“材料創(chuàng)新設(shè)計方法”思想政治教學(xué)案例實踐與探索

金曉冬 王亞麗 崔素萍

[摘 要] “材料創(chuàng)新設(shè)計方法”是材料類專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)必修課，目的是使學(xué)生改變思考問題的模式，打破學(xué)生固有的思維定式，擴展學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生消除材料在開發(fā)及使用方面的技術(shù)障礙，解決材料設(shè)計、研發(fā)、制造、安全性、可靠性和環(huán)境影響等方面的相關(guān)問題。案例結(jié)合課程教學(xué)目標(biāo)與授課內(nèi)容，以“外墻外保溫與工匠精神”“高寒高海拔地區(qū)混凝土質(zhì)量控制與責(zé)任擔(dān)當(dāng)”兩個思想政治案例為例，闡述“材料創(chuàng)新設(shè)計方法”課程思政教育的實踐與探索。

[關(guān)鍵詞] 材料創(chuàng)新設(shè)計方法;思想政治教育;探索與實踐

[基金項目] 2020年度新工科研究與實踐項目“材料專業(yè)綠色化信息化改造升級的探索與實踐”（E-CL20201901）;2019年度北京高等教育本科教學(xué)改革創(chuàng)新項目“跨專業(yè)大類招生的材料本科人才培養(yǎng)研究”（201910005002）

[作者簡介] 金曉冬（1990—），男，北京人，工學(xué)博士，北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部助理研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事有機-無機復(fù)合材料研究;王亞麗（1978—），女，河北邢臺人，工學(xué)博士，北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部教授（通信作者），博士生導(dǎo)師，主要從事水泥熟料化學(xué)和水化化學(xué)及水泥基材料的結(jié)構(gòu)與性能研究;崔素萍（1964—），女，山西榆次人，工學(xué)博士，北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部教授，博士生導(dǎo)師，主要從事水泥及水泥基材料研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）27-0113-04 [收稿日期] 2021-12-03

引言

黨的十九大報告指出，創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，是建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟體系的戰(zhàn)略支撐。因此，加強創(chuàng)新教育，是深化教育改革、全面推進素質(zhì)教育的重要支撐，也是高等教育的重要使命[1]。筆者所在院校材料與制造學(xué)部通過設(shè)立“材料創(chuàng)新設(shè)計方法”，打破學(xué)生固有的思維定式，擴展學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，培養(yǎng)學(xué)生消除材料在開發(fā)及使用方面的技術(shù)障礙，解決材料設(shè)計、研發(fā)、制造、安全性、可靠性和環(huán)境影響等方面的相關(guān)問題。在課堂講授時循序漸進融入思想政治教育元素，激發(fā)學(xué)生認(rèn)知、情感和行為的認(rèn)同，通過學(xué)習(xí)問題發(fā)現(xiàn)與解決的全過程，引導(dǎo)學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀，激發(fā)學(xué)生的求知熱情、探索精神、創(chuàng)新欲望，以及敢于向舊觀念挑戰(zhàn)的精神。引導(dǎo)學(xué)生了解國家對材料研發(fā)和技術(shù)進步的需求，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷，使其樹立文化自信，實現(xiàn)知識傳授和價值引領(lǐng)相統(tǒng)一、教書與育人相統(tǒng)一。

一、課程簡介

“材料創(chuàng)新設(shè)計方法”課程將創(chuàng)新方法與材料科學(xué)與工程的背景相結(jié)合，形成具有強烈學(xué)科特色的創(chuàng)新方法課程。課程綜合運用先修課程的基礎(chǔ)知識，以TRIZ（發(fā)明問題解決理論）為基礎(chǔ)，將工程實際問題轉(zhuǎn)變?yōu)門RIZ標(biāo)準(zhǔn)問題（種類包括：技術(shù)矛盾、物理矛盾、物-場模型等），再利用TRIZ工具（如矛盾矩陣表、分離原理、標(biāo)準(zhǔn)解法等），將標(biāo)準(zhǔn)問題轉(zhuǎn)變?yōu)門RIZ通用解（如發(fā)明創(chuàng)新原理等），從而得到最終的解決方案，即在系統(tǒng)問題與解法之間搭建TRIZ橋梁（如圖1中所示）[2]，引導(dǎo)學(xué)生摸清創(chuàng)新思維的規(guī)律與方法，打破學(xué)生固有的思維定式，擴展學(xué)生的創(chuàng)新思維，解決材料生產(chǎn)和使用中遇到的實際問題。因此，本課程在授課形式上更加豐富，在授課內(nèi)容上更加靈活，可將教師的科研成果有機融入課堂中，在關(guān)鍵內(nèi)容“物理矛盾”“物場模型”“發(fā)明原理”等幾個部分，采用實際問題作為真實案例，在系統(tǒng)闡述原理基礎(chǔ)知識的同時，加快學(xué)生對于基本概念的理解及理論知識的運用，切實提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力，實現(xiàn)傳道授業(yè)與立德樹人雙管齊下。

二、思政映射與融入

物理矛盾及物-場模型是“材料創(chuàng)新設(shè)計方法”的關(guān)鍵授課內(nèi)容之一。物理矛盾本質(zhì)就是找到技術(shù)系統(tǒng)中產(chǎn)生矛盾的關(guān)鍵要素，采用分離原理得到最終的解決方案。物-場模型是一種使用符號表達技術(shù)系統(tǒng)變換的建模技術(shù)，以解決問題中的各種矛盾為中心，通過建立一種模型來描述系統(tǒng)內(nèi)的問題，旨在用符號語言清楚地描述系統(tǒng)/子系統(tǒng)構(gòu)成要素及構(gòu)成要素之間的相互關(guān)系。物-場模型為揭示造成當(dāng)前困境的相互作用提供了重要的支持作用，從而為當(dāng)前困境的解決指引了思路，提供了理論依據(jù)。教師在授課時，除了基礎(chǔ)概念的講解，更應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生運用相關(guān)知識分析實際問題的能力，從而加深學(xué)生對于抽象概念的理解與應(yīng)用。同時，授課教師科研實例的引入為本課程思想政治教育提供了豐富的素材，以教師的具體科研項目為抓手，適當(dāng)簡化融入課堂后，可讓學(xué)生最大限度地接近真實課題，通過“授課—討論—匯報—總結(jié)”等一系列師生互動活動，切實提高學(xué)生的創(chuàng)新思維及與生產(chǎn)實際相聯(lián)系的能力。在鍛煉學(xué)生靈活運用TRIZ工具的同時，適時穿插思想政治教育，真正做到潤物細無聲?！安牧蟿?chuàng)新設(shè)計方法”課程的思政映入探索及部分思政元素融入方式總結(jié)于表1中。

三、思想政治教育實踐

（一）案例一：建筑的節(jié)能“外衣”

1.案例主題：外墻外保溫與工匠精神。

2.育人目標(biāo)及理念：通過本章節(jié)的講解，讓學(xué)生了解建筑節(jié)能對于我國的重要意義，引導(dǎo)學(xué)生建立“干一行，愛一行”的職業(yè)素養(yǎng)，通過工程實例培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神。

3.案例內(nèi)容：物理矛盾的核心內(nèi)容是技術(shù)系統(tǒng)對某個參數(shù)提出了相反的要求[3]。外墻外保溫系統(tǒng)涉及多要素之間的協(xié)同匹配，內(nèi)含多個矛盾沖突點，適宜采用物理矛盾分析方法進行解析。目前，外墻外保溫系統(tǒng)是我國建筑節(jié)能的主要形式之一。其中，又以薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)為主，其系統(tǒng)構(gòu)造如圖2中所示。保溫板（包括有機類保溫板與無機類保溫板）通過粘結(jié)砂漿和機械錨固等作用方式固定上墻。薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展為我國的低碳、可持續(xù)事業(yè)做出了重要貢獻[4]。本案例首先回顧建筑物過往能耗數(shù)據(jù)，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及對于建筑保溫的學(xué)習(xí)熱情。隨后，以北京市為例，介紹北京市居住建筑采暖節(jié)能貢獻歷程，重點講授在國內(nèi)建筑節(jié)能領(lǐng)域一片空白之際，老一輩科學(xué)家心系祖國、心系人民、艱苦奮斗、勇攀高峰的優(yōu)秀品質(zhì)，激發(fā)學(xué)生“干一行，愛一行”的職業(yè)素養(yǎng)與愛國情懷。最后，以北京市外墻外保溫示范工程為例，詳細講解薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)構(gòu)造及外墻外保溫工程的施工步驟，精雕細琢、粗中有細，著力培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神。在教學(xué)方法和手段方面，案例采用圖、文、視頻等綜合教學(xué)展示手段，并通過激勵措施鼓勵課堂與課后師生之間的互動交流，條件允許的情況下集中組織赴保溫企業(yè)參觀學(xué)習(xí)，或?qū)⑵髽I(yè)專家、領(lǐng)導(dǎo)乃至我國建筑節(jié)能領(lǐng)域權(quán)威專家請入課堂，與學(xué)生互動，通過專題調(diào)研的方式讓學(xué)生對我國建筑節(jié)能事業(yè)發(fā)展與進步有信心、有熱情，并且愿意為之奮斗、奉獻與努力。

4.案例特色：（1）案例的實施助力“雙碳”目標(biāo)。借助本案例，不僅使學(xué)生充分了解我國當(dāng)下戰(zhàn)略方針，更可以將其與所學(xué)知識相結(jié)合，通過創(chuàng)新的思維方法，為我國“雙碳”目標(biāo)的達成、為建筑節(jié)能的進一步實施出謀劃策，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的使命感與責(zé)任感。（2）案例針對工程問題，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。案例不僅介紹了保溫工程的發(fā)展歷程，更是強調(diào)了當(dāng)前保溫形式所面臨的實際問題。通過小組討論的形式，結(jié)合所學(xué)的材料創(chuàng)新方法知識，引導(dǎo)學(xué)生對上述問題提出解決方案，并將設(shè)計方法和思路在本課程的實踐環(huán)節(jié)——“材料創(chuàng)新設(shè)計實踐”課程中進行充分的試驗驗證，不斷發(fā)現(xiàn)方案的問題，再應(yīng)用創(chuàng)新理論提出改進的措施，形成理論—實踐—理論的完整閉環(huán)。

5.學(xué)生反饋：保溫材料脫落事故屢見于新聞報道，本案例將當(dāng)前熱點新聞與所學(xué)知識點相融合，豐富了課堂內(nèi)容，拉近了學(xué)生與老師之間的距離，極大底激發(fā)了學(xué)生的興趣與學(xué)習(xí)熱情，鼓舞了學(xué)生學(xué)習(xí)的使命感與責(zé)任感，反響良好。

（二）案例二：高寒高海拔地區(qū)混凝土施工質(zhì)量控制

1.案例主題：高寒高海拔地區(qū)混凝土質(zhì)量控制與責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

2.育人目標(biāo)及理念：物-場模型就是要聚焦技術(shù)系統(tǒng)的關(guān)鍵矛盾，并通過標(biāo)準(zhǔn)解法尋找可行方案。在授課過程中，本案例的引入可讓學(xué)生了解高寒高海拔地區(qū)混凝土質(zhì)量控制的關(guān)鍵元素，掌握物-場模型的建立方法，明確國家援藏的重要意義，引導(dǎo)學(xué)生樹立為了國家需求不怕困難、勇于擔(dān)當(dāng)、迎難而上的大局意識。

3.案例內(nèi)容：物-場模型是明確技術(shù)系統(tǒng)要素間不同作用方式的有力工具之一。本案例是建立在學(xué)生對于物-場模型基本概念有了一定的了解之后，通過青藏鐵路的建設(shè)及北京市對口支援拉薩工程的實際案例，講授在極端環(huán)境中（如高寒高海拔地區(qū)），混凝土建設(shè)（包括原材料的選取、運輸、配方的設(shè)計、施工人員的培訓(xùn)、具體施工方案、養(yǎng)護方案及后期維護等）所面臨的具體困難[5]，訓(xùn)練學(xué)生在面對諸多不利因素（如氣候條件、交通不便、原材料匱乏等）時，應(yīng)用課程所學(xué)知識，迅速找到系統(tǒng)的關(guān)鍵矛盾，建立相應(yīng)的物-場模型，并提出初步解決方法的能力。同時，使學(xué)生明確西藏地區(qū)戰(zhàn)略定位及援藏建設(shè)的重要意義，牢固樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。激發(fā)學(xué)生為了國家需求，不懼困難、敢于挑戰(zhàn)、勇于擔(dān)當(dāng)?shù)氖姑信c責(zé)任感。

4.案例特色：（1）案例聚焦于共同責(zé)任擔(dān)當(dāng)。在中國共產(chǎn)黨的正確領(lǐng)導(dǎo)下，正是靠著老一輩科學(xué)家在面對種種困難時的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)，才能砥礪前行，克服萬難，實現(xiàn)了我國的高速發(fā)展，創(chuàng)造了中國奇跡。這種“責(zé)任擔(dān)當(dāng)”精神是他們留給年輕一代寶貴的精神財富。本案例將知識點（物-場模型的基本概念與建立方法）與實際課題有機融合，在講授專業(yè)知識的同時，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在大學(xué)生品德塑造的關(guān)鍵階段，引導(dǎo)學(xué)生牢固樹立服務(wù)于國家重大發(fā)展需求的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。（2）案例針對具體工程問題，拉近老師與學(xué)生之間的距離。本案例以實際需求為牽引，鍛煉學(xué)生在面對真實、復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)時，快速定位，抓住系統(tǒng)主要矛盾并建立模型的能力。同時，由于以實際科研需求為例，加快了學(xué)生對于抽象概念及知識點的消化吸收進程，激勵了學(xué)生與老師討論的欲望，拉近了課堂上師生之間的距離，保證了課堂氛圍。

5.學(xué)生反饋：西藏地區(qū)由于其獨特的自然風(fēng)貌及人文景觀，是學(xué)生理想的旅游觀光地點。本案例結(jié)合具體課題，聚焦西藏地區(qū)混凝土施工所面臨的問題，極大地吸引了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，活躍了課堂氛圍，使學(xué)生在掌握本章重要知識點的同時，增強了對“責(zé)任擔(dān)當(dāng)”理念的認(rèn)知，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的使命感與責(zé)任感，反響良好。

（三）教學(xué)反思

通過觀察授課過程中學(xué)生的抬頭率和聽課率不難看出，思想政治案例的引入為課堂注入了更加豐富的元素，通過將科研課題與課堂內(nèi)容相結(jié)合，以具體的實例講授抽象的概念，開闊了學(xué)生的視野，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉了學(xué)生快速定位系統(tǒng)關(guān)鍵矛盾的能力。在課后的教學(xué)反思中，課程內(nèi)容可以更加多元化。比如，在案例一的講授中，可以適時穿插外墻外保溫工程的施工宣傳片，讓學(xué)生更加直觀地了解具體的施工工藝。在案例二的講授中，可以適時展示美麗西藏的短片，以及川藏公路修建時的視頻紀(jì)錄片，以此展示老一輩專家那種擔(dān)當(dāng)精神。

結(jié)語

“材料創(chuàng)新設(shè)計方法”獨特的授課內(nèi)容和授課方式，使得其在思想政治案例的融入過程中具有先天的優(yōu)勢。通過現(xiàn)有思想政治案例的融入與講解，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的使命感與責(zé)任感，極大地發(fā)掘了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，達到了教學(xué)目的。引導(dǎo)學(xué)生在獲得專業(yè)知識的同時，進一步了解國家對材料研發(fā)和技術(shù)進步的需求，在課堂教學(xué)中滲透家國情懷教育，引導(dǎo)學(xué)生堅定道路自信、理論自信、制度自信和文化自信。

參考文獻

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The Practice and Exploration of Teaching Cases of Ideological and Political Education in the Course of Material Innovation Design Method

JIN Xiao-dong， WANG Ya-li， CUI Su-ping

（Faculty of Materials and Manufacturing， Beijing University of Technology， Beijing 100124， China）

Abstract： “Material Innovation Design Method” is the basic compulsory course for the students who major in Materials Science and Engineering. The purpose of this course is to enable students to change the mode of thinking， break their inherent thinking mode， expand their innovative thinking ability， cultivate students to eliminate technical obstacles in the development and use of materials， and solve relevant problems in material design， research & development， manufacturing， safety， reliability and environmental impact. Combined with the teaching objectives and teaching contents of the course， and taking two ideological and political cases of “external wall external insulation and craftsman spirit” and “concrete quality control and patriotism education in cold and high altitude areas” as examples， we can expound the practice and exploration of ideological and political education in the course of “Material Innovation Design Method”.

Key words： Material Innovation Design Method; ideological and political education; exploration and practice