抛弃掉自己适应了多年的习惯，试图用新的教学手段走向陌生的战场时，我的心里充满了惶恐和不安，生怕自己不能用新的模式完成教学任务。然而，疫情就是命令，我虽然万般无奈，但还是义无反顾地走上了直播的平台，投入了线上教学的主战场。至今本学期线上授课已经接近尾声，我在忙碌、困顿与喜悦中交替前行，有不少酸甜苦辣的体会，有感动和欣喜，也有无奈和疲惫，仓促之间写了一些教学过程中的趣事和体会与老师们分享，希望大家共同提高。
1、结构力学中的课程思政元素
课程思政并不是遥不可及的空中楼阁，只要你注意观察和思考，只要你用心，身边的许多事可以拿来作为课程思政的话题。
目前我的课程正好讲到矩阵位移法，矩阵位移法有机地将结构力学位移法、线性代数结合起来，其中线性代数中矩阵的表述，是工程问题走向计算机求解的桥梁，如何通过矩阵位移法的学习及编程训练，来深刻领悟和理解程序求解的思路，理解边界条件及荷载布置与处理方法，对于今后更好地解决实际工程中的大量电算问题，对于后续弹性力学及有限元方法的学习，提升自我程序设计能力至关重要。然而，现在存在的现象是，很多本科生乃至研究生普遍缺乏对编程的正确认识和基本训练，过分依赖商业软件。针对这一现象，我就结合去年的中美贸易战尤其是“中兴”和“华为”事件引导学生认识到努力掌握核心技术对于一个国家和民族的重要性，以此激发同学们的学习动力，引导和激励学生们努力开展矩阵位移法编程训练，并和后续结构有限元分析进行贯穿式的教育和训练，具有重要的意义。
不久之后我会讲到结构稳定性分析。结构稳定的条件是，其受到的荷载要小于临界力，当荷载小于临界荷载时结构在偏离平稳位置后还能返回到原始平衡位置，否则它将会远离初始平稳位置打破原来的平衡形式并会距离平衡位置越来越远。在人生道路上和学生学习过程中，情况也是如此。当前学生普遍面临着较大的学习压力、就业压力和婚恋的压力，在多种压力对你进行围剿的情况下，如何使自己回到正确的轨道上来就显得非常重要，借此现象我们可以告诉学生，人生需要努力，落后就要挨打的现实是任何人都不愿意接受的，但人生的奋斗目标要符合实际，盲目地自信和别人攀比只会使你更容易接近你的临界值，只有符合自身实际的目标才是“稳定”的。作为力学专业老师，只要用心合理设计教学环节，就可以根据自己的教学内容挖掘出与思想政治教育相关的教学内涵，同样，通过思想政治教育的案例，学生也可以增强学生对力学知识的理解和认识，二者相得益彰，何乐不为呢？
2、结构力学中的民族情怀
结构力学离不开结构工程，各种结构体系的具体案例就是弘扬中国建筑文化的最好切入点。古代建筑是中国传统文化的重要组成部分, 历经几千年来的沧桑变迁, 是我国文明历史的见证和沉淀。我们的祖先给我们留下了丰富多彩的建筑遗产。在世界上形成了独特的建筑体系，占据着重要的地位，可以说是中华文明的综合反映。比如，在讲解框架结构的时候，我国所特有的斗拱结构就是一个很好的例子（上海世博园中国馆），斗拱位于柱与梁之间，由屋面和上层构架传下来的荷载，要通过斗拱传给柱子，再由柱传到基础，因此，实际它就是一个结点，起着承上启下、传递荷载的作用。现在我们对结点分类的时候，会涉及刚接点、铰结点、组合结点，这些结点的体现形式多为混凝土浇筑、螺栓铆接、焊接等，但是在没有这些技术的几千年前，我们的祖先就创造出这样独一无二的斗拱结构用于梁柱体系的连接，某种程度上可以说是中国古代传统木结构建筑的象征。所以讲解桁架结构时我会穿插这些内容以增强同学们的家国情怀和文化自信，结合我们国家铁路沪杭复线的建设发展历程，让同学们感受我们国家这三十年经济发展的突飞猛进，感受我国改革开放的巨大成就，培养学生的民族自豪感和爱国主义情怀。
3、结构力学中的责任
结合个人学习和工作的亲身经历，穿插介绍一些尖端行业如航天、核工业等知识，让学生了解我们国家相关领域的发展现状以及在国际上的地位，在增强学生的民族自豪感的同时，让学生意识到我们国家还有很多地方落后于人，清楚自己肩上的责任与重担。例如在结构动力学中讲转子的临界转速时，我结合自己读研究生时的学习经历，讲核工业（同位素分离）与力学的关系，讲国家发展战略与世界和平的关系，讲我国同发达国家之间的差距和优势，既增加了同学们对力学专业的认识、了解和热爱，也扩大了视野，了解各学科的交叉和联系，并使同学们意识到我们与发达国家之间的差距，知道自己肩上的责任，激发同学们的学习动力。
4、结构力学中的自信心
结构力学课程相对来说是一门比较艰深的课程，比较难学，很多学生都有畏惧心理，作为老师我们应当鼓励学生，给予学生勇气和自信。结构力学中有一节内容叫“图乘法”，是利用几何图形相乘代替积分运算的一种工程实用方法，这一节内容具有承上启下的作用。图乘法是大学生前苏联莫斯科铁路运输学院的学生Vereshagin在1925年提出和建立的，当时他还是一个学生，这种方法提出之后，给工程应用带来了巨大的便利，这种创造看起来没有多大的理论难度，但其实用性给人们带来的便捷是不可估量的。这个事例说明，只要掌握了扎实的高等数学基础，只要你勤奋学习善于思考，任何人都蕴藏着不可估量的创造力，创新并不是遥不可及的神话。通过这个例子，可以让同学们树立信心，敢于向未来挑战。未来的土木工程要求更高的建造质量，今天的结构力学扎实的学习和思考，必将是未来土木工程结构分析创新的源泉。
5、结构力学中的哲学思想
超静定结构是结构力学中结构类型的一大类别，其几何性质，主要体现在几何不变，但有多余约束的特点上。正是因为这些多余约束的存在，使得超静定结构相比静定结构，受力更为均匀，有更强的防护能力抵抗突然破坏，而且刚度、稳定性也得到了提高。这正反映出庄子的一句意义深刻的哲理：“人皆知有用之用，而莫知无用之用也”。多余约束就像工科学生应该增加文学、历史、哲学、艺术，这些似乎“无用”的知识，而实际上，健康的心灵和人格正是靠这些“无用”的东西陶冶出来的。实际上，大学学习的课程很难简单地说什么有用什么无用，有用和无用都是相对而言的，我常告诉学生，就算专业课程没有通过而导致毕业困难的学生也跟没有上过大学的人是完全不同的，其思想境界和意识完全不在一个层次，其实这些都是所谓的“无用”课程的功劳。中国导弹之父钱学森先生就是一个古典音乐迷，而且在国画和书法方面有很深的造诣，这样的文化艺术情节伴随了他一生，并为他在科学工作上获得的伟大成就起了很大的推动作用。他曾在中央音乐学院举办《艺术与科学》研讨会发言中说到：文艺是对科学思维的启示和开拓！在我对一件工作遇到困难而百思不得其解的时候，往往是音乐使我豁然开朗，得到启示。这就是艺术对科技的促进作用。至于反过来，科技对艺术的促进作用，那也是明显的——如电影、电视等。总之，我要强调的一点，就是文艺与科技的相互作用。我自己也有深刻的体会，我本人喜欢书法和京剧艺术，在写板书或者与学生在qq群交流时有意无意之间会有一些书法的影子，这会在一定程度上增强个人魅力，只有充满个人魅力的老师才更能让学生打心底佩服，跟随着自己佩服的老师学习也才会更有主动性，我偶尔也会在课下的qq群里请同学们欣赏自己唱的京剧名段，一方面降低自己的身段，活跃了气氛，缩小了老师与学生之间的距离，疏通了与同学们之间的联络通道，另一方面也增加了学生们的人文素养，让他们感受民族传统文化的魅力，激发他们的民族自豪感，同时也让艰深的力学课程在学习过程中变得有了些许温情。
在讲超静定结构的概念时，直接告诉学生说超静定结构就是具有多余约束的几何不变体系是非常乏味的，我们可以结合生活实例从浅到深、化难为易，以生活中的椅子为例，椅子的三条腿可保证平衡，第四条腿可被视为“过度约束”或者“多余约束”，而四条腿的椅子实际上是静不定结构，这些直观的例子合理而有效地激发了学生的好奇心，从而提高了课堂的教学效果。在讲超静定结构的特点和优势时，我们就讲铁道兵的历史和我们铁道大学的历史，讲铁道兵在朝鲜战场上发挥的作用及其在我们国家发展和建设中的历史地位，讲我们学校在国家建立和国家建设方面所做的成就和贡献，唤起同学们的主人翁意识，也培养了他们爱校、爱家、爱专业的情怀。
四、课程思政教学效果
随着在线教学模式的展开和深入，我发现以前在线下课堂教学中一些很不容易解决的问题都随着在线教学的实施而解决，使得结构力学课程的教学目标更容易达到。
1、师生之间的心理距离变小了
我选择了操作比较简单、以网络直播业务为主、稳定性较好的大平台腾讯课堂作为了我的直播上课首选，辅助以超星和qq群进行课下网络辅导和答疑。我首先建立了专门的课程qq群，将课程教材的电子版以及上课用的ppt课件发给学生，以便学生在需要的时候进行查阅和学习，学生得到资料之后根据自己的进度可以自行预习和复习。学生在学习过程中有任何问题都可以随时与我进行沟通和交流，有些不便于让其他同学们看到的消息，学生也可以与我私聊。通过qq群，我发现与学生之间的身体距离变远了，但心理距离反而变近了，原本不敢跟老师面对面交流的同学也敢于问问题了，毕竟不是面对面，学生的压力减小了不少，这样更有利于打开学生的心扉。我也很乐意回答同学们的各种问题，与课程内容有关或无关，只要是学生需要知道的问题我都乐意回答，包括就业、考研、恋爱等问题。有些学生甚至还在晚上十点之后给我提问题，如果我时间上不方便及时回答，也一定会在第二天给学生一个回复。
2、师生之间的互动增多了
课上教学我使用腾讯课堂进行直播，这个平台很稳定，学生既可以通过语音听课也可以通过视频看到我的表情和神态，老师也可以很方便地问学生问题，学生可以通过简单的文字进行回答，师生配合度很高，感觉互动起来没有太大的障碍。首先让我感动的是，每到上课前的十几分钟，就有不少同学在qq群里等待我来上课了，而且跟线下授课的时候一样，到课率接近百分之九十五，有的同学有特殊情况不能上课的也通过其他通讯方式跟我请假，这反映了我们学校的学生素质还是很高的，情商也不低。上课过程中我经常会问同学们一些小问题，对一般的简单提问，学生们的反应很热烈，他们都勇于争相回答，看到屏幕上不断闪烁的一行行学生留言，我突然发现，原来这样的线上教学效果就是我一直想要的结果，这比线下教学过程中学生提问和回答问题的情况热烈多了。以前的教学时间我总觉不够用，因为我想在每一次课上听到每一个学生的声音。在传统线下课堂上，一次提问，只能有部分学生作答。在线上课堂里，一次发问，瞬间迎来全体学生的倾情回应，那种隔着屏幕都能感觉到的热情令人瞬间感动。主动学习，师生高效互动，我们追求多年的目标，在互联网的云端里已经变为现实。学生的回答有对有错，我也尽量鼓励学生踊跃发言，学生回答之后我一般会开个小玩笑，尽量让回答错误的同学减少尴尬。
3、课程思政结合度提高了
由于正好赶在疫情发生的这段特殊时期，许多眼前的事实我们都是耳熟能详的。疫情发生之初，武汉的情况非常不容乐观，以习近平为首的党中央迅速果断做出武汉封城、全国推迟开学和开工的英明决策和部署，党中央一声号令，全国上下空前团结，武汉内外众志成城，医生护士前仆后继，党员干部冲锋在前。在党和政府的正确领导下全国人民凝成一股绳，上至中央高层和院士专家，下到普通医护人员和普通疫情防控管理和执行人员，大家无不奋勇争先，各司其职，努力拼搏，无私奉献，使得疫情泛滥的情形很快得到扭转，在全民奋战一个多月之后疫情终于被初步控制住了，并且一直保持非常平稳的态势。而且在疫情发生之后人们自行隔离的这段时间，全国的物资保证没有任何问题，我们依然能够随时买到需要的各种物品，我们的生活基本没有受到影响。相比于国内疫情的平稳，国际形势则不容乐观，以美国为首的北美和意大利、西班牙为首的欧洲目前疫情还在肆虐，人们除了自己力所能及地抢购一些生活物资之外无所适从，政府几乎不能给他们提供任何帮助，就算政府想给人们提供帮助，也因为制度问题受制于各方权利不能做出决断，只能互相扯皮误国误民，英国首相甚至提出了“集体免疫”的概念，说白了就是说政府不管，让民众自生自灭，用自然淘汰的法则来应对当前肆虐的疫情。可以说，世界上没有任何一个政府能够像中国政府这样有胆、有识、有能力、有魄力，这就是我们课程思政最好的素材，我们可以借此大力宣扬我们的道路自信、制度自信和文化自信。通过这次疫情，首先我们自己就更加坚信社会主义制度的优越性，坚信中国共产党的强大执政能力和民族凝聚力，然后在教学过程中会自然流露出这种情感，这就是最好的课程思政。
五、教学体会
1、双线教学的大潮已势不可挡
特殊时期的教学形式给我们带来的是改革。改革备课方式，改革教学形式，改革互动模式，改革心理态势是我们当前亟待解决的问题，课程改革的洪流势不可挡。作为老师，首先自己要有一个开放的心态，如果我们自己心态很封闭很疲惫，对新生事物存在抗拒心理的话，是非常不利于自身的完善和提高的，也会对学生产生不好的影响，我们应该接受挑战，任何一个技术都是有利有弊，既然时代赋予了我们新的教学手段和教学空间，我们就要敢于尝试，敢当时代的弄潮儿，我们应该充分地利用新手段和新模式好的一面，为我们的教学服务。只有愿意改变并且愿意坚持的人，才能顺应并适应新时代教育发展的需求。
我曾经问过学生，问他们是否像我一样感觉上网课很累很无趣？是否能找到上课的感觉？听课效果怎么样？他们的回答几乎完全一致地接受和赞同线上授课的模式，他们说没有感觉出来这样上课有什么不好，感觉和面授上课差别不大，甚至比面授的效果还好，因为多数学习一般的同学不用直接面对老师，减轻了心理压力，学习的积极性和主动性反而会更高。当然少数学习优秀的学生也许会说线上授课有一定的弊端，他们在学习过程中遇到的问题无法及时得到老师的回答。总之，大多数学生因为年轻而比较乐于上网课，这样的形式对他们来说很新颖也很有趣，他们也很乐于提出各种各样的问题等待老师的解答。我想，既然是这样，老师就没有必要非得抱着传统的教学理念不放，我们不能仅以自己的好恶而拒绝新的教学模式，这样对学生是不公平的，我们得敢于抛弃以老师为中心的教学理念而接受以学生为中心的教学理念，勇于自我革新。曾经钟情于线下传统教学的我们，面对突如其来的线上教学，可能有困惑、有质疑、甚至是抗拒，但只有接纳，才是正途。很多尝试过线上教育甜头的老师，已不愿意再回到只有线下课堂的时代了。线上线下双线教育的号角已经吹响，愿我们挺立潮头，勇敢面对。
当然，要改变教学模式，就要求我们老师必须要舍得和敢于付出，在传统课堂上，老师们有自己固有的节奏，讲起来比较省力，但在线上授课时，因为教学模式变了，老师就必须重新进行教学设计，重新制作和修改ppt，这需要花大量的时间和精力。另外，线上授课时老师的压力明显变大，因为同学们都是用手机或者电脑来听课，他们可以看到老师，但是我们看不到学生，老师得到的反馈信息较少，为了吸引学生的注意力，我们只能更多地“放干货”，让课堂的精彩程度一直维持下去。不知道其他老师怎么样，反正我每一节网课上下来，总是一身汗把内衣都湿透了。显然要做好线上教学工作，我们必须在课下做更充分的准备。
2、课程思政的实施已刻不容缓
“课程思政”是高校以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，以习近平总书记关于教育工作的重要论述为根本遵循，落实立德树人根本任务的重要举措，是构建德智体美劳全面培养的教育体系和高水平人才培养体系的有效切入，也是完善全员全程全方位“三全育人”的重要抓手。在高度上，“培养什么人，是教育的首要问题”。“课程思政”是将所有课堂作为育人主渠道，将思想政治教育有机融入专业课程的教学和改革，实现知识传授与价值引领的有效结合，实现立德树人的润物无声，进而实现培养社会主义建设者和接班人，培养一代又一代拥护中国共产党领导和我国社会主义制度、立志为中国特色社会主义奋斗终身的有用人才的根本任务。当前，我国已进入高速发展的重要阶段，国家强盛和民族崛起已成为不争的事实，许多国外敌对势力不愿意看到和接受这样的事实，总是千方百计地阻挠、抹黑和破坏我们民族复兴的伟业，在这种背景下，如何保持我们的江山和政权不变颜色，守住我们几十年改革的成果就显得格外重要，作为教育教学和培养接班人的主阵地，高校有着义不容辞的责任，我们老师也必须承担起这样的职责。
3、老师的楷模与示范作用
在第30个教师节大会上，习近平总书记指出：“好老师应该取法乎上、见贤思齐，不断提高道德修养，提升人格品质，并把正确的道德观传授给学生。”作为一名力学学科教师，我们的思想、行为、言谈将对学生产生微妙的影响。因此，教师首先要做到对自己严格要求，做到在上课前15分钟到达上课教室，做好课前准备，时间充裕可与学生进行互动沟通，起到一个以身示范的作用，同时不要提前下课，认真履行职责。相反，如果教师存在经常性地迟到或早退，那么你将如何要求学生呢，又或者是你在课堂上夸夸其谈，敷衍了事，都不认真备课，那么又如何要求你的学生仔细聆听呢？如果对关键点和难点知识全身心投入讲授，必会得到学生尊重，反之，如果教师的讲解缺乏激情，那么学生也会无精打采地“混”课。另外要认真批改作业，记录和答疑，在教学中，以身作则，影响学生的学习态度，发挥自身言行的作用，在平时的教学中，有意识地，有目的地使大学生逐渐培养良好的道德观和积极的学习态度。尤其是在疫情发生的这段时期，我们都是在家里上网课，老师们一定要认真对待，不要小看和轻视网课，不要认为迟到、早退和松懈一点没有太大关系，不要认为学生不会在意，越是在这种时候越能体现出我们老师的素质，我们应当抓住这个时机展现我们的风采和素质，树立自己的人格魅力，从小事做起，助大观形成。
4、少批评多鼓励学生
由于我个人应用多个平台的能力比较低，所以我布置作业一般就是在qq群发布，然后让同学们把做的答案发上来大家讨论，或者在做题过程中有什么问题也及时发到群里，除了我帮助解答之外，同学之间也可以互相学习。让我没有想到的是，在讨论作业中的问题时学生们远没有课上回答问题时那么踊跃，每次都是只有较少数的几个同学把自己的答案发上来供大家讨论，多数同学都保持沉默不做声，这多少让我有些尴尬，好在这几个少数的同学让我缓解了这种尴尬。我在想，可能是多数同学不会做，或者不知道答案是不是正确，不愿意让多数同学看到自己的窘迫。看到这种情况，我心里有点着急，上课的时候就批评学生，嫌他们不够主动不够踊跃，后来我也感觉到自己的做法欠妥，你越是批评学生，让学生感受到莫大的压力，他们会产生一定的恐惧心里，甚至会产生抵触反应，这样下去效果只会越来越差的，如何评判学生的作业是我今后一段时间重点考虑改进的问题。敢于发上来的同学固然值得表扬和鼓励，但没有发上来的同学也未必像我想的那样笨，也不应该只受到批评，想法调动他们的积极性或者改进评判作业的互动机制才是我应该做的。顺便说一下，有的同学真的是非常认真，作业质量很高。
