基于CDIO理念的“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程思政設(shè)計(jì)與實(shí)施

李福平 白力靜 湯玉斐 趙康

摘要“材料科學(xué)基礎(chǔ)”是材料類專業(yè)一門極為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要講授材料科學(xué)的基本概念和理論。為了實(shí)現(xiàn)價(jià)值塑造、知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)的統(tǒng)一，本文基于CDIO工程教育理念對(duì)“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程思政進(jìn)行了改革，提出了“工程案例牽引、體現(xiàn)校院特色、授課方式混合、學(xué)生主體參與”的教學(xué)設(shè)計(jì)原則，根據(jù)近年的思政效果提出了一定的持續(xù)改進(jìn)意見。

關(guān)鍵詞 課程思政 材料科學(xué)基礎(chǔ) CDIO 教學(xué)改革 持續(xù)改進(jìn)

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.23.048

Design and Practice of Curriculum Ideological and Political Education in Fundamentals of Materials Science Based on the CDIO Idea

LI Fuping， BAI Lijing， TANG Yufei， ZHAO Kang

（Department of Materials Science and Technology， Xi’an University of Technology， Xi’an， Shaanxi 710048）

Abstract"Fundamentals of Materials Science" is one of the most professional foundation courses. It mainly consists of fundamental concepts and theories of materials science. In order to achieve integrating goals of value construction， knowledge imparting and competence developing， Curriculum ideological and political education in the course of " Fundamentals of Materials Science" is reformed based on the idea of CDIO engineering education in the present work. Design principles of "leading by engineering cases， reflecting features of school and department， mixing teaching methods， subjective participation of students" is proposed. Some suggestions for continuous improvement are put forward according to teaching results in recent years.

Keywordscurriculum ideological and political education； Fundamentals of Materials Science； CDIO； teaching reform； continuous improvement

0引言

“課程思政”是一種教育教學(xué)理念，要求專業(yè)課程需具有知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)及價(jià)值塑造的多重功能，要體現(xiàn)培養(yǎng)大學(xué)生世界觀、人生觀、價(jià)值觀的作用。教師在教學(xué)設(shè)計(jì)中要把人的思想政治培養(yǎng)作為課程教學(xué)的目標(biāo)放在首位，教學(xué)過程中要積極主動(dòng)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行思政教育，在知識(shí)傳授中隱形融入思政內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)理想信念的顯性提升。習(xí)近平總書記在《求是》雜志第17期上指出：“思政課是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的關(guān)鍵課程”。

“材料科學(xué)基礎(chǔ)”是材料科學(xué)與工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要講授材料專業(yè)的基本概念與理論，主要內(nèi)容包括晶體學(xué)、擴(kuò)散與相變理論、凝固與結(jié)晶理論以及形變與再結(jié)晶理論。在“材料科學(xué)基礎(chǔ)”的教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性普遍不高，主要原因是課程內(nèi)容理論性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)抽象枯燥、傳統(tǒng)的教學(xué)方法存在理論知識(shí)與工程實(shí)踐脫節(jié)的問題。傳統(tǒng)授課時(shí)，教師往往只講授理論知識(shí)，沒有將理論知識(shí)融入工程實(shí)踐中，學(xué)生沒有真正體會(huì)和了解到理論知識(shí)的落腳地，導(dǎo)致課程結(jié)束后學(xué)生沒有具備利用所學(xué)知識(shí)解決復(fù)雜工程問題的能力。因此，有必要對(duì)“材料科學(xué)基礎(chǔ)”的教學(xué)模式進(jìn)行改革創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，同時(shí)有效融入思政元素，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)和價(jià)值塑造的有效統(tǒng)一。

CDIO工程教育理念和教育模式是以構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施及運(yùn)作四個(gè)環(huán)節(jié)為載體來培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，注重理論知識(shí)與工程實(shí)際的結(jié)合。CDIO工程教育理念以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，注重過程考核和形成性評(píng)級(jí)，在授課過程中引入與理論知識(shí)密切相關(guān)的工程案例，剖析案例中涉及的概念和知識(shí)，通過工程案例的引導(dǎo)和剖析找到理論知識(shí)的落腳地，引導(dǎo)學(xué)生積極思考和討論，從而使學(xué)生真正具備利用所學(xué)知識(shí)解決復(fù)雜工程問題的能力。

如果將CDIO理念運(yùn)用到“材料科學(xué)基礎(chǔ)”的教學(xué)過程中，則有可能解決傳統(tǒng)教學(xué)中忽視學(xué)生工程應(yīng)用能力培養(yǎng)的問題。教學(xué)過程中引入工程案例，增加學(xué)生的思考個(gè)討論環(huán)節(jié)，不僅可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握和理解，而且有助于使抽象枯燥的知識(shí)點(diǎn)更直觀生動(dòng)，有利于促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和改善教學(xué)質(zhì)量。另外，基于CDIO理念，以工程案例為載體，深挖其中所體現(xiàn)的思政元素，如科學(xué)家精神、馬克思主義哲學(xué)思想和中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化等，將其融入“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)中，可以極大地提升課程思政的效果。

1基于CDIO理念的課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)

基于CDIO理念的“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)原則為“工程案例牽引、體現(xiàn)校院特色、授課方式混合、學(xué)生主體參與”。以“材料科學(xué)基礎(chǔ)”中“單組元晶體結(jié)晶的特征和熱力學(xué)條件”教學(xué)內(nèi)容為例（圖1），介紹教學(xué)設(shè)計(jì)理念的內(nèi)涵與教學(xué)方法：

1.1工程案例驅(qū)動(dòng)

“材料科學(xué)基礎(chǔ)”是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，主要講授材料科學(xué)與的基本概念和理論，課程內(nèi)容枯燥抽象且難于理解。例如“單組元晶體結(jié)晶的特征和熱力學(xué)條件”，授課內(nèi)容中存在一定的理論推導(dǎo)。根據(jù)上述課程特點(diǎn)，采用了案例教學(xué)法，引入了與單組元晶體結(jié)晶相關(guān)的“單晶爐設(shè)計(jì)制造和單晶硅制備”的工程案例。通過工程案例的驅(qū)動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使枯燥抽象的內(nèi)容有落腳地，更加直觀生動(dòng)，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，同時(shí)提升解決復(fù)雜工程問題的能力，即工程案例驅(qū)動(dòng)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解和工程實(shí)踐能力的提升。

授課過程中，通過工程案例隱形滲透融入思政元素，使學(xué)生的思政和德育素質(zhì)在潛移默化中得到顯性提升，從而使課程思政真正達(dá)到“春風(fēng)化雨、潤物無聲”的效果，即工程案例的隱形滲透驅(qū)動(dòng)學(xué)生思政和德育素質(zhì)的顯性提升。例如，通過介紹“單晶爐設(shè)計(jì)制造和單晶硅制備”過程涉及的“凝固和結(jié)晶理論”等材料科學(xué)知識(shí)，隱形滲透融入思政元素，引導(dǎo)學(xué)生形成“鐘愛材料專業(yè)、勇?lián)牧现厝巍钡膬r(jià)值觀。

1.2體現(xiàn)校院特色

教學(xué)設(shè)計(jì)注重體現(xiàn)學(xué)校和學(xué)院特色，重點(diǎn)挖掘與學(xué)校校訓(xùn)精神、科研成果、專業(yè)歷史傳承和杰出校友等相關(guān)的思政元素，激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)校的榮譽(yù)感，同時(shí)了解榮譽(yù)感背后材料專業(yè)應(yīng)當(dāng)具備的責(zé)任感和使命感，培養(yǎng)學(xué)生善于用材料科學(xué)知識(shí)踐行“祖國、榮譽(yù)、責(zé)任”的校訓(xùn)和“淬礪成材、料琢成器”的院訓(xùn)。另外，課程思政中注重學(xué)校和學(xué)院特色，可以使學(xué)生感知課程思政不是脫離于知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)之外，而是無形體現(xiàn)在知識(shí)運(yùn)行和能力發(fā)揮過程中。例如，采用“單組元晶體結(jié)晶理論”等知識(shí)指導(dǎo)“單晶爐設(shè)計(jì)制造和單晶制備”的復(fù)雜工程問題，促進(jìn)我國光伏和半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，其實(shí)在無形之中就踐行了校訓(xùn)和的院訓(xùn)，同時(shí)又體現(xiàn)出了“理論與實(shí)踐相結(jié)合，理論指導(dǎo)實(shí)踐”的辯證唯物主義世界觀。

1.3授課方式混合

對(duì)于“單組元晶體結(jié)晶的特征及熱力學(xué)條件”，授課內(nèi)容既存在基本概念，又包含公式理論推導(dǎo)。因此，授課方式采用多媒體教學(xué)和板書相結(jié)合，基本概念以PPT為載體，采用學(xué)生最易于接受的方式呈現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)，如以文字結(jié)合視頻或圖片講解概念；公式推導(dǎo)以板書為主，使理論推導(dǎo)內(nèi)容邏輯化，顯著提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

1.4學(xué)生主體參與

教學(xué)方法秉承“以學(xué)生為中心，學(xué)生主體參與”的理念，課堂教學(xué)中增加與學(xué)生的互動(dòng)環(huán)節(jié)，注重問題的提出，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生始終處于學(xué)習(xí)的中心地位。

課程思政過程注重學(xué)生的主體參與。一方面，課程思政通過教師將思政元素融入知識(shí)講解過程中，潛移默化提升學(xué)生的思政和德育素質(zhì)；另一方面，適當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生挖掘課程中可以體現(xiàn)思政和德育目標(biāo)的其他思政元素，以考核學(xué)生對(duì)思政內(nèi)容的理解和掌握程度，同時(shí)適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生從學(xué)生的角度思考如何將課程思政更好地融入專業(yè)課程教學(xué)，達(dá)到“春風(fēng)化雨、潤物無聲”的效果，使學(xué)生真正作為主體參與課程思政。

2基于CDIO的課程思政的實(shí)施與效果

基于上述教學(xué)理念和教學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)“材料科學(xué)基礎(chǔ)”的教學(xué)模式進(jìn)行了改革實(shí)踐。根據(jù)學(xué)生反饋和調(diào)查結(jié)果，課程改革取得了一定的成效，課程思政對(duì)學(xué)生的價(jià)值觀塑造起到了積極促進(jìn)作用，主要體現(xiàn)在：

2.1學(xué)生對(duì)材料專業(yè)的認(rèn)可度顯著提升

采用問卷調(diào)查的形式對(duì)教學(xué)改革前和改革后學(xué)生對(duì)材料專業(yè)的認(rèn)可度進(jìn)行了調(diào)查。調(diào)查結(jié)果顯示，與教學(xué)改革前相比，改革后學(xué)生對(duì)材料專業(yè)的認(rèn)可程度增加，“很喜歡”和“比較喜歡”的比例由改革前的84.4%增加到了改革后的90.5%，“不喜歡”的比例由1.7%降到了0.9%，如圖2所示?；贑DIO理念對(duì)課程思政教學(xué)改革后，學(xué)生對(duì)材料專業(yè)的認(rèn)可度得到了較大的提升。專業(yè)認(rèn)可度的提升主要得益于基于CDIO理念的“工程案例驅(qū)動(dòng)、體現(xiàn)校院特色”課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)原則。通過引入材料科學(xué)中的工程案例隱形滲透融入思政元素，學(xué)生了解了材料專業(yè)對(duì)人類文明和社會(huì)發(fā)展的重要作用，真正認(rèn)同和熱愛材料專業(yè)，并認(rèn)識(shí)到了材料專業(yè)承擔(dān)的重任以及如何去擔(dān)當(dāng)，學(xué)生形成了“鐘愛材料專業(yè)、勇?lián)牧现厝巍钡膬r(jià)值觀。

2.2學(xué)生的課堂參與度和學(xué)習(xí)積極性顯著提高

基于CDIO對(duì)“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程思政教學(xué)改革時(shí)，由于工程案例的驅(qū)動(dòng)，充分激發(fā)了學(xué)生上課的積極性，學(xué)生的抬頭率也得到了明顯的提高。另外，課程改革注重了學(xué)生在課程思政中的主體地位，鼓勵(lì)和要求學(xué)生課后進(jìn)一步挖掘材料科學(xué)基礎(chǔ)中的思政元素，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生從學(xué)生的角度思考如何能使課程思政達(dá)到“春風(fēng)化雨、潤物無聲”的效果。這些教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)極大地激發(fā)了學(xué)生的課程思政興趣，學(xué)生的課堂參與度和學(xué)習(xí)積極性得到了顯著提高。學(xué)生課后提供的部分新的課程思政要素及融入方法：

“鐘愛材料專業(yè)、勇?lián)牧现厝巍保簝纱喂I(yè)革命的出現(xiàn)都以材料的進(jìn)步為基礎(chǔ)：第一次工業(yè)革命得益于冶金和鋼鐵材料的發(fā)展；第二次工業(yè)革命得益于新型半導(dǎo)體材料的發(fā)展。

“功成不必在我，功成必定有我”的辯證唯物主義思想：結(jié)合鐵碳相圖的繪制和完善過程，講述Roberts-Austen（奧氏體的發(fā)現(xiàn)者）、Sauveur（第一個(gè)鐵碳相圖的繪制者）、Bakhuis-Roozeboom以及Bain（貝氏體的發(fā)現(xiàn)者）等科學(xué)家在鐵碳相圖繪制和完善過程中所做的接續(xù)工作，培養(yǎng)學(xué)生摒棄急功近利的思想，養(yǎng)成“功成不必在我，功成必定有我”的辯證唯物主義思想。

2.3學(xué)生的愛國情懷和責(zé)任感顯著增強(qiáng)

通過“工程案例驅(qū)動(dòng)、體現(xiàn)校院特色”這一課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施，幫助學(xué)生形成了正確的價(jià)值觀，大大增強(qiáng)了學(xué)生的社會(huì)使命感和主人翁意識(shí)，學(xué)生的愛國情懷和責(zé)任感顯著增強(qiáng)。通過介紹學(xué)院和學(xué)院的典型科研成果，激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)校的榮譽(yù)感，同時(shí)了解榮譽(yù)感背后材料專業(yè)應(yīng)當(dāng)具備的責(zé)任感和使命感，培養(yǎng)學(xué)生善于用材料科學(xué)知識(shí)踐行“祖國、榮譽(yù)、責(zé)任”的校訓(xùn)和“淬礪成材，料琢成器”的院訓(xùn)，同時(shí)學(xué)生感知到了課程思政不是脫離于知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)之外，而是無形體現(xiàn)在知識(shí)運(yùn)行和能力發(fā)揮過程中。

3總結(jié)

基于CDIO工程教育理念，本文提出了“工程案例牽引、體現(xiàn)校院特色、授課方式混合、學(xué)生主體參與”的教學(xué)設(shè)計(jì)原則，對(duì)“材料科學(xué)基礎(chǔ)”的課程思政教學(xué)進(jìn)行了改革、設(shè)計(jì)、實(shí)施和評(píng)價(jià)，取得了一定的改革成效。為了更好地使課程思政達(dá)到“春風(fēng)化雨、潤物無聲”的效果，專業(yè)基礎(chǔ)課的課程思政教學(xué)改革需要注意的持續(xù)改進(jìn)內(nèi)容有：

教師在課程思政上要做到“知行統(tǒng)一”，既要思想上重視，更要行動(dòng)上落實(shí)。教師要認(rèn)識(shí)到課程思政不是游離于知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)之外，而是通過課程思政的價(jià)值塑造促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)理解和能力提升，在教學(xué)過程中要積極思考、主動(dòng)實(shí)施課程思政。另外，教師要以身作則，在行動(dòng)上給學(xué)生的指引，給學(xué)生潛移默化的隱形教育。

課程即將結(jié)束時(shí)，學(xué)生普遍反映課程思政內(nèi)容有積極的促進(jìn)作用，但是生搬硬套、牽強(qiáng)附會(huì)的思政內(nèi)容，會(huì)引起學(xué)生的反感，反而會(huì)降低思政效果。因此，今后的課堂教學(xué)需積極探索基于CDIO理念的課程思政隱形滲透方法，以達(dá)到“春風(fēng)化雨、潤物無聲”的效果。

課程思政教學(xué)改革要更加突出學(xué)生的主體地位，鼓勵(lì)學(xué)生積極思考和深入挖掘課程中的思政元素，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和參與度，同時(shí)需進(jìn)一步探索課程思政的考核評(píng)價(jià)方法。

基金項(xiàng)目：西安理工大學(xué)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（編號(hào)：xqj1801、xjy0801、JY007009）；陜西省高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“面向新工科的‘材料++’創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式改革與實(shí)踐”（編號(hào)：19BY045）；陜西省新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目“‘醫(yī)工交叉融合’創(chuàng)新型本科人才工程教育組織模式研究與實(shí)踐”（編號(hào)：陜教〔2020〕75）

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