工科課程思政建設(shè)及其作用研究

孔德慧 李敬華 王立春 張勇

摘? 要：新形勢下高等教育改革勢在必行。以課程思政建設(shè)為手段，提升工科學生復雜工程問題的綜合解決能力是實現(xiàn)三全育人目標的新思路之一。文章在開展計算機圖形學課程思政建設(shè)教學實踐的基礎(chǔ)上，探討一般化的工科課程思政建設(shè)方案;并結(jié)合課程思政的實施體會，總結(jié)其對于學生能力培養(yǎng)的作用;為開展工科課程思政建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：工科課程;思政建設(shè);復雜工程問題解決能力;計算機圖形學

中圖分類號：G641 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）14-0082-05

Abstract： Under the new situation， the reform of higher education is imperative. It is one of the new ideas to improve the engineering students' comprehensive ability to solve complex engineering problems by means of curriculum ideological and political construction. Based on the teaching practice of course ideological and political education in the course of Computer Graphics， this paper discusses the ideological and political construction scheme of general courses in the engineering courses， and summarizes its role in the cultivation of students' ability combined with the implementation experience of the course ideological and political education in order to provide reference for the effective development of the ideological and political education in the engineering courses.

Keywords： engineering curriculum; the ideological and political construction; ability to solve complex engineering problems; Computer Graphics

適應新形勢下高等教育的改革需要，教育部提出了以“三全育人”為核心的綜合改革框架.以此框架為引領(lǐng)，針對工科學生的大學教育在教學模式、教學目標及教學定位方面的改革勢在必行并日益深化。目前，已逐漸形成了以課程思政模式引領(lǐng)、立德樹人為目標、定位為終身學習能力培養(yǎng)的高等教育改革之路[1-2]。藉此，可以逐漸轉(zhuǎn)變目前以知識傳授為主的一元化教學方式，實現(xiàn)知識傳授、價值塑造和能力培養(yǎng)的多元統(tǒng)一;從而將各門類學科專業(yè)課程與思想政治理論課形成育人合力，保障“立德樹人”這一根本育人目標的順利達成。

針對工科學生的培養(yǎng)而言，知識的傳授與解決問題能力的養(yǎng)成二者不可偏廢，前者是后者的基礎(chǔ)，后者是前者的目標;而從更為長遠的目標來看，工科學生未來終究會成長為問題的解決者，而解決復雜工程問題所需的知識、技能須在教育的基礎(chǔ)上，通過終身的學習能力持續(xù)地獲得、增長;這正是教育對人才培養(yǎng)的終極目標。具體到大學教育階段的工科學生，其終身學習能力的養(yǎng)成可具象地體現(xiàn)為綜合運用所學知識解決復雜工程問題的能力的培養(yǎng)。

為此，本文在開展工科課程思政建設(shè)研究的基礎(chǔ)上，探討課程思政建設(shè)在學生復雜工程問題解決能力培養(yǎng)中的作用，并結(jié)合計算機圖形學的課程教學實踐進行分析、總結(jié)，以期為其他工科課程的課程思政建設(shè)及學生能力的培養(yǎng)提供借鑒。

一、工科課程思政建設(shè)方案

課程思政的主要形式是將思想政治教育元素，包括思想政治教育的理論知識、價值理念以及精神追求等融入到各門課程中去，潛移默化地對學生的思想意識、行為舉止產(chǎn)生影響;從而將各類課程與思想政治理論課形成育人合力，保障“立德樹人”這一根本育人目標的順利達成。這樣的要求對于側(cè)重原理、技術(shù)等專門知識傳授的工科課程而言，無疑帶來了極大的挑戰(zhàn)。如何在學科知識傳遞的同時，將思政元素無縫地納入課程教學環(huán)節(jié)，是廣大高校工科教師在教學改革中面臨的新挑戰(zhàn)。

遵循《高等學校課程思政建設(shè)指導綱要》就專業(yè)教育課程建設(shè)制定的原則[3]：“深度挖掘提煉專業(yè)知識體系中所蘊含的思想價值和精神內(nèi)涵，科學合理拓展專業(yè)課程的廣度、深度和溫度，從課程所涉專業(yè)、行業(yè)、國家、國際、文化、歷史等角度，增加課程的知識性、人文性，提升引領(lǐng)性、時代性和開放性?！惫た普n程思政建設(shè)應在傳授專業(yè)知識的同時，將政治認同、國家意識、文化自信、人格養(yǎng)成等思想政治教育元素融入課堂，以多種方式促進學生的全面健康發(fā)展。

為此，本節(jié)秉承科學思維、創(chuàng)新思維的原則，依據(jù)工科教師慣用的技術(shù)風格，結(jié)合計算機圖形學課程思政建設(shè)實踐體會，設(shè)計并總結(jié)工科課程思政建設(shè)總體方案。方案的基本出發(fā)點在于思政元素與課程內(nèi)容的密切結(jié)合，并按照自底向上的模式，逐層構(gòu)建課程思政體系，如圖1所示。具體包括以下幾個層面的建設(shè)策略：基于方法論的課程思政內(nèi)容設(shè)計;基于教學內(nèi)容的內(nèi)涵延伸和外延擴展的課程思政設(shè)計;基于實踐內(nèi)容形式化設(shè)計的課程思政設(shè)計;因材施教原則下的課程思政總體規(guī)劃。在依據(jù)建設(shè)策略完成內(nèi)容設(shè)計的基礎(chǔ)上，進一步考慮受眾的專業(yè)知識結(jié)構(gòu)、思想狀態(tài)等因素進行內(nèi)容取舍、組織，完成課程思政總體建設(shè)。

（一）基于方法論的課程思政內(nèi)容設(shè)計

工科課程的學習內(nèi)容離不開原理、邏輯、算法、流程、方案等知識，涉及眾多諸如歸納法、分治法、增量法等方法論層面的常用方法、原理等。因此，針對這部分內(nèi)容的課程思政建設(shè)，可以將馬克思主義立場觀點方法的教育與科學精神的培養(yǎng)結(jié)合起來，在方法論層面上引入科學方法論的相關(guān)理論及觀點，提高學生正確認識問題、分析問題和解決問題的能力。

以計算機圖形學課程為例。線段的中點掃描轉(zhuǎn)換算法使用了增量計算的思想，利用直線的平面劃分性，在當前點的基礎(chǔ)上快速求解下一點，避免了從起點開始的逐點計算，提升了算法性能。更進一步地，可在此基礎(chǔ)上，延伸介紹采用該方法論的國家級高價值項目建設(shè)成果“北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)”，以潤物細無聲的方式開展國家意識教育。

事實上，工科課程中的眾多算法都可歸因于科學方法論原理的應用，可以此為連接點進行拓展，宣講具有時代特色的正能量事件，強化愛國教育與人文素質(zhì)教育。在科學思維及科學倫理意識養(yǎng)成的同時激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當，達成課程思政建設(shè)目標。

（二）基于教學內(nèi)容外延擴展的課程思政設(shè)計

工科課程多具有明確的應用背景及應用目標，所涉及的教學內(nèi)容通常與社會經(jīng)濟生活有著緊密的聯(lián)系。因此，可以從其教學內(nèi)容進行外延擴展，延伸到具有重大社會影響及教育意義的事件，設(shè)計相應的思政拓展，同步知識與情懷的傳承。

仍以計算機圖形學課程為例。在圖形軟件標準的介紹中，經(jīng)由5G通訊標準的介紹拓展出以華為芯片禁令為典型事件的中美技術(shù)競爭，引導學生感悟“科學無國界而科學家有國籍”的深層含義，激發(fā)其投身科研的熱情并樹立科技報國的理想與情懷。

事實上，工科課程所具有的強應用背景使其從知識到應用的外延擴展順暢而廣闊，而我國有著近百年的曲折發(fā)展歷程，選擇此中具教育意義的學科及技術(shù)崛起過程中的相關(guān)事件，讓學生體會國家層面上的“落后是要挨打的”切膚之痛，激發(fā)學習熱情，樹立遠大理想，無疑是進行工科課程思政建設(shè)的便捷途徑。

（三）基于教學內(nèi)容內(nèi)涵延伸的課程思政設(shè)計

工科課程植根于深厚的科學技術(shù)基礎(chǔ)之中，可通過延伸其知識內(nèi)涵，與相關(guān)技術(shù)發(fā)展沿革聯(lián)系起來，拓展地介紹科研人員克服困難、勇攀高峰的求索精神，以及不畏艱難、矢志報國的愛國熱情，為學生們樹立起學習的榜樣。

再以計算機圖形學課程為例，以圖形顯示器為切入點進行延伸，介紹以京東方與華為公司為代表的中國企業(yè)，白手起家、勵精圖治，以技術(shù)為矛捍衛(wèi)國家經(jīng)濟利益、搶占市場制高點的奮斗精神。引導學生進一步確立為祖國強盛而學習的信念。

此外，同過發(fā)掘工科課程教學內(nèi)容的科學內(nèi)涵，可以有意識地設(shè)計相關(guān)的科學素養(yǎng)訓練情景，磨練學生科學思維能力，實現(xiàn)授人以魚與授人以漁兼顧的課程思政設(shè)計。

（四）基于實踐內(nèi)容形式化設(shè)計的課程思政設(shè)計

對實踐環(huán)節(jié)的關(guān)注是工科課程的一大特色。可借助此環(huán)節(jié)，在鼓勵學生自主設(shè)計實驗方案的同時，引導學生在實踐內(nèi)容的形式化設(shè)計上傳遞正能量，建立同儕間的相互正向激勵。

又以計算機圖形學課程為例。在圖形顯示流程的課程實踐設(shè)計中，以“五星紅旗”的足跡為題，展示五星紅旗從天安門廣場升起、飄揚在香港、澳門、極地，并隨嫦娥五號駐留在月球等。這些素材的選擇，可以引導學生在實驗設(shè)計的過程中體會多災多難的中華民族從站起來到強起來的振興歷程，增強民族自豪感、自信心和凝聚力。

由此可見，通過在工科課程必備的實驗環(huán)節(jié)中，提倡學生在實驗設(shè)計過程中，展示具有象征意義的事物、成就;或者復現(xiàn)典型事例過程、成果等，可引導學生回顧前輩的奮斗歷程，樹立繼往開來的歷史使命感。

（五）因材施教原則下的課程思政總體規(guī)劃

在科學、合理地進行課程思政內(nèi)容設(shè)計的基礎(chǔ)上，還需要根據(jù)課程教學目標與學生實際情況進行知識與思政設(shè)計合一的總體規(guī)劃，以完善課堂教學過程，保證教學質(zhì)量。

具體地，面向課程思政的課程建設(shè)應遵循以下幾項總體原則：

課程思政應配合課程總體教學內(nèi)容，服務于知識傳遞的目標;

課程思政需兼顧科學性與思想性，做到知識與思政的無縫融合，避免單純生硬的說教;

課程思政要從學生思想、知識現(xiàn)狀出發(fā)，因材施教，提升課程思政的效果。

綜上，在創(chuàng)造性地開展課程思政內(nèi)容設(shè)計的基礎(chǔ)上，依據(jù)因材施教的總體規(guī)劃策略，可自底向上地逐步實現(xiàn)工科課程思政建設(shè)。更進一步地，基于課程思政建設(shè)進行的工科課程教學改革，有助于大學教育從單純的知識傳遞向思想教育、能力培養(yǎng)、終身學習引擎的職能轉(zhuǎn)化，全面提升學生對未來社會應對能力的養(yǎng)成。

二、課程思政建設(shè)對于培養(yǎng)學生復雜工程問題解決能力的作用

“培養(yǎng)學生的復雜工程問題解決能力”是工科學生培養(yǎng)目標的集成化描述，支撐這一目標達成的學生能力的養(yǎng)成又進一步分解為以下多方面能力：分析能力、判斷能力、建模能力、綜合能力、創(chuàng)新能力、靈活運用方法的能力以及終身學習能力。然而，過去陳舊的只注重知識傳遞的教學模式已無法滿足這一培養(yǎng)目標的要求，因此，以三全育人為目標開展新形勢下的教學改革成為新時代工科課程建設(shè)的必需。而秉承“立德樹人”理念的課程思政建設(shè)無疑應在學生復雜工程問題解決能力的培養(yǎng)方面承擔重要任務。

（一）復雜工程問題的含義及其能力要求

教育部高等學校計算機專業(yè)教學指導委員會與全國高等學校計算機教育研究會聯(lián)合研制撰寫的《培養(yǎng)計算機類專業(yè)學生解決復雜工程問題的能力》[4]一書中使用七個特征對復雜工程問題進行界定。這些特征從多個方面表述了復雜工程問題的深度、難度與綜合性等，同時也對解決此類型問題提出了相應的能力要求。

特征一：必須運用深入的工程原理經(jīng)過分析才可能解決。

這是復雜工程問題的本質(zhì)性必備特征?！吧钊氲墓こ淘怼薄敖?jīng)過分析”等要求的明確，意味著學生僅依賴書本知識是不足以實現(xiàn)復雜工程問題的解決的，需要在具備扎實基礎(chǔ)理論和專門知識的基礎(chǔ)上，能夠在方法論層面上，深入分析問題、綜合運用知識、創(chuàng)造性地提出解決方案。這對于學生在包括終身學習能力在內(nèi)的各方面提出了明確的能力要求。

特征二：需涉及多方面的技術(shù)、工程和其他因素，并可能相互有一定沖突。

這是復雜工程問題的表象特征之一，對學生知識結(jié)構(gòu)組成提出了要求。因此，大學教育在為學生提供本學科專門深入的知識的同時，也要注重知識的寬泛性，通過學科知識的內(nèi)涵延伸、外延擴展，培養(yǎng)學生跨學科綜合的能力，選擇、折衷、借鑒相關(guān)領(lǐng)域信息的能力。這同樣也對終身學習能力提出了要求。

特征三：需要通過建立合適的抽象模型才能解決，在建模過程中需要體現(xiàn)出創(chuàng)造性。

這也是復雜工程問題的表象特征之一，對學生的抽象能力、建模能力等提出了要求。事實上，建立高度抽象的模型要求學生能夠深入本質(zhì)地進行問題的分析、模擬，準確表達系統(tǒng)的狀態(tài)及其變化規(guī)律。在這一方面，工科教學中必備的課程實踐環(huán)節(jié)將發(fā)揮不可替代的作用。

特征四：不是僅靠常用方法就可以完全解決的。

這是復雜工程問題的表象特征之一。該特征要求學生具備在科學方法論指導下進行常規(guī)方法的改造及多環(huán)節(jié)協(xié)同、綜合的能力。

特征五：問題中涉及的因素可能沒有完全包含在專業(yè)標準和規(guī)范中。

這是復雜工程問題的表象特征之一，其具體表現(xiàn)形式可能多種多樣。但是，任何復雜工程問題仍均遵循工程問題的一般原理，靈活、統(tǒng)籌運用所學理論和知識仍能夠達成問題的解決。為此，大學教育要杜絕“讀死書、死讀書”的現(xiàn)象，注重養(yǎng)成學生舉一反三、靈活運用知識的能力。

特征六：問題相關(guān)各方利益不完全一致。

這是復雜工程問題的表象特征之一，體現(xiàn)了工程實踐中的實際狀況。這就要求學生具備利益均衡和折衷的意識，良好的大局觀，具有全局尋優(yōu)的能力。

特征七：具有較高的綜合性，包含多個相互關(guān)聯(lián)的子問題。

這是復雜工程問題的表象特征之一，體現(xiàn)了問題的規(guī)模、難度、復雜度和綜合性，對學生的整體系統(tǒng)觀培養(yǎng)提出了要求。因此，大學教育要摒棄課程孤島式的教學，以課程思政的模式，有意識地強化對學生在科學方法論方面的熏陶，并通過課程知識在內(nèi)涵和外延上的延伸，以及課程在綜合實踐方面的強化，使學生能夠有意識地占上系統(tǒng)的高度，能以多重視角全面審視問題，具備創(chuàng)造性地提出綜合解決方案的能力。

以上分析表明，針對復雜工程問題的解決，不僅需要學生具備扎實的基礎(chǔ)理論知識以及深入的學科專門知識，更需要學生在充分考慮工程實踐應用背景條件下，理論聯(lián)系實際地、靈活運用書本知識、綜合多因素分析構(gòu)建抽象模型、并創(chuàng)造性地設(shè)計問題的解決方案。

而這些能力的養(yǎng)成及表現(xiàn)，并非僅僅依賴課堂教學即能畢其功于一役，而是有賴于大學教育作為終生學習引擎的日積月累，同時，無疑也需借重于以“立德樹人”為宗旨的課程思政建設(shè)環(huán)節(jié)。

（二）課程思政建設(shè)與學生能力養(yǎng)成的關(guān)系

分析本文所提出的工科課程思政建設(shè)總體方案， 可以看出，無論從建設(shè)策略還是從建設(shè)總體規(guī)劃而言，其建設(shè)思路與學生多方面的能力養(yǎng)成呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。課程思政建設(shè)與學生復雜工程問題解決能力養(yǎng)成關(guān)聯(lián)關(guān)系見表1。

表1對照表明，基于課程思政建設(shè)的教學改革，在課程知識延伸、深入、泛化的基礎(chǔ)上，能夠強化大學教育階段學生多方面能力的養(yǎng)成，并有助于學生終身學習能力的培養(yǎng)，從而對學生解決復雜工程問題能力的提升起到重要促進作用。

（三）課程思政建設(shè)融入計算機圖形學課程教學實踐的體會

計算機圖形學作為信息學科中一門專業(yè)交叉、受眾廣泛且發(fā)展迅速、常教常新的專業(yè)教育課程，無疑應在開展課程思政建設(shè)的基礎(chǔ)上，承擔起工科學生復雜工程問題解決能力培養(yǎng)的任務。為此，在遵循前述課程思政建設(shè)思路的基礎(chǔ)上，開展計算機圖形學課程實踐教學工作，并總結(jié)出如下體驗：

（1）課程思政內(nèi)容可以無縫嵌入課程內(nèi)容中

遵循以上思路的課程思政內(nèi)容拓展，緊密圍繞課程專業(yè)知識進行設(shè)計、選擇，沒有為思政而思政的游離感，學生接受度較高。

（2）引入課程思政內(nèi)容不會擠占專業(yè)知識講授的學時

從學生課堂學習效率來看，張弛無度的滿堂灌教學方式會因?qū)W生注意力要求過于飽滿而造成負面效果，適度的中心偏離或引入多中心課堂設(shè)計，會因課堂興奮點的交替變化而帶來課堂效率的提升;在不增加學時的前提下，保障了知識傳授效果。

（3）課程思政建設(shè)可以提升學生專業(yè)學習興趣

大學生正處于一生中思維最為活躍的階段，單純的知識傳授往往難以滿足他們在精神層面的深入追求。在“靜態(tài)”專業(yè)知識之外，融入專業(yè)相關(guān)的科學方法論、行業(yè)標準、成功典范、業(yè)界動態(tài)、國際形勢等“動態(tài)”內(nèi)容，有助于他們體驗知識的活力及其在應用中的靈活變數(shù)，從而激發(fā)深層次的專業(yè)興趣。

（4）工科課程思政建設(shè)應注重學生在科學方法論方面的素養(yǎng)

盡管科學方法論意識的養(yǎng)成對于學生復雜問題解決能力的養(yǎng)成具有重要作用，且以科學知識為基礎(chǔ)的工科課程與科學方法論原理之間存在著直接的關(guān)聯(lián)，但卻鮮有課程以此作為教學內(nèi)容。因此，借助課程思政建設(shè)的工科課程教學改革，強化科學方法論層面的思政元素擴展，可極大助力學生問題解決能力的培養(yǎng)。

（5）工科課程思政建設(shè)應少而精，寧缺勿濫

適應工科學生的特點，工科課程思政建設(shè)應貼合課程內(nèi)容進行科學、創(chuàng)新拓展;并以學生的可接受程度為核心進行思政元素設(shè)計，杜絕為思政而思政的形式化拓展，本著寧缺毋濫的原則，革新課程教學。計算機圖形學課程思政改革實踐表明，基于課程思政建設(shè)的工科課程教學改革不僅順應了新時代形勢發(fā)展的外在要求，同時也符合工科學生培養(yǎng)質(zhì)量提升的內(nèi)在動因。由此可見，針對工科學生培養(yǎng)開展課程思政建設(shè)，增強學生復雜工程問題解決能力的培養(yǎng)，是新形勢下高等教育的必需。

三、結(jié)束語

大數(shù)據(jù)、新技術(shù)、機器革命、知識經(jīng)濟、全新的職業(yè)……無處不在的大變革以各種形式提示乃至警醒：高等教育需要新模式、新目標、新定位;大學教育不能僅僅以培養(yǎng)具有學位的本科生和研究生為目標，而應讓學生具備在與時俱進的新經(jīng)濟環(huán)境下面對生活挑戰(zhàn)、解決復雜問題的繼續(xù)學習能力[5]。大學教育對于學生的意義不再局限于知識的積累和技術(shù)的訓練，而更應注重教會學生使用正確的立場、觀點和方法分析、理解問題，養(yǎng)成歷史思維、辯證思維、系統(tǒng)思維和創(chuàng)新思維的能力和習慣。因此，在工科專業(yè)課程的教學實踐中，應大力推行課程思政建設(shè)，以搭建知識與能力的一體化養(yǎng)成平臺，立德樹人，為振興中華培育有用之才。

參考文獻：

[1]劉洋，謝夢凡，惠文.“課程思政”的價值意蘊與構(gòu)建路徑探析[J].思想政治課研究，2019（3）：35-39.

[2]董勇.論從思政課程到課程思政的價值內(nèi)涵[J].思想政治教育研究，2018，34（5）：96-98.

[3]教育部.關(guān)于印發(fā)《高等學校課程思政建設(shè)指導綱要》的通知（教高[2020]3號）[Z].2020.

[4]蔣宗禮.培養(yǎng)計算機類專業(yè)學生解決復雜工程問題的能力[M].北京：清華大學出版社，2018.

[5][美]約瑟夫.奧恩.教育的未來：人工智能時代的教育變革[M].李海燕，王秦輝，譯.北京：機械工業(yè)出版社，2018.

基金項目：教育部課程建設(shè)試點-北工大研究生課程建設(shè)“真實感計算機圖形學”（CR201907）

作者簡介：孔德慧（1968-），女，漢族，陜西吳堡人，博士，教授，研究方向為計算機圖形學、多媒體技術(shù)及模式識別與人工智能。