自然科學專業課程思政元素案例教學資源包開發探索

金枚

摘 要：本文從科學品質、哲學視角、科研方法這三方面的思政元素，開發探索自然科學專業課思政元素案例教學資源包。資源包以典型案例的形式呈現，為自然科學專業課程融入思政元素的教學實踐起到舉例示范的作用。

關鍵詞：自然科學專業課;案例教學資源包;科學品質;哲學視角;科研方法

中圖分類號：G641? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2021）11-0071-05

習近平總書記2016年在全國高校思想政治工作會議的講話、教育部2017年《高校思想政治工作質量提升工程實施綱要》和教育部2020年《高等學校課程思政建設指導綱要》都一再強調把立德樹人作為高校思想政治工作的中心環節，高校各類課程要與思想政治理論課程同向同行，以形成協同效應。用好課堂教學這個主渠道，把高校各類課程中蘊含的思想政治教育元素融入課堂教學環節，以實現知識傳授與立德樹人的融合統一。本論文作為思政專項課題的研究成果之一，正是在這樣的政治背景下，專門討論高校的自然科學類課程如何在專業課教學中融入思想政治元素的。

我國現行的學科分類和學術體制把所有的學科習慣地分為自然科學（理工科）和人文社會科學（文科）兩大類。自然科學是研究自然界的物質形態、結構、性質和運動規律的科學，它包括數學、化學、物理學、天文學等基礎科學和醫學、農業科學、生物學、材料科學等實用科學。按照常見的學位授予的分類，包括學術性學位的理學、工學、農學、醫學和專業學位的工程碩士、農業推廣碩士等。本文討論的自然科學專業課指的就是我國普通高校這些理工科專業課程。

自然科學類課程從微觀視角探討某個專業或某門課程思政元素的融入及實現途徑等的文獻，例如夏瑩（2020）、汪猛（2020）、劉艷萍等（2020）、周焱（2020）、賈興飛（2020）、張俊麗（2020）、姜兆權（2020）、翟碩莉（2020）等探討了物理、生物、醫學、財務、化學等，大都是專業課教師思政教學的個人經驗體會，尚缺乏理論上的提升以及規律的總結。從宏觀戰略高度探討課程思政理論體系構建的忻平（2016）、高德毅和宗愛東（2017a/2017b）、虞麗娟（2017）等論文，探討課程思政推進的價值與意義的曹文澤（2016）、邱偉光（2017）、閔輝（2017）、陸道坤（2018）等論文，從理論高度及管理者的角度探討課程思政涉及到的關鍵問題與實現路徑的高燕（2017）、李國娟（2017）、何紅娟（2017）、劉淑慧（2017）、陳道武（2017）、吳月齊（2018）等論文，這些宏觀視角的研究常見視角雷同，少見創新。

本文試圖彌補學術界的這些研究弱點。本文引入“資源包”的思路來討論高校專業課教學如何融入思政元素。在學術屆五十余篇關于某一課程資源包的研究文獻中，資源包并沒有一個統一的概念界定，作者依據研究需要而自行界定課程資源包的內涵與外延，但能夠統一的共識是：資源包就是關于某一課程內容各種類型教學資源的集合體、備用庫。本文引入的是其中的一種資源包形式——“案例教學資源包”的思路，來討論自然科學專業課教學是如何融入思政元素的。

案例教學是由美國哈佛大學商學院首創并快速傳播到世界的，被認為代表未來教育方向的一種教育方法。教師于教學中扮演著設計者、引導者和激勵者的角色，教師在課堂教學提供一個為一定的教學目的編寫的，具有代表性、普遍性、典型性、啟示性、指導性的客觀真實的案例故事，針對案例提出的問題，啟發學生獨立自主地進行思考、爭論和探索，一般不提供絕對正確的答案，基于問題和探索問題是這種教學方法的核心特點。老師和學生、特別是學生和學生相互之間就自己和他人的方案發表見解，充分體現了學生主體性、過程互動性及學習的合作性。德國教育家克拉夫基說：“案例教學是這樣的教學：使學生能夠依靠特殊來掌握一般，并借助這種一般獨立地進行學習。”案例教學符合教育家施騰策爾的范例教學理論所言的從“個”的范例到“類”的范例的認知遷移規律，是從具體到抽象的思維發展過程。本論文將從自然科學專業中找出幾個課程思政的教學案例，通過典型示范而起到舉一反三，觸類旁通的作用。

自然科學的任務在于通過對自然界發生的現象和過程的把握，揭示自然科學的規律性，從而預見新的現象和過程，為社會實踐合理而有目的地利用自然界規律提供可能。自然科學專業課的首要思政元素就是追求真理、報效祖國、自信創新、專注耐心、鍥而不舍、愛崗敬業、職業倫理等科學家品質，還有為探索科學客觀規律所需要的辯證唯物主義及自然辯證法等哲學方法論視角，以及客觀、理性、公正、嚴謹的科學研究所需要實驗、系統、數學等研究方法。本文將從科學品質、哲學視角、科研方法這三方面思政元素，以例舉典型案例的方式，開發探索自然科學專業課思政元素案例教學資源包。

1 自然科學專業課融入科學品質思政元素的案例教學資源包探索

高校的課程思政充分發揮課堂育人主渠道作用，一般來說，人文社科類專業課程比較容易獲得豐富的人文精神思政元素資源，而以闡釋科學原理、傳授工程技術等科學知識為主體內容的自然科學類專業課程，該如何挖掘其中的科學精神的思政元素？本文打算以翟碩莉（2020）《食品化學課程中融入“課程思政”元素初探》為教學案例，探索食品化學課程這一食品類專業基礎課融入科學品質思政元素之課堂教學設計。

1.1 培養民族自豪的文化自信

翟碩莉（2020）介紹紅糖制造工藝時，首先特別強調這項工藝已被評為“非物質文化遺產”。教師課前讓學生查找在《千金要方》《食療本草》中的文獻相關記載，課堂教學引導學生討論海南遵譚鎮、浙江義烏、貴州各自不同的紅糖制作工藝特色，使學生弄清紅糖工藝的歷史傳承。

在“蛋白質的組織化”內容的課堂講解時，教師引導學生列舉哪些食品是利用了豆子里蛋白質的組織化性質，然后很自然地引出腐竹的中國創造。

必須特別強調這些傳統食品是中華民族對人類的貢獻，怎能不自豪自信呢？

1.2 培養專業報國的愛國情懷

翟碩莉（2020）在講解“脂肪的氧化”內容時，及時插入專業故事——抗美援朝時期，志愿軍干糧儲藏變質出現哈喇味，該怎么辦？教師要引導學生在課堂中討論應對措施。之后告訴學生王應睞教授那時研究出利用粗黃豆油里的天然抗氧化劑來抑制脂肪的自動氧化等應對辦法。

解放初期上海解放軍普遍舌頭糜爛，是什么原因呢？教師插入故事的同時向學生提出專業問題。當時王應睞與候祥川兩位教授及時指出這是維生素B2缺乏造成的。

這些由某教學點誘發而增添拓展的專業故事，不僅培養了學生專業報國的愛國情懷，而且強化了專業知識與生活實際相聯系的專業品質。

1.3 培養食品安全的社會責任感

翟碩莉（2020）指出食品化學專業課教學必須樹立食品安全的社會責任感。課堂教學教師可適時插入社會熱點問題，例如個別商家為減少脂肪含量在豬飼料中添加瘦肉精以提高瘦肉率，個別商家為增加蛋白質檢出率在原料奶中加三聚氰胺，反復使用的街邊油炸類食品用油含有致癌物……教師引導學生討論這些不良做法會引起怎樣的社會后果。警示學生作為未來的食品從業者，應樹立“做食品，做的是誠心和良心”的道德理念，絕不可違反法律法規，以此培養食品安全的社會責任感。

1.4 培養勇于創新的科研精神

講解“酶促氧化”時，教師可首先介紹學術界傳統觀點，引導學生討論對錯。之后再說明王澤農教授通過嚴謹的研究否定了這一學術界傳統觀點，認為紅茶制作不過是茶葉中茶多酚的氧化過程而已。從而引導學生實事求是、敢于質疑、追求真理、勇于創新的科學品質。

1.5 培養專注頑強的工匠精神

講解“色素”時，教師可先讓學生討論色素對健康造成的不良影響。之后引入正面的典型——“面點大王”王志強，他歷時12年把面點的形狀、顏色、口感做得和水果一樣。最后強調：把一件工藝做到極致正是我們國家當前倡導的工匠精神：專注、頑強、精益求精。

1.6 培養愛崗敬業的就業觀念

翟碩莉（2020）講解“緒論”中食品各組分發生的變化影響食品品質時，介紹北大畢業后賣肉為生的陸步軒，他不僅賣豬肉分量足斤足兩，還有一手辨別豬肉好壞的絕活。教師和學生討論陸步軒的擇業觀，引導學生無論做哪一行，都力圖把這行做到最好，干一行愛一行，培養愛崗敬業的就業觀念。

科學探索的道路經常是曲折艱辛的，沒有堅韌頑強的科學品質是難以攻克科學難關的，所以自然科學專業課的首要思政元素就是追求真理、報效祖國、自信創新、專注耐心、鍥而不舍、愛崗敬業、職業倫理等這些科學家品質。翟碩莉《食品化學課程中融入“課程思政”元素初探》這一教學案例可作為示范參考，探索適合自然科學各個專業課程融入科學品質思政元素的各自案例教學資源包。

2 自然科學專業課融入哲學視角思政元素的案例教學資源包探索

恩格斯在《自然辯證法》導言中指出，自然科學與哲學從來都處于相互影響的密切關系中。自然辯證法是關于自然界及其發展規律的科學觀，也是認識并改造自然的方法論，從馬克思主義之辯證唯物主義世界觀與方法論角度研究自然界的普遍規律，是馬克思主義哲學的重要組成部分。自然科學專業課就涉及到許多重要的哲學問題。本文以陳雄一（1989）《在淺談“熱學”中幾個問題的對立統一關系》作為教學案例，探索自然辯證法的哲學視角在自然科學專業課教學中的應用。

2.1 必然性和偶然性的對立統一

陳雄一（1989）講解理想的氣體壓強是大量個體氣體分子對器壁無規則碰撞的結果，引導學生思考這體現怎樣的自然辯證法？教師需強調一方面沒有組成大星分子的個別分子對器壁無規則碰撞，就不會產生氣體壓強;另一方面這個別分子對器壁的碰撞也要受氣體壓強規律的支配。引導學生聯想到這是哲學的對立統一的必然性和偶然性關系造成的。在統計規律中，大量事件整體的必然性在事物發展過程中雖然居支配地位并起決定作用，但是離不開個體事件的偶然性，大量事件的必然性是通過大量偶然性表現出來的，沒有脫離必然性的偶然性。引導學生認清統計規律的必然性和偶然性是相互聯系的、相互依賴而對立統一的。

教師仍需進一步引導：必然性和偶然性的對立統一還表現在它們能夠在一定條件下相互轉化。例如氣體系統中的單個氣體分子的運動是遵循力學規律的，其各自的力學運動不盡相同，具有偶然性;但當系統中分子出現大數量時，其運動規律并不是眾多力學規律的累加，而是從量變到質變的飛躍，在質上全新運動規律——統計規律的出現。相反，系統中分子數減少到極少時，統計規律退化，一個個的分子運動遵循力學規律。

2.2 “冷”與“熱”的對立統一

陳雄一（1989）講解熱傳導過程，強調物體之間溫度不均勻是產生熱傳導的宏觀條件，消除這種不均勻的微觀機制卻是無序的分子熱運動和分子間碰撞，而溫度不均勻的分子會按一定的梯度有序排列。“有序”和“無序”的斗爭結果是溫度由不均勻向均勻過渡，最終趨于一致。教師講完熱傳導原理，需引導學生討論這其中體現怎樣的自然辯證法？

冷熱不同的兩個物體，接觸前各自處在各自的平衡態。但接觸后，對立的“冷”與“熱”相互吸引，平衡打破，熱物體吸收是冷物體的“冷”，變得越來越冷，而冷物體吸收熱物體的“熱”，變得越來越熱，直至兩物體達成新的同一平衡態。引導學生理論提升：熱傳導過程是“冷”與“熱”的對立統一。

2.3 “量”和“質”的對立統一

陳雄一（1989）講解熱力學第一定律和熱力學第二定律之后，進一步進行理論提升，引導學生討論這其中體現的自然辯證法。

教師需強調一切自發過程中，“能”都具有熱力學第一定律規定的“量”的守恒和熱力學第二定律規定的“質”的衰減兩重性，說明這兩個定律分別是自然界中的一個獨立定律。但這兩個定律統一于“能”上：第一定律是關于“能”的“量”關系問題，第二定律則關于“能”的“質”的變化問題。引導學生得出結論：這兩個定律是能的“量”和“質”的對立統一。

哲學探索的是具體事物背后的抽象本質，哲學是真理大臣的皇帝，愛因斯坦認為：如果把哲學理解為在最普遍與最廣泛的形式中對知識的追求，哲學顯然可被認為是全部科學之母。自然科學和自然辯證法的發展是相互促進的。陳雄一《在淺談“熱學”中幾個問題的對立統一關系》善于用引導的教學方法探索馬克思主義的自然辯證法在專業課教學中具體應用，教師都應善于探索馬克思主義哲學視角在自然科學專業課教學上的理論提升，開發探索自然科學各個專業課程各自獨特融入哲學視角思政元素的案例教學資源包。

3 自然科學專業課融入科研方法思政元素的案例教學資源包探索

自然科學的任務在于揭示自然界發生的現象和過程的實質，進而把握這些現象和過程的規律性。自然科學研究一般都要經歷從具體到抽象的認知過程，自然科學的科研方法既有科學實驗、田野調查這些具體的研究方法，也有數學思維、系統論的宏觀視角等抽象研究方法。本文以科學實驗法作為具象研究方法的代表，以系統論方法作為抽象研究方法的代表，各舉一教學示范案例，開發探索自然科學專業課融入科研方法思政元素的案例教學資源包。

3.1 自然科學專業課融入科學實驗法的案例教學資源包探索

自然科學是研究自然界的物質形態、結構、性質和運動規律的科學，是人類改造自然的實踐經驗之總結。實踐是理論的源泉，也是檢驗理論正確與否的惟一標準。科學實驗是自然科學理論的源泉和檢驗標準。現代自然科學研究中的新發現、新發明、新理論都必須以實驗結果為依據，否則不能被接受，即便已發表的學術論文都可能被質疑或者撤稿，因此科學實驗是自然科學極為重要的科研活動和研究方法。本文打算以宗國慶（2017）《化學史教學資源包開發模型的構建——以“化學能與電能”為例》作為案例，討論科學實驗法在自然科學專業課教學中的基礎性與關鍵性作用。

宗國慶（2017）對學生講解的化學史教學資源包是指滿足化學史課堂教學需要的具體化、系統化的化學史資源的集合，資源類型主要有化學史素材、教學設計、課件與思考題等。開發“化學能與電能”化學史教學資源包，首先引導學生選擇主題資源包——圍繞特定問題而有目的地開發的化學史資源包。其后引導學生素材的收集：根據教學目標和課程標準，多渠道收集能夠引起學生認知沖突和共鳴的化學史素材。然后帶領學生進行素材甄選，因為記錄化學史的文獻浩如煙海且各有側重。

接著，選擇教學設計理論，并依此教學設計。學情分析后，根據《普通高中化學課程標準》（實驗）設計教學目標：知識與技能目標——明白原電池的工作原理;過程與方法目標——通過原電池的實驗探究過程，發展實驗探究能力，體會科學家探究的艱辛歷程;情感態度及價值觀目標——培養大膽質疑、嚴謹求實、探索創新的科學品質。依據教學目標后確定教學重點、難點，并制作課件，設計習題。最后采取師生討論的形式，進行教學評價、反思和改進。

科學探究是課程標準要求的一個重要內容，學生只有科學實驗，親身參與整個探究實驗過程，才能明白實驗結果的科學性。科學實驗是自然科學基礎研究方法之一，自然科學專業課教師可效仿宗國慶《化學史教學資源包開發模型的構建——以“化學能與電能”為例》的做法，開發探索自然科學各個專業課程各自融入科學實驗法的案例教學資源包。

3.2 自然科學專業課融入系統論方法的案例教學資源包探索

20世紀40年代理論生物學家路？貝塔朗菲創立的系統論，被認為是20世紀科學發展史上徹底改變了世界科學圖景和當代科學家思維方式的偉大創舉，很大原因是系統論后來廣泛應用于社會科學和自然科學的研究。本文以楊杰（2011）《運用系統論研究石油地震地質學》作為教學示范案例，探索系統論這種科學探究思維視角與方法在自然科學專業課教學中的應用。

3.2.1 系統論的整體性思維之應用

楊杰（2011）認為應對學生強調石油地震地質學的綜合性構成特征決定了其有機整體性，引導學生系統地規劃整體學科與分支學科及其他學科的核心研究內容，要處理好三個學科層次的關系：整體學科（石油地震地質學）與其下屬各分支學科（地震儲層學與地震沉積學等），以及與其他學科（如層序地層學）的關系。避免這些學科在核心研究內容發生機械重復，以確保各類學科研究內容目標明確，重點突出。對學生強調在研究方法手段上，凡系統問題都用系統方法來解決。既然石油地震地質學是一門涉及構造地質學、石油地質學、沉積學、勘探地震與開發地震學、計算機圖形圖像學等的綜合性交叉學科，決定了對其研究是綜合系統性。引導學生認識到只有將地震勘探與石油地質二者有機結合，多學科協同作戰，多種技術方法互相配合，才能解決具體科學應用問題。

系統論的核心思想是系統的整體性。世界上的事物和過程都是有機的整體，既自成系統又互成系統，系統是一種普遍存在。系統內部諸要素之間存在內在的有機聯系，同時系統是更高一級系統的組成部分，與外部環境也存在有機聯系。錢學森先生創新了系統論思想，把系統定義為：由相互聯系、相互作用的若干要素以一定結構形式聯結構成的具有某種功能的有機整體。即系統與要素、要素與要素、系統與環境之間因相互聯系而相互影響、相互作用，形成一個有機整體。系統的性質和規律只有從整體上才能顯示出來，整體功能不是各部分功能的簡單相加，正如亞里斯多德所言"整體大于部分之和"。引導學生在認識、處理系統對象時，應把研究對象放在系統中加以分析處理，從整體著眼綜合系統地考察，從而達到最佳效果。

3.2.2 系統論的層次性思維之應用

楊杰（2011）對學生強調石油地震地質學這門系統綜合學科，只有正確劃分其層次結構，才能正確把握各層次研究的目的和尺度，才能抓準各層次研究的核心內容，才能在進行研究任務安排時擺脫與本層次研究關系不太緊密、甚至可忽略不計的因素的影響。引導學生進一步認清這些層次的區分對專業人才的合理使用及學科建設部署均有益處。

系統是有序的、分層次的聯系著構成這種整體性的，這種結構形態體現了系統的層次性特征。世界是關系的集合體。引導學生在整體全局的視野下，對局部逐一分層有序進行分析，最后歸納得出規律性認識。

3.2.3 系統論的動態性思維之應用

楊杰（2011）對學生強調石油地震地質學應遵從袁秉衡教授所言：如果各分支學科或部分研究得出色而從總體上卻不好，這種做法并不可取。但如果分支學科效果不好而整體系統效果好，這樣做法依舊可取。引導學生明白這就是系統論思維的動態最佳化，也只有用系統論動態性思維視角研究石油地震地質學，才能實現整個學科的協調恒動發展。

世界還是過程的集合體。系統始終處于動態變化發展之中，一刻不停地尋求相對穩定的動態平衡，這體現出系統的動態性原則。教師應引導學生在動態中協調系統整體與部分的關系，使部分的功能目標服從于總體的功能目標，最終在總體目標上體現最佳效果，使系統達到最優化。

系統論為人們認識世界與改造世界提供了新視角、新方法，自然科學一般都要在整體關系中才能準確考查個體的變化發展規律，自然科學專業課教師可以參照楊杰《運用系統論研究石油地震地質學》這一示范案例，開發探索自然科學各個專業課程各自融入系統論研究方法的案例教學資源包。

4 結論

本文從科學品質、哲學視角、科研方法這三方面的思政元素，開發探索自然科學專業課程有機融入思政元素的案例教學資源包。資源包以典型案例的形式呈現，為自然科學專業課程融入思政元素的教學實踐起到舉例示范的作用。

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