材料選擇與設計課程思政的教學實踐與探索

彭成信 楊光智

（上海理工大學，上海 200093）

2020 年6 月,教育部在《高等學校課程思政建設指導綱要》中提出，要將思想政治教育貫穿人才培養(yǎng)全過程，全面推進高校課程思政建設，幫助學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。課程思政建設內(nèi)容要緊緊圍繞堅定學生理想信念，以愛黨、愛國、愛社會主義、愛人民、愛集體為主線，同時圍繞制度認同、家國情懷、文化素養(yǎng)、法治意識、道德修養(yǎng)等重點來優(yōu)化課程思政內(nèi)容，并結(jié)合中國特色社會主義的中國夢教育、社會主義核心價值觀教育、民主與法治教育、勞動教育、心理健康教育、中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育等，構建全員全過程全方位育人大格局。[1]

材料選擇與設計作為材料科學工程學科實踐類核心課程，課程教學的目的是使學生在掌握材料科學基礎、材料工程基礎及材料選擇和工藝設計等相關知識的基礎上，根據(jù)實際工程應用中對產(chǎn)品的需求和對材料性質(zhì)數(shù)據(jù)分析，學會合理應用所學知識進行材料選擇與產(chǎn)品設計，培養(yǎng)學生掌握材料學基礎理論與工程實際應用相結(jié)合的能力。本課程主要是通過實際應用中的案例分析和實踐操作實現(xiàn)掌握材料選擇與設計學科知識的目的，因此，需要梳理課程內(nèi)容，深入挖掘?qū)I(yè)課程中的思政育人元素，分析不同課程教學內(nèi)容和思政元素的關聯(lián)性，并結(jié)合學生的學習規(guī)律，進行思政元素相關教學模式的案例設計。將思想政治教育以潤物細無聲的方式融于材料選擇與設計案例教學的過程中，同時采用多種教學方法，以實現(xiàn)知識傳授與價值引領相融合的效果。[2-3]

一、材料選擇與設計的教學內(nèi)容及蘊含的思政育人元素

材料選擇與設計是材料科學與工程專業(yè)核心實踐類課程，主要面向材料學科本科學生。在前期學習“材料科學基礎”“材料力學”等課程的基礎上，根據(jù)材料的基本要素和設計準則，如材料的性質(zhì)(力學、熱學、電學、光學、磁學等)、材料選擇與設計的基本原則、材料工藝的優(yōu)化原則、材料選擇多目標權衡策略等。課程主要依托實際產(chǎn)品案例進行多維度、多角度、多目標的選擇和實踐，并同實際產(chǎn)品設計深度融合，為產(chǎn)品高效設計提供最佳解決方案，是現(xiàn)代工業(yè)設計中的重要組成部分。[4]

本課程具有豐富的材料設計實踐案例，同時也蘊含豐富的思政教育素材，具備進行思想政治教育的先決條件。在材料選擇與設計的前期教學中，利用案例素材，包括“環(huán)保型飲料容器”“港珠澳大橋橋梁”“中國大飛機工程”“中國火星探測車”等相關材料的選擇與設計等引入課堂學習和討論中，通過背景講解可以充分調(diào)動學生的學習積極性，在潛移默化中將思想政治育人同材料選擇與設計課程進行有機結(jié)合，積累了豐富的思想政治教育經(jīng)驗，學生在感受思想政治教育的同時，利用需要學習的材料進行選擇，在選擇的過程中提高學生分析問題和解決問題的能力，并獲得高性能、高效率、經(jīng)濟環(huán)保、可持續(xù)型產(chǎn)品。同時，案例設計過程中也加強了學生工程倫理教育，培養(yǎng)學生精益求精的大國工匠精神、科技報國的家國情懷、投身祖國建設的雄心大志。

二、材料選擇與設計中典型思政育人案例設計

（一）加強生態(tài)文明建設，關注可持續(xù)發(fā)展

在材料選擇與設計課程的《材料與環(huán)境》章節(jié)中，涉及生態(tài)環(huán)保產(chǎn)品內(nèi)容設計，可以將生態(tài)產(chǎn)品設計作為思想政治教育的載體。所涉及的教學案例為環(huán)保型飲料容器。學生通過生活實踐和網(wǎng)絡資源收集常見的各種飲料容器，利用材料選擇的基本原則，結(jié)合材料選擇與設計軟件CES（Cambridge Engineering Selector）EduPack 進行構思和優(yōu)化。在整個教學過程中，應適當引導學生進行思考：人類社會進入21世紀，一些國家為了提升自身的競爭力，在發(fā)展經(jīng)濟的同時，忽視了對環(huán)境的保護和合理開發(fā)，造成了諸多的環(huán)境問題，致使保護環(huán)境成為人類發(fā)展的重要問題。在資源有限的前提下，人類既要發(fā)展經(jīng)濟，又要保護環(huán)境，這二者能否兼顧？教師以此提出思考要點：提倡可持續(xù)的材料選擇與設計，將環(huán)境作為經(jīng)濟成本的一個部分，在材料選擇設計的源頭上進行有效管理，降低材料成本，避免過分依賴自然資源，使得經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。另外，追求“綠色環(huán)保、經(jīng)濟、可持續(xù)性”材料選擇與設計理念，在注重產(chǎn)品的可持續(xù)性選擇與設計的同時，積極倡導使用后綠色可降解及循環(huán)利用等，緩解環(huán)境壓力，讓人類發(fā)展與環(huán)境和諧共存，力求經(jīng)濟、社會、環(huán)境等方面協(xié)調(diào)與發(fā)展，并考慮倫理、道德及法律問題，進行垃圾分類推廣，培養(yǎng)學生學思結(jié)合、知行合一的發(fā)展精神。

（二）大國工匠精神與專業(yè)責任感

大國工匠精神的引入讓學生認識到職業(yè)的魅力，增強對“干一行、愛一行、精一行”的認同感，更有利于提升學生的專業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)道德。在《材料選擇的基本原則》章節(jié)中，涉及橋梁設計的案例，教師引導學生學習設計滿足性能要求且保障安全的橋梁為思政教育載體。涉及的案例為“港珠澳大橋”的主梁柱材料選擇。學生通過所學習的材料選擇課程的基本要求，通過設定的滿足機械力學性能要求列出材料選擇的屬性條件，代入CES EduPack 軟件并在材料數(shù)據(jù)庫進行選擇和優(yōu)化。在教學過程中，通過之前橋梁設計事故講述：1940 年建于美國華盛頓州的塔科馬海峽大橋，由于橋梁的設計沒有考慮到抗風扭轉(zhuǎn)機械性能要求，致使穿過大橋的氣流由于邊界層分離形成渦流，連續(xù)性的旋渦會對被繞的橋梁產(chǎn)生周期性浸染力，這種浸染力和大橋振動的頻率接近時，風能與橋梁本身產(chǎn)生同頻共振，最終使鋼梁坍塌斷裂。這些由于設計疏忽而導致的質(zhì)量與安全隱患等問題，給國家和社會造成嚴重的危害，能夠很好地啟發(fā)學生培養(yǎng)自身認真負責和專業(yè)追求，心懷工匠精神，精益求精、嚴謹務實，抵制有悖于科學精神和職業(yè)道德的做法和行為。[5]

（三）科學家精神與愛國情懷

在《材料與形狀的組合選擇》章節(jié)中可以引入我國材料科學家做出突出貢獻的相關案例，不僅可以培養(yǎng)學生對學習知識的自信心，還可以提高學生的學習熱情，激發(fā)學生的愛國主義情懷。所設計的教學案例為飛機發(fā)動機葉片材料選擇。在教學中，學生利用材料和形狀組合進行選擇，推導考慮形狀因子情況下的材料屬性，根據(jù)給定的發(fā)動機葉片設計目標，利用CES EduPack 設計軟件和材料性質(zhì)數(shù)據(jù)庫，進行材料選擇和設計優(yōu)化。在教學過程中，通過播放“兩彈一星”科學家故事、“中國大飛機工程”和“中國探月工程”等視頻，引導學生主動思考：面對當今世界復雜多變的發(fā)展格局，美國等西方國家對中國高技術領域的“卡脖子”封鎖，在此背景下，如何親自實踐，研制出自己的發(fā)動機，擺脫核心領域長期被別人控制的局面？通過視頻介紹，了解“商飛人”的感人事跡，培養(yǎng)學生踐行社會主義核心價值觀，激發(fā)學生弘揚“兩彈一星”“載人航天”精神和“航空報國”精神。

（四）馬克思主義哲學的辯證對立統(tǒng)一觀

在材料選擇與設計課程的《多重約束和沖突目標》章節(jié)中，涉及教學設計案例為火星登陸車保護外殼材料選擇。學生利用材料選擇的要求和基本原則，結(jié)合材料選擇與設計軟件CES EduPack 材料性質(zhì)數(shù)據(jù)庫，根據(jù)給定火星車外殼材料設計的多重約束條件和沖突目標，安排學生分析并以圖文并茂的形式進行優(yōu)化選擇。結(jié)合具體案例，引導學生積極思考：產(chǎn)品設計中的各種材料選擇的相互關聯(lián)，最后形成一個不可分割、相互作用的有機統(tǒng)一整體，如何做到矛盾統(tǒng)一？引導學生思考在多重約束條件下，為達到高效設計目標進行合理取舍，充分理解矛盾論的對立統(tǒng)一，從而達到學以致用的教學目的。

三、材料選擇與設計課程的思想政治育人方法

（一）有效利用線下課堂主陣地，借助案例教學法，融入思想政治育人元素

課堂是傳授知識的主陣地，將思想政治育人元素融于專業(yè)教學，能夠達到最直接、最明顯的育人效果。以案例為依托的教學法需要在教學內(nèi)容上深耕細挖，將思政育人的典型事例與專業(yè)內(nèi)容深度銜接，否則容易出現(xiàn)生搬硬套和違和感。在教學過程中多采用啟發(fā)式教學，引導學生積極思考，進一步調(diào)動學生的學習積極性，從而實現(xiàn)以學生為中心的思想政治育人模式。例如在分析發(fā)動機葉片設計案例時，需要引導學生充分了解我們國家在航空領域的背景和發(fā)展現(xiàn)狀。我國基礎科學研究起步較晚，導致金屬材料研制無法滿足現(xiàn)代發(fā)展需要特別是軍用發(fā)動機葉片設計要求，這一短板必然會影響我們國家的安全和未來發(fā)展建設。但老一輩科學家發(fā)揚自力更生、艱苦奮斗的優(yōu)良作風和矢志不渝的報國精神，在西方國家對我國高新技術領域封鎖的條件下，他們不畏艱難，積極進取，最后研制出“兩彈一星”大國重器，為國家的安全和發(fā)展保駕護航。通過這些真實而具體的案例，激發(fā)了學生對社會主義制度的信心，把個人理想融入國家發(fā)展大局，為國家發(fā)展建設貢獻智慧和力量。此外，在教學過程中，尤其是案例的列舉，可以采用各種表現(xiàn)形式，如結(jié)合PPT課程內(nèi)容插入、通過視頻實時播放、進行實物展示等，或者在適當章節(jié)引導學生進行相關案例互動與分析，通過學生的自主學習，提高學生的參與度和解決問題的能力。

（二）采用靈活多變的教學形式和教學方法

1.在課程教學過程中，利用多媒體、短視頻、慕課、抖音等助學工具讓學生進行自主學習，并結(jié)合教學內(nèi)容精心設計教學案例，通過理論講述、問題答疑、分組討論等教學方式，在提高學生學習興趣的同時，培養(yǎng)學生具有愛國情懷、法治意識、社會責任意識、文化自信等學子精神。

2.借助課件、影像資料，運用“互聯(lián)網(wǎng)+課程思政”思維，比如利用超星學習通平臺，以任務發(fā)布的形式實現(xiàn)課堂互動，全流程記錄，實時答疑，以達到教學效果的及時反饋、評價，這樣有助于進一步優(yōu)化課程設計。

3.借助網(wǎng)絡平臺中龐大的思政育人資源，通過引導學生觀看中國的大飛機工程、航天空間站、火星登陸情況、天眼紀錄片等視頻資料，或者通過專家講座、現(xiàn)場參觀體驗、課堂討論、口頭報告、撰寫作業(yè)等方式，或者通過參加材料學院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，展現(xiàn)思政結(jié)合的學習成果。采用靈活的授課形式與教學方法，使思政元素和專業(yè)課程有機融合，最后發(fā)現(xiàn)，課程的獨特性和趣味性增強，思政內(nèi)容的自然帶入，達到了規(guī)定的育人效果。

四、結(jié)束語

專業(yè)課程教學是思政育人的主陣地和教學載體，而思政教學則是對專業(yè)課程內(nèi)容的提煉和升華，二者是相輔相成、互為條件的。通過以案例教學為載體，采用靈活多變的教學形式和教學方法，將思政元素潤物細無聲地融于教學內(nèi)容之中，使思想政治教育達到潛移默化的育人效果。雖然思政育人通過課堂形式展開，但其最終目標是將社會主義核心價值觀根植在學生心目中，即使將來進入社會實踐也能時時處處體會得到。通過課堂思政教學的價值觀引領，可以有效補充理工類課程過于強調(diào)知識育人等方面的不足，從而培養(yǎng)適應國家未來發(fā)展戰(zhàn)略需要的專業(yè)能力過硬、思想政治兼?zhèn)涞纳鐣髁x事業(yè)建設者和接班人。