基于思政融合與實踐驅(qū)動的材料創(chuàng)新設計方法教學模式改革

關(guān)鍵詞：新工科；實踐能力培養(yǎng)；課程思政；創(chuàng)新方法；科教融合

中圖分類號：G642" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2025）18-0127-04

Abstract： The course of Material Innovation Design Method combines innovative methods with the professional background of material major， and expands students' innovative thinking ability and breaking their inherent stereotypes by changing their form of thinking. The reform of the teaching mode of Material Innovation Design Method is led by the integration of ideological and political theory of the course， guided by the advanced \"content-centered\" teaching concept， and designed the evaluation criteria of learning effect based on the concept of \"output-oriented\". The course model enables students to have a more comprehensive grasp of the latest research developments and advanced research methods in the specialty， and stimulates students' enthusiasm for knowledge， spirit of exploration and desire for innovation. It solves the problems highlighted by teaching such as the lack of effective ways of course ideology and politics， the lack of learning resources and students' low interest， and the new practice cases detached from the reality of scientific research.

Keywords： new engineering; practical skills development; ideological and political course; innovative methods; integration of science and education

十四五規(guī)劃指出：“面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，深入實施科教興國戰(zhàn)略、人才強國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，完善國家創(chuàng)新體系，加快建設科技強國”。同時新工科下要全面開展專業(yè)課程思政建設，在專業(yè)課程的設計中持續(xù)構(gòu)建課程思政的育人大格局，以知識傳遞、能力培養(yǎng)與精神塑造為抓手，推動課程思政廣覆蓋，賦予專業(yè)課程價值引領重任[1-2]。傳統(tǒng)專業(yè)課堂很難融入思政教學，同時也缺乏講授創(chuàng)新思維、創(chuàng)新方法，對于需要獨立思考，靈活運用前沿知識或多學科知識才能找到解決方案的新問題，往往束手無措，傳統(tǒng)教學設計問題凸顯。

面對高新技術(shù)發(fā)展對材料創(chuàng)新的高要求[3]，創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式也需要不斷發(fā)展，要求大學畢業(yè)生不僅要具有較強的動腦和動手能力，還具備設計、評價、驗證等綜合創(chuàng)新能力，激發(fā)學生的求知熱情、探索精神、創(chuàng)新欲望，以及敢于向舊觀念挑戰(zhàn)的精神。因此高校的實驗實踐教學應該以轉(zhuǎn)變教育思想、更新教育觀念為先導，以提升學生的社會責任感、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力為核心，以改革人才培養(yǎng)模式和課程體系為重點，以提升大學生的綜合素質(zhì)、增強大學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)能力為宗旨，以培養(yǎng)適應創(chuàng)新型國家建設人才需要[4-7]。

一" 教改設計與實施

（一）" 構(gòu)建“一三九”課程思政育人模式

材料創(chuàng)新設計方法課程創(chuàng)新方法與材料科學與工程的背景相結(jié)合，以TRIZ（發(fā)明問題解決理論）為基礎，將工程實際問題轉(zhuǎn)變?yōu)門RIZ標準問題，再利用TRIZ工具，從而得到最終的解決方案[8-10]。課程的任務是要求學生熟練掌握常用的創(chuàng)新方法；能夠根據(jù)所學知識解決工程實際問題；在掌握相關(guān)理論基礎上，能夠?qū)嶋H材料生產(chǎn)過程提出改進的措施。課程的育人目標是使學生改變思考問題的模式，打破固有的思維定勢，擴展創(chuàng)新思維能力。通過學習問題發(fā)現(xiàn)與解決的全過程，引導學生樹立科學的世界觀，激發(fā)學生的求知熱情、探索精神、創(chuàng)新欲望，以及敢于向舊觀念挑戰(zhàn)的精神，推進高等教育的改革和高校素質(zhì)教育的實施，培養(yǎng)適應新時代發(fā)展的高素質(zhì)創(chuàng)新人才。

課程改革中，以思政融合教學，構(gòu)建了“一三九”課程思政育人模式，總體設計與融入方式如圖1所示，將課程思政理念貫穿課程全過程，以“水乳交融、潤物無聲”的方式融入所有教學環(huán)節(jié)。強化案例式、研討式、探究式和活動式等多元教學法，將理想信念、家國情懷、職業(yè)素養(yǎng)、民族自信、工匠精神，以及“愛國、創(chuàng)新、包容、厚德”的北京精神等元素，融入到所授課程的教學之中。

1" 收集與整理思政素材，融入教學各個環(huán)節(jié)

課程思政教學實施方法與安排如圖2所示。課程從“立德樹人”一個基本點出發(fā)，設計“價值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授”三位一體的課程教學大綱，圍繞“家國情懷、責任擔當、科技前沿”三類思政板塊，結(jié)合課程內(nèi)容，深入挖掘九項思政元素。結(jié)合課程內(nèi)容，遵循教學大綱要求，圍繞課程教學中某一章節(jié)、教學環(huán)節(jié)或知識點展開，明確課程思政教學目標，將之以潤物無聲的方式融入教學過程。應用挖掘的思政元素組織教學內(nèi)容，在課堂講授時循序漸進融入思政元素，激發(fā)學生認知、情感和行為的認同，實現(xiàn)知識傳授和價值引領相統(tǒng)一、教書與育人相統(tǒng)一。

2" 探索多樣化教學模式，引導學生學思踐悟

教師探索多樣化教學模式，將思政元素有機融入課程教學過程，提出一系列精心設計的問題，引發(fā)學生的思考和討論，在探索過程中歸納總結(jié)，引導學生學思踐悟。學生查閱科技前沿發(fā)展，深入理解和領會國家偉大戰(zhàn)略構(gòu)想，激發(fā)學生主動反思，國家的戰(zhàn)略構(gòu)想對材料制造的影響是什么，我國的許多高精尖材料制備技術(shù)如何能夠做到從跟蹤為主轉(zhuǎn)入和并跑、領跑并存。以設問驅(qū)動為引，啟發(fā)學生思考，以觀察比較的教學方法循循善誘，將知識傳授和價值引領相結(jié)合，有利于引導學生堅定自信，培養(yǎng)崇高的精神人格，實現(xiàn)立德樹人、潤物無聲。鼓勵學生設計案例是積極參與大學生金相大賽、電子封裝大賽、復合材料設計大賽等學科競賽活動，引發(fā)學生對工匠精神的思考，增強學生對專業(yè)的進一步認識。將最新科研成果融入到課堂授課中，引發(fā)學生對科研精神的思考，增強學生對專業(yè)的進一步認識，提高學生的愛國熱情和致力于國家建設的信念，潛移默化、潤物細無聲地讓學生愛上科研。

（二）" 建立引導式、開放式翻轉(zhuǎn)課堂

利用大學慕課、智慧樹、微信群和騰訊會議等平臺，開創(chuàng)了線上線下教學相結(jié)合的個性化、智能化、泛在化教學新模式，將網(wǎng)絡的遠程教學和翻轉(zhuǎn)課堂的引導式、開放式教學相結(jié)合。建設了網(wǎng)上習題庫、試題庫、經(jīng)典工程案例庫，歷屆優(yōu)秀學生工程分析案例等數(shù)據(jù)庫，豐富學生的自學資源。

1" 開放學習資源改變教學模式

開展小班教學，課上完全自由式交流。依托日新學堂，搭建師生的交流平臺。以日新學堂和學習通為主要教學平臺，包括上課簽到、日常通知、相關(guān)課件、參考文獻、分組情況和積極參與討論等；以微信群為輔，包括日常通知，分小組群內(nèi)視頻研討等。為了輔助課堂教學，錄制在線課程，教師根據(jù)每個教學模塊或單元的教學目標確定在線教學資源與內(nèi)容，學生可以通過課前學習慕課或微課視頻，掌握知識點，發(fā)揮學生的主觀能動性。選取與材料設計相關(guān)的題目建設習題和試題庫。從課程結(jié)束的匯報答辯和學生的評教中可以看到，學生對該訓練所起到的效果給予了很高的肯定，認為該門課程鍛煉了學生的創(chuàng)新思維能力和實踐能力，增強了動手能力，培養(yǎng)了團隊協(xié)作意識和責任心，體會、理解并培養(yǎng)了工程師思維；學校/學院的督導專家對本門課程的組織方式和訓練內(nèi)容等也進行了充分的肯定。

2" 將科研成果融入到課堂授課

積極探索和實踐研究型教學方式，將科研成果融入到課堂授課中，采用實際問題作為真實案例，在系統(tǒng)闡述原理基礎知識的同時，切實提高大學生創(chuàng)新思維能力。鼓勵任課教師自行命題、與其他專業(yè)創(chuàng)新方法的授課教師進行交流，結(jié)合材料學院的科研課題，向材料學院不同學科方向的一線科研教師征求工程案例，建設材料創(chuàng)新設計方法的工程案例庫。共形成76項材料創(chuàng)新設計方法案例和89項材料創(chuàng)新設計實踐案例。創(chuàng)新方法與材料科學與工程的背景相結(jié)合制作專業(yè)案例，針對40個發(fā)明原理和76個標準解形成具有材料科學與工程特色的創(chuàng)新案例，代表案例如圖3所示。注重學生的課堂討論，課程采用大班授課、小班輔導、學生案例實踐三種方式結(jié)合的授課方法。在講授知識、提高學生能力的同時，促進與學生之間的情感交流。

（三）" 建立工程問題發(fā)明原理雙驅(qū)動的實踐教學體系

面對高新技術(shù)發(fā)展對材料創(chuàng)新的高要求，實踐教學培養(yǎng)模式也需要不斷發(fā)展，緊跟材料學科前沿和工程一線，將復雜工程問題引入實踐課程是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力以及提高教師創(chuàng)新意識的重要前提。材料創(chuàng)新設計方法課程中的案例實踐環(huán)節(jié)以學科前沿、工程實踐問題為導向設計課程內(nèi)容，將專業(yè)的工程原理融入問題分析與解決方案設計中，建立基于實際工程問題驅(qū)動的“分析問題-解決問題-提出方案-實現(xiàn)方案”的創(chuàng)新方法項目，激活多模式教學方式，使學生不僅要具有較強的動腦和動手能力，還具備設計、評價、驗證等綜合創(chuàng)新能力，同時促進教師的創(chuàng)新成果在材料教學接地落地。

1" 科教融合，實踐驅(qū)動，開放學習資源

引入TRIZ理論和觀念，結(jié)合學科前沿和一線工程問題等實際科研項目讓學生掌握這種發(fā)明創(chuàng)造的工具，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維方法，鼓勵學生發(fā)散思考，獨立研究，多渠道達到解決問題。以學科前沿和一線工程問題等實際科研項目為驅(qū)動，結(jié)合教師科研背景，設立真實科研項目轉(zhuǎn)化實踐教學項目模式，提高學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。構(gòu)建材料、資源、環(huán)境、數(shù)字技術(shù)深度融合的理論實踐教學新體系，系統(tǒng)支撐數(shù)字化綠色化的材料生命周期工程理論運用和解決復雜工程能力培養(yǎng)。開放學習資源改變教學模式促使學生積極參與科研活動，培養(yǎng)團隊協(xié)作和組織能力，增強師生及學生之間的互動，提高學生解決問題的創(chuàng)新能力。

2" 建立多層次、可量化的評價辦法

改變原有的跟蹤和模仿為主的實驗教學手段，探索與教學方案相適應的多樣化教學方式、教學方案、評價模式和考核方式，激發(fā)學生的學習興趣。轉(zhuǎn)變學習評價從“標準答案進行客觀評價”到“個性化創(chuàng)新思維評價”，注重過程評價以及創(chuàng)新性評價，建立以學生為本的多層次、可量化、綜合性學生創(chuàng)新能力評價辦法。課程評價內(nèi)容包含課堂討論、作業(yè)、期末考試和創(chuàng)新設計方法在材料科學與工程領域中的實際應用案例分析。案例分析主要考核學生參加小組案例分析的情況，包括組織、分工和合作等，考察學生資料的收集、分析、總結(jié)的能力，團隊協(xié)作和溝通能力，也考核報告和文本格式的訓練。評價方式的轉(zhuǎn)變?nèi)婵己藢W生運用所學方法設計解決材料制備和實用過程中實際問題的能力，淡化考查一般知識、結(jié)論記憶，評價內(nèi)容更加細化，成績來自多方面的綜合評價，既包括教師和專家的評價，也有來自學生之間的評價，避免了評價的片面性，通過考評方法的變革可以體現(xiàn)出對學生的創(chuàng)新能力關(guān)注，可以促進和激發(fā)創(chuàng)新型學生的表現(xiàn)。

二" 教改的成效

課程以“立德樹人”為基本點，深入挖掘思政元素，凝練成不同的課程思政教學案例融入教學，構(gòu)建“一三九”育人模式，激發(fā)學生認知、情感和行為的認同。課程從課程目標、課程內(nèi)容、教學模式、考核評價方式等方面構(gòu)建起“專業(yè)課程-前沿講座-實踐活動”三位一體育人體系，達到思政教育與專業(yè)知識相得益彰，育人成效與課程質(zhì)量雙向提升的效果。加強同行院校之間的溝通與交流，同心合力鑄魂，凝聚育人共識，切實將課程思政建設推向縱深，發(fā)揮示范引領作用。

課上完全自由式交流，翻轉(zhuǎn)課堂進行理論課教學。學生對該訓練所起到的效果給予了很高的認可，學校/學院的督導專家對本門課程的組織方式和訓練內(nèi)容等也進行了充分的肯定。獲得理論教學+小組案例分析及與材料創(chuàng)新設計實驗相結(jié)合的成熟教學方法，形成以學生自主學習、體會和運用創(chuàng)新方法為主的教學方法，并進行推廣。

目前已經(jīng)完成連續(xù)7年的授課任務，持續(xù)培養(yǎng)學生400余人。建立和完善材料創(chuàng)新設計創(chuàng)新性課程教學平臺，滿足材料創(chuàng)新設計課程建設的需求，同時容納材料學院1個年級大約100名學生進行創(chuàng)新性課程教學、課程設計等實踐訓練。學生利用校內(nèi)該課程建立的教學實踐平臺，依托學部多個“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實訓基地”，申報專利，發(fā)表論文，參加北京工業(yè)大學 “鼎新杯”大賽，“全國大學生焊接創(chuàng)新大賽”、全國挑戰(zhàn)杯課程入選2022年北京高校優(yōu)質(zhì)本科課程，獲批學部2022年課程思政示范課程建設項目，榮獲校級優(yōu)秀課程思政案例、思政創(chuàng)新大賽等多項成果。

三" 結(jié)束語

新工科下要求學生不僅具有工程實踐能力，還要具有創(chuàng)新能力。材料創(chuàng)新設計方法是一門以創(chuàng)新思維訓練為基礎，培養(yǎng)材料專業(yè)學生創(chuàng)新素質(zhì)的必修課程。以國際上先進的創(chuàng)新方法TRIZ理論為基礎，結(jié)合材料科學與工程學科的特點，通過教學參考書和教師的科研工作選擇合適的教學案例，以“創(chuàng)新理論+材料設計案例”的方式進行任務型課程設計，使學生能較全面地掌握本專業(yè)最新研究動態(tài)及先進的研究方法，激發(fā)學生的求知熱情、探索精神和創(chuàng)新欲望。

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