課程思政與金屬凝固理論教學結合的探討

黃永江，孫劍飛，寧志良，王 亮，王東君，李 雋，劉 鋼

（哈爾濱工業大學材料科學與工程學院，哈爾濱 150001）

課程思政建設是新時期中國高校思政教育的一大重要方向，該工作將課程教學納入到高校思政育人的總體視域之中，從而能極大促進專業課教育工作與學校德育教育工作的相互促進、相互融合。習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調，“高校思想政治工作關系高校培養什么樣的人、如何培養人以及為誰培養人這個根本問題。要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人，努力開創我國高等教育事業發展新局面”[1]。因此，如何才能實現思政課程和專業課程的同向同行，做好專業課程思政建設具有極大的迫切性[2]。然而，如何處理好本科及研究生的專業課程教學與思政教育之間的相互關聯性，從而有效促進課程思政建設、提升專業課程教學效果，也已成為專業課程主講教師亟待解決的一個問題。

金屬凝固理論課程是高等院校材料科學與工程類一門十分重要的研究生基礎理論課。該課程全面介紹了金屬材料凝固過程中所涉及的傳熱與傳質現象、凝固熱力學及動力學、固-液界面理論、單相及多相合金凝固、凝固過程中的流動現象及快速凝固新型金屬材料等內容，將幫助研究生建立起一個系統的從熔體—凝固過程—固相組織之間有機聯系的凝固組織演變體系，并將加深凝固過程中出現的各種基本物理現象的理解，同時，也為凝固理論在高性能金屬材料的鑄造成形制備過程中的應用奠定堅實的基礎。金屬凝固理論在凝固學科知識體系中具有承前啟后的核心地位，掌握了金屬凝固理論課程的核心內容，對凝固方向碩士研究生一系列后續專業課程的學習及畢業課題的順利開展皆有重要作用，亦可促進學生完整凝固知識框架的搭建、分析并解決問題的能力提升和綜合素養的提高，如圖1 所示。因此，我國各高等院校，材料加工工程類和近機械類專業都開設了金屬凝固理論這門研究生課程[3]。

圖1 金屬凝固理論課程的地位

對于金屬凝固理論課程，在實際的課程思政建設中，我們主要圍繞下面幾個問題展開，具體是：如何在這一傳統的材料加工工程專業的碩士生課程教學中融入課程思政，增強學生服務國家戰略和產業發展需求的參與意識，增強使命擔當；如何改變當前學生被動式學習現狀，有利推動學生主動學習意識的養成，提高學習效果；如何在金屬凝固理論課程教學過程中，引入本學科前沿研究成果，融專業知識傳授、綜合能力培養及素質教育于一體，在專業“所學”之上有“所獲”，既能“有所學”更能“用所學”，從而促進學生形成創造性思維并具備自主分析與解決問題的能力，實現“科教融合”。通過不斷改進課程思政的教育模式和方法，解決了上述問題，可有效提升教學效果，增強學生的使命感與榮譽感，從而切實落實立德樹人根本任務。

基于此，我們在金屬凝固理論課程授課過程中切實有效開展了如下課程思政建設。

一 落實立德樹人根本任務：積極引導學生投身于國家戰略的實施、參與產業發展，著力培育和弘揚“執著專注、精益求精、一絲不茍、追求卓越”的工匠精神，從而為金屬凝固理論課程教學樹魂

授課教師秉承“規格嚴格，功夫到家”的哈爾濱工業大學（以下簡稱“哈工大”）校訓精神，在金屬凝固理論課程授課環節及師生互動過程中，將講述哈工大在凝固領域的光輝歷史與現在的地位，講述哈工大“八百壯士”，例如李慶春、安閣英等老先生在凝固領域的卓越歷史地位，講述哈工大對于中國凝固理論及鑄造發展的特殊貢獻（建立了第一個鑄造教研室和鑄造專業，并為全國各大高校的鑄造專業培養骨干教師或領導）[4-5]，如圖2 所示。一百載春華秋實，桃李飄香，金屬凝固理論課程還講述近年來哈工大在金屬凝固領域涌現的杰出學者，例如陳玉勇、郭景杰、孫劍飛、魏尊杰、蘇彥慶、陳瑞潤等，也講述他們在先進材料特種凝固加工、反重力鑄造及復合材料成形、鈦及鈦鋁合金新材料及其精密熱成形、輕合金鑄造技術及亞穩新材料等方面所取得的豐碩研究成果，從而提高學生的專業自豪感與使命感，增強使命擔當，引導他們主動把視線投向國家發展的航程，秉承“銘記責任、竭誠奉獻”的愛國精神，折射出銳意進取的時代精神，在艱苦創業的舞臺上播灑汗水，投身于國民經濟重點行業、扎根于基層沃土，在國家最需要的地方貢獻智慧和力量，成長為一名杰出的人才。同時，還結合國家在金屬凝固領域典型工程案例，讓學生切實領略金屬凝固產業發展對國民經濟支柱產業的強大支撐作用，著力培養學生服務于國家、服務于人民的使命感意識，使學生體會到探究知識的重要性，感受到投身于國民經濟重要行業和關鍵領域建設的知識探究與能力培養對于未來投身國家建設的迫切性，認識到“執著專注、精益求精、一絲不茍、追求卓越”的工匠精神對于個人發展和道德的引領作用，從而推動學生更好地實現自身價值、夯實內功，形成追求極致的工作態度[6]。

圖2 哈爾濱工業大學凝固方向的地位及貢獻

二 變教為導，讓學有形：讓學生由被動式學習轉變為主動式學習，以挑戰性學習任務來不斷激發深度學習，強調學生對所學知識的主動建構，促進學生形成自主學習意識

課程思政建設不僅僅是教師的事情，更是學生的事情。傳統教學模式依賴教師講授和教師控制，由教師主導教學進程，采用“一言堂”或“灌輸式”的教學模式，學生對于知識的接受常常處于被動狀態。上述模式易于使得教師的教學目標與學生的學習成效產生顯著偏差，也會極大地抑制學生學習的信心和積極性。針對于此，金屬凝固理論課程將努力貫徹“以學生為中心”的教學理念，針對該課程理論性強的主要特征，對教學方法和教學模式進行了探索與實踐，通過多媒體教學、課堂與演示實驗互動教學及翻轉課堂教學等多種形式（圖3），努力打造“變教師主導為學生主導，改被動式學習為研究性學習，以挑戰性內容實現深度學習”的新型教學模式，創設師生“課堂協作共同體”，教師由主導者變為引導者，在整個教學過程中以調動學生的學習積極性為主要目的。實現“知識獲取”向“參與學習”的根本轉變，以激發學生“參與式學習”的興趣為導向，持續改進和優化課程教學設計。激發學生學習興趣和愛好，廣泛采取互動式、體驗式的教學模式，并讓學生走向講臺按照課程教學大綱的重點知識準備PPT 的講解內容，完成關鍵知識點的講授，講解金屬凝固理論重要特點、快速凝固新型金屬材料的應用前景及相關熱點問題，結合快速凝固新型金屬材料的性能及結構特點，展望快速凝固新型金屬材料的未來發展趨勢，引導學生從學生時代就對自己的未來發展進行定位。學生將對相關知識點進行深入討論，教師主要根據學生講解知識點過程中存在的問題，尋找適合于學生理解該知識點的方法來幫助學生快速的解決問題，促進他們對于金屬凝固理論的理解。通過對教學方法和教學模式的探索與實踐，在課程學習過程中，學生需要通過充分的文獻調研、專業基礎知識的補充學習、多渠道師生互動交流等多種方式以保障系統專業知識的學習，這將充分提高學生對于學習活動的參與程度，并將促進學生主動式學習意識的養成，培養學生知識整合能力。

圖3 金屬凝固理論教學方法

三 在新工科背景下，針對目前金屬凝固理論的研究熱點，分析當前金屬凝固理論教學過程中存在的問題，進行教學內容的優化設計

隨著世界范圍產業革命的加速，以及中國制造2025、“互聯網+”等國家重大戰略計劃的相繼實施，對高校人才培養提出了更高要求，據此，教育部啟動了新工科建設[7-8]，這就需要堅持“OBE”（Outcome Based Education，成果導向教育）理念，基于產教融合模式實現學校與產業的有效連接，運用云平臺、人工智能和物聯網技術等促進教學內容的變革，提升教育內涵建設，有效推動專業課程教學的跨越式發展。在新工科背景下，本課程在講授凝固內涵、過程及工藝這些基礎知識的同時，針對當前金屬凝固理論的發展現狀，并結合國際發展前沿重新整合教學大綱和教學內容，尤其是結合授課教師團隊正在從事的科研工作及研究熱點，例如3D 打印、超常凝固等，不斷充實金屬凝固理論課程的知識點（圖4）。新的教學大綱及教學內容將著力于理論與實踐融合共進，始終體現出現代教育理念和時代要求，始終保持先進性，重視對學生基本概念和理論推導的實際應用，針對典型的工程項目案例進行教學內容調整，不斷提升學生提出問題、分析問題和解決實際問題的能力。在講解宏觀偏析產生的原因這一知識點時，以超大型鋼錠為研究對象，利用鑄造工藝仿真軟件ProCAST 模擬了其凝固過程中溫度場和應力場，直觀、定量地給出了該鋼錠在凝固過程中溶質元素再分配規律，對其宏觀偏析和負偏析沉積錐進行了預測，這不僅清晰明了講解了知識點，提升了學生的學習效果，而且極大地加強了學生獨立自主地解決工程實際問題的能力。金屬凝固理論課程不斷吸收本學科的最新科研成果，包括新型金屬材料3D 增材成形過程中的快速凝固、機器學習在金屬材料凝固理論研究中的應用、金屬材料凝固行為的原位研究和金屬材料在極端條件下的凝固行為等，同時，教師結合自身多年的科研工作，持續充實和改進教學內容，廣泛吸收先進的教學經驗，體現新工科背景下社會、政治、經濟和科技發展對人才培養的新要求，使教學內容盡可能接近國際學術前沿。

圖4 金屬凝固理論課堂教學內容拓展提高

通過課程思政建設，不斷創新教學方法，有效地增強了學生對于金屬凝固理論基礎知識的理解，同時增加了學生的課堂參與度，提高了課堂授課效果，并切實落實了立德樹人根本任務。金屬凝固理論課程連續四年學生評教為A 或A+，教師評教均為A，教學方法及教學內容深受學生和教師的好評。學生評教時指出：“授課效果很好”“講課很詳細，拓展之事也很豐富，通過學習，獲得了很多知識”“講課非常清楚”。專家評教亦指出：“教學內容充實，理論與實踐結合緊密。該教師備課充分，授課思路清晰，概念準確，注重啟發性教學，善于誘導學生積極思考，講解熟練，表達流暢生動，能吸引學生的聽課注意力。”需要指出的是，金屬凝固理論課程思政教育的實施方法和模式已經推廣輻射到凝固學科其他課程，如非晶合金、非平衡凝固理論等，并取得了很好的示范效果。

四 結束語

將課程思政融入金屬凝固理論課程的教學各個環節，不斷優化教學內容、改進教學方法，這將有助于增強學生對于金屬凝固理論基礎知識的理解，增加學生的課堂參與度，從而不斷提升教學質量，并將全面強化凝固學科研究生的人文素質和道德修養，同時提高學生的科學素養和科研能力，這也是在實際教學工作中努力踐行習總書記在全國高校思想政治工作會議上的講話精神。