《材料科學新進展》課程思政案例設計*

劉旭坡，吳呈珂，陳 野，劉 洋，高書燕

(河南師范大學材料科學與工程學院，河南 新鄉 453007)

2020年5月教育部印發的《高等學校課程思政建設指導綱要》指出：建設高水平人才培養體系，必須將思想政治工作體系貫通其中，必須抓好課程思政建設，解決好專業教育和思政教育“兩張皮”問題[1]。2020年9月教育部、國家發展改革委、財政部發布的《關于加快新時代研究生教育改革發展的意見》提出：完善思想政治教育體系，提升研究生思想政治教育水平[2]。上述政策文件指出了課程思政建設的重要性和迫切性，全面推進課程思政建設不僅能夠顯著提高課堂教學質量，而且在潛移默化中幫助學生塑造正確的世界觀、人生觀、價值觀，有助于全面提高研究生培養質量[3-4]。

當前，我國研究生課程思政建設取得了重大發展，但仍存在專業知識與思政元素“兩張皮”的問題，直接影響了課程思政教學質量[5]。我們教學團隊針對該問題進行了積極思考和探索，在《材料科學新進展》講授中全面開展了課程思政建設，結合材料科學與工程專業的鮮明工科特色，將材料科學發展中的先進人物、經典故事、最新前沿等融入到專業知識講授中，構建了豐富、貼合實際、實時更新的思政案例庫，實現了專業知識與思政元素的有機融合，推動了本課程的課程思政建設，取得了良好的教學效果。

1 課程體系構建

1.1 課程內容簡介

《材料科學新進展》是我校材料科學與工程專業學術學位、專業學位碩士研究生的必修課程，該課程在碩士一年級上學期開展，課程目標是開拓學生的學術視野，使學生對材料研究前沿領域具有初步理解。本課程緊扣國家高新技術發展戰略和河南省地方經濟建設對本專業人才的需求，在研究材料制備和設計的新理論、新方法的同時，注重學生家國情懷、德育培養，為社會主義現代化建設培養研究型、創新型人才。目前，依據材料學發展的最新成果，課程設有“合金材料”“納米世界”“光學材料”“燃料電池關鍵材料”“陶瓷基復合材料”“石墨烯”“3D打印和增材制造”“基于摩擦納米發電機的自驅動電化學系統”等前沿內容。通過本課程的學習，不僅可以塑造學生的愛國主義情懷，又能培養學生務實求真、解決群眾關切痛點問題的責任感和使命感，更能激勵學生在國家重大突發事件中勇擔社會責任，攻堅克難。將各種新材料、新工藝、新技術和新理論充分融入到教學中，挖掘所蘊含的家國情懷、辯證唯物主義思想、社會主義核心價值觀、大國工匠精神和創新創業精神，堅持立德樹人，堅持科學的教育發展觀與人才培養觀。

1.2 課程思政特色分析

課程思政把“立德樹人”作為教育的根本任務，將思想觀念、政治觀點、道德規范等思想政治教育潛移默化地融入到專業知識教學中，實現專業課與思想政治理論課同向同行[6]。本課程在課程思政建設方面的特色可以歸納為以下三點：(1)結合材料領域研究前沿，培養學生精益求精的大國工匠精神，激發學生的愛國主義與科技報國情懷；(2)引導學生關注與解決現實問題，反哺國家和社會；(3)通過材料科學研究的典型故事，培養研究生的創新熱情。上述特點賦予了《材料科學新進展》課程豐富的課程思政元素，所以在該課程教學過程中進行課程思政教學實踐案例設計，可以實現材料科學與工程專業研究生的知識傳授、價值塑造和能力培養的多元統一。

2 課程思政教學實踐案例設計

2.1 愛國主義與科技報國情懷

近幾年，美國對我國實施蠻橫、苛刻的貿易戰，封殺華為、中興、烽火和哈爾濱工程大學等企業高校，凸顯了自主解決“卡脖子”技術的重要性和迫切性。我國當前面臨的35項“卡脖子”技術中，有多項技術與材料科學緊密相關，比如芯片、光刻膠、燃料電池關鍵材料、鋰電池隔膜、高強度不銹鋼、高端電容電阻、ITO靶材等[7]。通過將“卡脖子”材料問題引入課程教學中，使學生了解我國材料科技發展現狀，使學生意識到“科學雖沒有國界，但科學家卻有自己的祖國”，激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當，勇攀科技高峰。許多材料科學領域前輩用親身經歷詮釋了科技報國的理想信念。

《材料科學新進展》課程涉及“合金材料”的教學內容，在講好合金材料的概念、特性和應用的基礎上，為了進一步激發學生的學習興趣，我們通過講述師昌緒先生的人生經歷來鼓舞學生。師先生是我國高溫合金研究先驅，在新中國成立初期，美國司法部嚴禁理工科中國留學生離美回國，師先生克服美國的種種阻撓，毅然回國為新中國的建設貢獻力量，為我國高溫合金發展做出了卓越貢獻[8]。他常說：“人生在世，要對人類有所貢獻。作為一個中國人，就要對中國做貢獻，這是人生的第一要義。”師先生的愛國主義與科技報國情懷值得我們材料人認真學習。我們采用課堂討論的方式，引導學生深入理解師先生的高尚品質，在學好專業知識、接受思政教育的同時，鍛煉學生的邏輯思維和語言表達能力。當講述“光學材料”內容時，我們向學生介紹我國光學晶體材料的研究先驅陳創天院士，陳院士課題組首次合成了氟代硼鈹酸鉀晶體(KBBF晶體)，奠定了我國現代高能激光的研究基礎。KBBF晶體的發明與應用是我國具有自主知識產權、國際領先水平的核心技術之一，特別是在光電子能譜儀上的應用。正是因為有陳創天院士的科技報國情懷，我國的激光晶體技術才能領先美國[9]。陳創天院士默默獻身于祖國、獻身于科研事業，是我們國家的驕傲，更是當代大學生的楷模。在教學過程中，我們采用“教師引導、學生主體”的方式，討論學習我國材料領域先驅的高尚品質，加深研究生對愛國主義與科技報國情懷的理解，并把這種精神轉化為刻苦學習、奮斗拼搏的動力。通過上述課程思政案例的應用，幫助學生樹立了遠大理想抱負，激發了自主學習熱情，學生能夠更加積極投入本課程的學習過程。

2.2 關注與解決現實問題

材料科學在生產生活中具有廣泛應用，材料進步是人類社會發展歷程的重要標志，從舊石器時代到信息時代，人類文明的進步離不開作為物質基礎的材料[10]。材料科學在航空航天、環境、能源、生物、醫療等領域都有應用，通過加強與高新材料企業的合作關系，引導學生思考企業生產中面臨的關鍵技術難題，有助于培養研究生攻堅克難的信念。

《材料科學新進展》課程涉及“燃料電池關鍵材料”的教學內容，我國的燃料電池技術研究晚于西方國家，作為我國燃料電池技術的奠基者和開拓者之一，衣寶廉院士經過近十年的不斷探索制造出我國首臺自主設計的堿性燃料電池。衣院士堅定不移始終投身于我國燃料電池事業，為發展航天堿性燃料電池系統、拓寬燃料電池技術應用領域、解決質子交換膜燃料電池技術等做出了卓越貢獻，并成立了我國第一家燃料電池產業化股份制企業—新源動力，研制了北京奧運會用燃料電池示范汽車，為我國燃料電池技術的發展做出了巨大貢獻[11]。在課程講授過程中，我們將燃料電池的基礎理論與名人典故、實際應用案例結合起來，增強課程內容的新穎性和趣味性，引導學生關注我國的燃料電池發展現狀及存在的科技瓶頸，幫助學生培養解決實際問題的勇氣和信念。在講述“陶瓷基復合材料”時，我們通過講述張立同先生的先進事跡來引導學生關注現實問題。張先生是我國國防科技工業領域的女院士，幾十年來從事航空航天高溫材料技術及其應用研究，她和她的團隊用8年時間完成了法國人20年的攻關歷程，使我們國家成為繼美國和法國之后具有SiC陶瓷基復合材料制備技術的國家，突破了發達國家對我國的核心技術和設備封鎖，解決了國家面臨的一系列重大關鍵技術[12]。張院士關注與解決我國面臨的關鍵技術難題，以勇于探索的精神在材料科學領域創造了令人矚目的業績，這些可貴的精神易于引起學生的共鳴，從而激發學生的學習興趣。在講述“鋰電池材料”時，我們講述“鋰電池之父”約翰·古迪納夫的經典事跡，古迪納夫是公認的現代電池化學領域的奠基人，榮獲2019年諾貝爾化學獎。1970年，鋰電池存在嚴重安全隱患，限制了它的應用發展。古迪納夫教授采用鈷酸鋰替換鋰金屬作為鋰電池的正極材料，極大改善了鋰電池的枝晶問題，促進了鋰電池的商業化應用。但鈷酸鋰存在層狀結構容易崩塌的問題，1997年古迪納夫又發明了磷酸鐵鋰正極材料，對低成本、穩定性要求高的電池發展具有重大推動作用[13]。古迪納夫教授關注現實技術問題，孜孜不倦，奮斗不已，提出了先進而巧妙的解決方案，對人類科學技術的發展具有重要意義。通過將這些思政案例融入到教學過程中，實現了理論與實踐的有效結合，顯著提升了研究生關注實際問題、解決實際問題的品質，對學生的綜合素質發展具有重要意義。

2.3 培養創新精神

以新材料為物質基礎，新技術、新產品與新工藝的重要突破促進了當代材料科學技術的飛速發展。作為引領時代發展前沿的材料科學與工程專業，應結合材料領域的經典創新案例，引導學生開展課堂討論，深入思考，提高學生創新意識，培養學生創新實踐精神。

《材料科學新進展》課程涉及“催化劑”的教學內容，在講述好催化劑的研究現狀的同時，我們向學生介紹催化領域的研究熱點“單原子催化劑”。2011年大連化物所張濤院士團隊首次獲得了單原子催化劑的實用化構筑，并與美國亞利桑那大學劉景月教授、清華大學李雋教授合作，在國際上創新性提出了“單原子催化”的研究概念[14]。該觀點一經提出就受到催化領域研究者的普遍認可與廣泛關注，現已成為催化領域的研究熱門，這個概念的提出與這幾位教授的潛心研究與創新精神是密不可分的。我們通過介紹張院士團隊制備的鉑單原子催化劑實例，引導學生思考“單原子催化”領域存在的優勢與不足，積極討論解決策略，培養學生的勇于創新精神。在講述“石墨烯”課程內容時，我們向學生介紹石墨烯的發現歷程，引導學生開展創新性思考。2004年英國曼徹斯特大學的安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫發現，可以采用一種簡單方法制備石墨薄片。首先從石墨塊中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二；重復上述操作，薄片就會變得越來越薄，最后得到由一層碳原子構成的薄片，即為石墨烯。石墨烯自發現以來，迅速成為材料科學領域的研究熱門，兩位科學家因為石墨烯的發現而獲得2010年諾貝爾物理學獎[15]。單層石墨烯新材料的意外獲得，與兩位科學家敏銳的觀察力、深入的潛心研究以及可貴的創新精神密不可分。在課堂教學中引導學生思考“哪些材料制備方法可以制備石墨烯”“石墨烯存在哪些特殊物理特性”等問題，促使學生開展創新性思考，并采用小組討論方式使學生交流思考結果，培養學生的創新精神。將材料領域的典型事跡融入課程教學中，實現潤物無聲、貼近實際的課程思政教學，培養研究生的創新精神，顯著提升了本課程教學效果。

3 結 語

研究生教育肩負著高層次人才培養的重要使命，是國家發展、社會進步的重要基石。課程思政的本質是立德樹人，將積極向上的思想觀念巧妙融入到《材料科學新進展》課程教學中，潛移默化幫助研究生樹立正確的價值觀與遠大的報國理想，培養研究生的自主學習、終身學習理念，激發學生攻堅克難的信念。國家杰出青年、天津理工大學丁軼教授評價該課程理論與國家實際需求相結合，明確了學生的研究方向，激發了學生勇于實踐、不斷探索、執著追求的精神。校2019級研究生楊天芳同學評價通過該課程學習了新材料在疫情期間如何發揮有效的保護作用，樹立了材料技術為國為民的思想理念，激發了科技報國的家國情懷和使命擔當，培養了研究生關注與解決現實問題的品質以及創新精神。教學團隊將緊追材料科學發展前沿，深入挖掘《材料科學新進展》課程中蘊含的思政元素，繼續豐富和完善本課程的思政案例庫，為其他同類課程的課程思政改革提供了新思路。教學團隊以高度的責任感和使命感做好研究生教育工作，為黨和國家事業發展培養合格的、德才兼備的高層次人才。