融合思政教育和“三位一體”育人理念的實踐課程教學(xué)探索

張洪玉

［摘 要］課程思政教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)是高校課程教學(xué)改革的兩個重要目標。在課程教學(xué)中融入多元化思政元素，踐行課堂講授與創(chuàng)新實踐相結(jié)合的教學(xué)模式，對學(xué)生提升道德品質(zhì)和文化素養(yǎng)、培養(yǎng)主動學(xué)習(xí)能力以及分析和解決工程實際問題能力具有非常積極的促進作用。文章結(jié)合清華大學(xué)價值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授“三位一體”育人理念，介紹創(chuàng)新實踐類課程的教學(xué)改革舉措。通過案例分析和科技前沿講解將思政教育融入課堂教學(xué)，利用創(chuàng)新實踐將課堂講授知識進行綜合運用，從而在課程教學(xué)中深入貫徹“三位一體”育人理念。

［關(guān)鍵詞］課程思政；三位一體；課堂講授；創(chuàng)新實踐；教學(xué)改革

［中圖分類號］ G642.3 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）20-0090-04

大學(xué)之道，在明明德。2014年，清華大學(xué)發(fā)布了《關(guān)于全面深化教育教學(xué)改革的若干意見》，提出價值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授“三位一體”育人理念，倡導(dǎo)教師在課程教學(xué)中深入貫徹這一理念。2016年，習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上提出將“立德樹人”作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程[1]。因此，不只是思政課程，在專業(yè)課程教學(xué)中更要大力推動思政教育，做到課程門門有思政、教師人人講育人，從而實現(xiàn)全員、全過程、全方位“三全育人”[2]。2019年，教育部開始啟動實施“六卓越一拔尖”計劃2.0，全面推進新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設(shè)，深化高等教育教學(xué)改革，提高高校人才培養(yǎng)質(zhì)量[3]。其中，新工科建設(shè)將應(yīng)對第四次工業(yè)革命的需要，加強戰(zhàn)略急需人才的培養(yǎng)；新醫(yī)科作為構(gòu)建健康中國的重要基礎(chǔ)，致力于實現(xiàn)從以治療為主到覆蓋生命全周期、健康全過程。在此背景下，加強高校工科與醫(yī)科專業(yè)課程的教學(xué)改革對培養(yǎng)醫(yī)工交叉學(xué)科創(chuàng)新拔尖人才顯得極為重要[4]。當前，將課堂講授與創(chuàng)新實踐相結(jié)合是高校專業(yè)課程教學(xué)改革的重要方向之一，對提升和培養(yǎng)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維具有非常積極的促進作用[5]。近年來，筆者參與講授了本科生機械的奧秘、智能機電系統(tǒng)實踐、生醫(yī)機械工程探索和研究生摩擦學(xué)實驗及分析方法等課程，在課程教學(xué)過程中采用課堂講授與創(chuàng)新實踐相結(jié)合的教學(xué)模式，并把多元化思政元素和“三位一體”育人理念融入其中，開展了初步的教學(xué)改革探索。

一、多元化思政元素融入課程教學(xué)

專業(yè)課程是高校課程思政建設(shè)的重要載體。加強專業(yè)課程思政建設(shè)，形成專業(yè)課教學(xué)與思政課教學(xué)同向同行、相互促進的育人格局，是高校推動思政教育的一項重要舉措[6]。與傳統(tǒng)思政教育注重理論的特點不同，多元化思政教育通過引入對典型案例和國際科技前沿技術(shù)的講解，促進學(xué)生思維視野的開闊、人文素養(yǎng)的提升，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和社會責(zé)任感。同時，采用多元化思政教育的內(nèi)容和形式，也能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和主動性，實現(xiàn)思政教育和專業(yè)教育的有機融合與互相促進。筆者通過深入挖掘課程中所蘊含的思政元素，將多元化思政教育貫穿課程教學(xué)全過程（見圖1）。

（一）典型案例促進課程思政建設(shè)

典型案例是開展課程思政教育的一種常見方式。在研究生摩擦學(xué)實驗及分析方法課程中，筆者主要講授仿生與生物摩擦學(xué)方面的內(nèi)容，包括天然關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)與潤滑機理、人工關(guān)節(jié)磨損及其減摩抗磨技術(shù)、生物醫(yī)用潤滑材料制備方法與臨床應(yīng)用三個部分。在課堂講授環(huán)節(jié)，教師通過典型案例分析潛移默化地培育學(xué)生的愛國主義精神和弘揚社會主義核心價值觀。比如，在講授生物摩擦學(xué)知識時，教師引入了仿照人體天然關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)所開發(fā)的人工關(guān)節(jié)這一典型案例。1960年，英國外科醫(yī)生John Charnley進行了世界首例人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)，其采用金屬與聚合物配副，治療人體因關(guān)節(jié)軟骨退化誘發(fā)的中晚期骨關(guān)節(jié)炎疾病。長期以來，強生、史賽克、捷邁等國外品牌幾乎壟斷了人工關(guān)節(jié)市場。隨著增材制造技術(shù)的興起和臨床上（特別是骨科臨床）個性化醫(yī)療需求的日益增加，3D打印人工關(guān)節(jié)成為解決之道。在這一前沿應(yīng)用領(lǐng)域，我國的醫(yī)療企業(yè)和臨床醫(yī)生通過緊密合作、潛心研發(fā)、開拓創(chuàng)新，引領(lǐng)了全世界范圍內(nèi)3D打印人工關(guān)節(jié)技術(shù)的迅速發(fā)展，孕育了愛康宜誠等一批領(lǐng)軍企業(yè)，造福了廣大患者。在這個案例中，教師引導(dǎo)學(xué)生重點關(guān)注科技前沿與臨床需求相結(jié)合而誕生的醫(yī)工交叉發(fā)展機遇，使得國產(chǎn)高端人工關(guān)節(jié)在國際舞臺上占據(jù)一席之地，極大地增強了學(xué)生的民族自豪感和自信心；同時提醒學(xué)生目前植入式醫(yī)療器械在進入臨床應(yīng)用前要經(jīng)國家市場監(jiān)督管理總局嚴格審批，因此，科研人員在創(chuàng)新醫(yī)療器械的研發(fā)過程中必須具備科學(xué)、嚴謹?shù)膽B(tài)度和精神，腳踏實地、一絲不茍。

（二）科技前沿拓展課程思政內(nèi)涵

了解并熟悉本學(xué)科科技前沿是實現(xiàn)本科生本博貫通培養(yǎng)目標的重要前提之一。因此，筆者在課堂講授環(huán)節(jié)注重通過講解科技前沿知識，進一步拓展課程思政的內(nèi)涵，陶冶學(xué)生的愛國情操、激發(fā)他們的強國志向以及報國行動。比如，在本科生機械的奧秘課程中，筆者設(shè)計了高端醫(yī)療器械表面功能化涂層的講授與實驗內(nèi)容。在講授血液接觸類高端醫(yī)療器械的前沿進展時，教師通過體外膜肺氧合器的國產(chǎn)化研發(fā)歷程來增強學(xué)生從事醫(yī)工交叉科學(xué)研究、將來成為跨學(xué)科復(fù)合型人才并報效祖國的責(zé)任感和使命感。體外膜肺氧合器又稱為ECMO（Extracorporeal Membrane Oxygenation），是抗擊新冠疫情的高端醫(yī)療裝備之一，可在一定時間內(nèi)代替患者的心肺發(fā)揮血氣交換功能，為重型和危重型新冠肺炎患者提供生命支持。然而，這一高端醫(yī)療裝備的核心技術(shù)（包括人工心臟泵和抗凝中空纖維膜）均被國外壟斷，成為我國自主研發(fā)高端醫(yī)療裝備的一項關(guān)鍵“卡脖子”技術(shù)。為響應(yīng)習(xí)近平總書記“加快補齊我國高端醫(yī)療裝備短板、實現(xiàn)高端醫(yī)療裝備自主可控”的號召，國家相關(guān)部門統(tǒng)一組織醫(yī)、研、企專業(yè)團隊進行聯(lián)合攻關(guān)，歷時三年多終于開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化ECMO裝備，從而填補了國內(nèi)空白。同時，結(jié)合2022年10月黨的二十大報告中提出的“實施科教興國戰(zhàn)略、強化現(xiàn)代化建設(shè)人才支撐”重要舉措講授這些知識，鼓勵學(xué)生樹立科研報國、科研強國的人生目標與信念。

二、課堂講授與創(chuàng)新實踐促進“三位一體”

價值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授是“三位一體”育人理念的核心內(nèi)容。思政教育有助于培養(yǎng)和塑造學(xué)生正確的價值觀，而進一步的知識與能力的傳授和培養(yǎng)則需要教師在課堂講授與實踐環(huán)節(jié)不斷進行創(chuàng)新和探索。

目前，高校大多數(shù)專業(yè)課程采取以課堂講授為主的方式進行授課，學(xué)生開展自主創(chuàng)新實踐、培養(yǎng)主動學(xué)習(xí)能力的機會較少。因此，優(yōu)化教師課堂講授內(nèi)容、加大學(xué)生動手實踐占比，以及讓學(xué)生在實踐中加深對課堂所學(xué)知識的理解和掌握，從而達到學(xué)以致用的目的，是高校專業(yè)課程教學(xué)改革的一個重要方向，也是實現(xiàn)價值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授“三位一體”育人理念的有力舉措[7]。為鼓勵學(xué)生充分發(fā)揮積極主導(dǎo)作用，筆者在所講授的本科生以及研究生課程中采取將課堂講授（教師授課、學(xué)生自主學(xué)習(xí)）與實踐教學(xué)或創(chuàng)新實踐（教師指導(dǎo)、學(xué)生獨立或以小組形式自主完成一項既定任務(wù)）相結(jié)合的教學(xué)模式（見圖2）。

（一）弘揚價值塑造

在課堂講授與創(chuàng)新實踐相結(jié)合的教學(xué)模式下，課堂講授環(huán)節(jié)是弘揚學(xué)生民族精神、激發(fā)學(xué)生愛國情懷、增強學(xué)生服務(wù)意識、鼓勵學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新的關(guān)鍵抓手。比如，在本科生機械的奧秘課程中，筆者講授高端醫(yī)療器械表面功能化涂層的內(nèi)容時，涉及ECMO、X射線掃描儀、呼吸機等抗疫醫(yī)療裝備，此時向?qū)W生講述在疫情防控初期以鐘南山院士為代表的廣大醫(yī)務(wù)人員前赴后繼、不畏艱險，為制定符合我國國情的防疫政策做出了巨大貢獻，被譽為“最美逆行者”的故事，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情；此外，通過我國科學(xué)家受荷葉表面微結(jié)構(gòu)特征啟示所研發(fā)的仿生減阻技術(shù)助力我國冬奧健兒斬獲佳績的事跡，引導(dǎo)學(xué)生將來做“有用”的科研，進而服務(wù)國家、服務(wù)社會、服務(wù)人民；最后，通過以色列科學(xué)家Jacob Klein揭示關(guān)節(jié)軟骨水合潤滑機理的例子，啟發(fā)學(xué)生在科研中要不斷鉆研探索、勇攀科學(xué)高峰。在本科生智能機電系統(tǒng)實踐課程中，筆者所在教學(xué)團隊講授機器人運動學(xué)、經(jīng)典控制理論、圖像處理原理與方法等理論知識和單片機硬件與接口技術(shù)、單片機實時控制程序設(shè)計方法、Python語言編程等工程技術(shù)知識時，讓學(xué)生自主進行設(shè)計、加工、組裝、編程并調(diào)試，最終獲得一套基于機器視覺和智能抓取的一體化機電系統(tǒng)。在此過程中，當學(xué)生面臨軟件編程、硬件調(diào)試等難題時，教師要勸誡學(xué)生沉著冷靜、理性分析，逐個排查并解決相關(guān)軟/硬件問題；在進行小組內(nèi)分工時，要鼓勵學(xué)生勇挑重擔、迎難而上，團結(jié)合作、互相促進。

（二）促進能力培養(yǎng)

在課堂講授與創(chuàng)新實踐相結(jié)合的教學(xué)模式下，創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)對提升學(xué)生綜合運用課堂所學(xué)知識和課外自學(xué)知識分析和解決實際問題的能力具有良好的促進作用。從挑戰(zhàn)性的角度看，這種教學(xué)方式可以培養(yǎng)學(xué)生攻堅克難的意志以及面對困難時的韌性和耐心。以本科生生醫(yī)機械工程探索課程為例，筆者主要講授仿生機械學(xué)方面的內(nèi)容，包括仿生學(xué)原理、機械結(jié)構(gòu)學(xué)基礎(chǔ)、仿生機械系統(tǒng)設(shè)計與分析三個部分。在創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)，由學(xué)生自主設(shè)計、裝配并集成獲得的一套智能仿生機械系統(tǒng)，實現(xiàn)了仿生爬行、可變機構(gòu)以及圖像識別和通信功能。通過這種自主式創(chuàng)新的方式，學(xué)生增強了從課堂知識學(xué)習(xí)向親自動手實踐轉(zhuǎn)變的能力。與傳統(tǒng)工科課程實踐環(huán)節(jié)不同的是，該課程向?qū)W生提出任務(wù)驅(qū)動型仿生機器人系統(tǒng)整體設(shè)計要求，在這種實踐教學(xué)模式下，學(xué)生不僅需要掌握機械、電氣、控制、加工裝配等多方面知識，而且需要具備團隊協(xié)作、統(tǒng)籌規(guī)劃以及成本分析的意識和能力。本課程在創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)適當提高了任務(wù)挑戰(zhàn)度，有助于培養(yǎng)學(xué)生攻堅克難的精神，激發(fā)學(xué)生對于未來科學(xué)技術(shù)的研究熱情，為培養(yǎng)高素質(zhì)人才奠定良好基礎(chǔ)。在課程創(chuàng)新實踐過程中，學(xué)生每4人組成一個小組，基于前述要求自主設(shè)計并搭建了一套仿尺蠖爬行與鼠婦蜷縮的智能仿生機器人，其實物圖和運動學(xué)仿真結(jié)果見圖3。

該智能仿生機器人由7個蠕動體節(jié)和1個扭轉(zhuǎn)體節(jié)組成，具有7個豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動自由度和1個水平平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動自由度。其中，蠕動體節(jié)兩端配有轉(zhuǎn)動副，可以首尾相連，通過舵機帶動相鄰兩個體節(jié)在豎直平面內(nèi)相對轉(zhuǎn)動；扭轉(zhuǎn)體節(jié)除兩端的轉(zhuǎn)動副之外，中央的轉(zhuǎn)動副還可以通過舵機帶動機器人橫向轉(zhuǎn)動，從而完成轉(zhuǎn)向動作。此外，體節(jié)上方的模塊化接口安裝有機械臂和攝像頭，可完成圖像識別功能并與上位機通信。參照尺蠖的爬行原理，該機器人通過蠕動體節(jié)逐級傳遞類正弦波向前行進，且具備一定的越障和轉(zhuǎn)彎能力；根據(jù)鼠婦蜷縮的保護動作，當機器人遭遇惡劣環(huán)境時，所有體節(jié)上的保護板拼合形成一個球殼，用于保護機器人內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)。

上述智能仿生機器人完全由學(xué)生自主設(shè)計和研制，成功實現(xiàn)了仿尺蠖爬行和仿鼠婦蜷縮的可變機構(gòu)功能。學(xué)生在此創(chuàng)新實踐過程中充分運用了課堂講授中所學(xué)的仿生機械學(xué)知識和實踐教學(xué)中所掌握的機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真、機械系統(tǒng)運動控制與調(diào)試等經(jīng)驗，創(chuàng)新思維能力和動手實踐能力得到了鍛煉和提高。該智能仿生機器人在2022年清華大學(xué)機械創(chuàng)新設(shè)計大賽中獲得一等獎。

（三）強化知識傳授

師者，所以傳道授業(yè)解惑也。課堂講授是教師向?qū)W生傳授知識的主要方式，為后續(xù)實踐教學(xué)和實踐訓(xùn)練奠定了堅實的基礎(chǔ)，而創(chuàng)新實踐則可以進一步強化學(xué)生的課堂所學(xué)知識。這種將課堂講授與創(chuàng)新實踐相結(jié)合的教學(xué)模式，從“以教師固定模式教為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生探索式學(xué)為主”，對推動機械工程及其交叉學(xué)科建設(shè)和課程改革具有重要的意義。在教學(xué)過程中，教師還結(jié)合學(xué)科前沿融入大量的典型科研實例，通過深入剖析開闊學(xué)生的科研視野、激發(fā)學(xué)生的科研志趣，從而為學(xué)生將來研究生階段的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

以筆者在本科生生醫(yī)機械工程探索課程中講授的仿生機械學(xué)內(nèi)容為例，仿生軟體機器人是該領(lǐng)域的前沿?zé)狳c之一，麻省理工學(xué)院、康奈爾大學(xué)、浙江大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等國內(nèi)外高校的課題組在該領(lǐng)域取得了豐碩的科研成果。在講授仿動物水中游動的機械及其設(shè)計時，教師對受深海獅子魚啟發(fā)而設(shè)計出來的仿生軟體機器魚進行了詳細介紹。浙江大學(xué)科研團隊根據(jù)獅子魚的骨骼細碎狀地分布在其凝膠狀柔軟身體中這一典型特征，率先提出了機電系統(tǒng)軟—硬共融的壓力適應(yīng)原理，成功研制出無需耐壓外殼保護的仿生軟體機器魚，并首次實現(xiàn)了在中國南海（深3224米）的自由翱翔和在馬里亞納海溝（深10900米）的撲翼驅(qū)動，為深海探測、生物科考以及智能裝備研發(fā)提供了新的解決方案。這項仿生軟體機器人領(lǐng)域的代表性科研成果涉及介電彈性體材料、柔性電子封裝、軟體機器人設(shè)計與制造、機械結(jié)構(gòu)運動學(xué)仿真、機電控制等多學(xué)科領(lǐng)域知識，發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊Nature上，并被選為封面報道。

三、結(jié)語

在教育部大力推進新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設(shè)的背景下，加強思政教育和優(yōu)化教學(xué)模式是高校專業(yè)課程教學(xué)改革的重中之重。本文以筆者所講授的創(chuàng)新實踐類課程為例，聚焦思政元素的多元化，通過“思政融入課程、實踐促進創(chuàng)新、聚焦學(xué)科交叉、深化教學(xué)改革”的方式將“三位一體”育人理念貫穿課程教學(xué)全過程。課程教學(xué)改革實踐不但開闊和提升了學(xué)生在醫(yī)工交叉學(xué)科方向的國際視野和學(xué)術(shù)熱情，而且通過課堂講授與創(chuàng)新實踐相結(jié)合的教學(xué)模式增強了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和動手實踐能力，通過任務(wù)導(dǎo)向型實踐方式培養(yǎng)了學(xué)生攻堅克難的精神和韌性。教學(xué)團隊后期將進一步推動教學(xué)改革探索，緊密結(jié)合國內(nèi)、國際新形勢下的思政元素和醫(yī)工交叉領(lǐng)域科技發(fā)展的前沿動態(tài)，使課程建設(shè)日臻完善并逐步推廣。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 張爍.習(xí)近平在全國高校思想政治工作會議上強調(diào)? 把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程? 開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面[N].人民日報，2016-12-09（1）.

[2] 陳寶生.在新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議上的講話[J].中國高等教育，2018（Z3）：4-10.

[3] 施雨岑.教育部：實施“六卓越一拔尖”計劃2.0建設(shè)高水平本科教育[EB/OL].（2018-10-18）[2023-04-02].http：//www.gov.cn/xinwen/2018-10/18/content_5331923.htm.

[4] 張堃，付君紅.基于“醫(yī)工融合”的新工科專業(yè)人才培養(yǎng)模式的探討[J].教育教學(xué)論壇，2019（40）：240-242.

[5] 孫安強，康紅艷，蒲放，等.醫(yī)工交叉類專業(yè)課程建設(shè)的探索與實踐[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2022，35（1）：163-167.

[6] 高德毅，宗愛東.從思政課程到課程思政：從戰(zhàn)略高度構(gòu)建高校思想政治教育課程體系[J].中國高等教育，2017（1）：43-46.

[7] 鐘華，董世武，張珠，等.基于醫(yī)工融合背景下專業(yè)實踐教學(xué)體系改革[J].高教學(xué)刊，2021，7（14）：128-130.

［責(zé)任編輯：劉鳳華］