思政元素融入材料類研究生課程的探索與實踐

張夢雯，郭曉琴，關(guān) 莉

（鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 材料學(xué)院，河南 鄭州 450046）

加強研究生的思想道德建設(shè)是深入推進素質(zhì)教育、全面提升研究生能力素養(yǎng)的必行之路［1］。研究生課程在指導(dǎo)學(xué)生沿著正確的研究方向，掌握科學(xué)的研究方法，培養(yǎng)創(chuàng)新思維、科研實踐能力與綜合素質(zhì)方面的地位是非常重要的［2］。工科類研究生的專業(yè)課具有專業(yè)背景強、工程理念重的特點，如何發(fā)掘這類課所蘊含的思政元素，并將其恰如其分地融入專業(yè)知識學(xué)習(xí)中，使思想政治教育與專業(yè)知識相互交融，是每一門研究生專業(yè)課所要思考的問題。材料先進制備技術(shù)，是一門與實際工程密切相關(guān)的課程，將現(xiàn)實中工程事件、先進技術(shù)和人物案例等融入課堂中，可以豐富教學(xué)內(nèi)容，更可以在潛移默化中讓學(xué)生感受人類文明和文化傳承，感受科技發(fā)展和科學(xué)精神，培養(yǎng)勇于擔(dān)當(dāng)和無私奉獻的精神，落實立德樹人的根本任務(wù)［3］。

一、課程整體設(shè)計

材料先進制備技術(shù)以應(yīng)用和發(fā)展前景為導(dǎo)向，以合成與制備原理為理論基礎(chǔ)，介紹現(xiàn)代材料制備技術(shù)的原理、方法與技術(shù)。在了解材料先進制備技術(shù)研究范疇和材料先進制備技術(shù)發(fā)展方向的基礎(chǔ)上，重點針對單晶材料、薄膜材料、非晶態(tài)材料、納米粉體材料、特種陶瓷材料的制備方法進行系統(tǒng)全面的介紹和深入淺出的講解。同時介紹材料制備新技術(shù)，使學(xué)生能夠了解材料制備全過程的主要工藝環(huán)節(jié)的技術(shù)進展和發(fā)展趨勢。

在習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想指導(dǎo)下，挖掘和提煉材料先進制備技術(shù)課程中的思政元素，通過國家航空航天工程中的先進制備技術(shù)案例激發(fā)學(xué)生的愛國主義情懷和民族自豪感，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識；通過向先進制備技術(shù)發(fā)展案例中的人物學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)責(zé)任感和工匠精神；通過對航空航天工程事件的剖析和案例對比，深化學(xué)生的責(zé)任意識和風(fēng)險意識，強化學(xué)生的社會擔(dān)當(dāng)精神，牢固樹立安全第一的可持續(xù)發(fā)展思想，堅持人與自然和諧共生的理念。在教學(xué)過程中，圍繞鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院的辦學(xué)定位，突出航空特色，培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義情懷、創(chuàng)新意識、科學(xué)素養(yǎng)、人文精神以及工匠精神。

在教學(xué)方法設(shè)計上，仍然大力發(fā)揮將思政元素與知識點有機結(jié)合，通過教師課堂講授，直接有效地實現(xiàn)思政教育。同時，也充分激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，在作業(yè)、論文中要求學(xué)生體現(xiàn)對思政元素的思考，引導(dǎo)學(xué)生做到學(xué)有所思，思有所用，逐步達到知行合一的目標(biāo)。這樣，思政融入教學(xué)全過程，不僅強調(diào)“教”，更體現(xiàn)“學(xué)”。

二、思政元素融入教學(xué)內(nèi)容

本課程在介紹材料先進制備技術(shù)的同時，通過思政案例讓學(xué)生感受人類文明和文化傳承，感受科技發(fā)展和科學(xué)精神，提升學(xué)生綜合能力。在教學(xué)方式上，靈活運用啟發(fā)式、探究式、討論式、案例式、項目式、線上線下相結(jié)合等多樣化混合教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生主動參與，自主學(xué)習(xí)，獨立思考，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、解決復(fù)雜工程問題的綜合能力。具體思政元素在課程中的融合如下。

第一章《概述》課程思政點：燦爛的青銅文化。我國古代的青銅文明絢爛奪目，不僅以其奇特生動的造型、繁復(fù)華麗的紋飾體現(xiàn)出中華民族雄偉渾厚的氣魄，而且以其精湛的鑄造工藝、恰當(dāng)?shù)暮辖鹋浔日宫F(xiàn)了中華兒女非凡驚人的智慧，這些融合當(dāng)時文化、技藝于一身的精巧器物是我國古代文明高度發(fā)達的象征，是中華民族永遠的驕傲。通過對典型青銅器鑄造工藝的介紹和還原，使學(xué)生在掌握并運用材料制備專業(yè)知識的同時，體會我國傳統(tǒng)制造的高超技術(shù)、藝術(shù)魅力及文化內(nèi)涵，培養(yǎng)學(xué)生感受人類文明和文化傳承，體會科技的發(fā)展，領(lǐng)悟科學(xué)精神。

第二章《單晶材料的制備》課程思政點：第一顆硅單晶誕生記。在丁守謙28歲那年，半導(dǎo)體技術(shù)在美國的很多領(lǐng)域都開始應(yīng)用，并制出了世界上第一塊集成電路；而他帶著一群年輕的科研工作者，開始研制硅單晶。經(jīng)過堅持不懈的努力，在新中國成立10周年之際，他們終于制成我國第一顆硅單晶！丁守謙和他的小組并沒有停下腳步，開始了難度更高的硅單晶區(qū)熔、提純工作。1960年秋，在一次次的反復(fù)改良和試驗后，他們得到了一根純度達到99.99999%的硅單晶，這也是我國第一根區(qū)熔高純度的硅單晶，一舉突破技術(shù)封鎖，敲開了我國通往信息時代的大門。丁守謙見證著我國這60多年來半導(dǎo)體材料行業(yè)的飛速發(fā)展。通過我國第一顆硅單晶誕生的案例，鼓勵學(xué)生投身于國家重大需求，迎難而上，創(chuàng)新思維，運用所學(xué)知識，投身于祖國發(fā)展大業(yè)。

第三章《薄膜材料的制備》課程思政點：表面工程為材料“賦能”。鍍膜技術(shù)通俗來講是在不改變物體本身特性的基礎(chǔ)上，通過給材料“穿”上一件“外衣”，賦予其優(yōu)越性能。中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所汪愛英團隊開發(fā)了碳基復(fù)合涂層技術(shù)，給企業(yè)帶來了數(shù)億元的經(jīng)濟效益。近年來，汪愛英團隊讓更多的科研成果從“書架”走上“貨架”，如汽車發(fā)動機關(guān)鍵部件、縫紉機高速運轉(zhuǎn)部件、高精密模具、輕合金表面強化防護等，更好地服務(wù)于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。鼓勵學(xué)生積極參與各類產(chǎn)學(xué)研實踐活動，了解地方企業(yè)的生產(chǎn)痛點，學(xué)以致用，攻堅克難，為企業(yè)解決技術(shù)難題，為自己積累工作經(jīng)驗。

第四章《非晶材料的制備》課程思政點：大國之才——非晶合金。我國非晶態(tài)帶材的批量生產(chǎn)制備過程，從最開始的噴嘴、冷卻輥、冷卻速率等參數(shù)的調(diào)試，在國家“八五”階段艱苦技術(shù)攻關(guān)，實現(xiàn)了同步卷曲技術(shù)，直到“九五”階段實現(xiàn)了非晶帶材的批量生產(chǎn)，并且只需要3～4人就能實現(xiàn)全流水線的生產(chǎn)。讓大家充分了解非晶帶材制備過程中的關(guān)鍵技術(shù)，更能深刻感受到我國工程師不畏艱難、艱苦奮斗的職業(yè)精神和工匠精神。另外，非晶合金以其優(yōu)異的軟磁性能和高強硬度成為一種綠色高效和綠色節(jié)能的雙綠色節(jié)能材料，在電網(wǎng)系統(tǒng)上被廣泛應(yīng)用，助力國家實現(xiàn)“碳中和”。

第五章《納米粉體材料的制備》課程思政點：航天筑夢——“新材料之王”石墨烯。石墨烯以其獨特的二維平面蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能、力學(xué)性能、導(dǎo)電性能等特點。在航天熱防護和熱管理方面，石墨烯可以提高在各種氣或熱流動條件下熱穩(wěn)定性和機械完整性的極限，用于高超聲速飛行器前緣的熱保護系統(tǒng)、火箭噴管和固體發(fā)動機的內(nèi)部絕緣以及導(dǎo)彈發(fā)射設(shè)施結(jié)構(gòu)。通過講述先進材料的應(yīng)用，讓學(xué)生體會技術(shù)革新、產(chǎn)品升級對行業(yè)和國家發(fā)展所起到的推進作用，使學(xué)生不但學(xué)習(xí)專業(yè)知識，也了解行業(yè)進展，關(guān)心國家政策和戰(zhàn)略需求。

第六章《特種陶瓷材料的制備》課程思政點：嫦娥三號望遠鏡用碳化硅陶瓷。由上海硅酸鹽所研制的高致密碳化硅特種陶瓷材料，因其質(zhì)量輕、熱導(dǎo)率高、面型穩(wěn)定性好，可在-20 ℃至-40 ℃的溫度下穩(wěn)定工作，即使因熱脹冷縮引起的變形也微乎其微的特點，在嫦娥三號月基光學(xué)望遠鏡中，主鏡次鏡和指向鏡均采用該材料。通過該案例，一方面激發(fā)學(xué)生的民族自豪感，另一方面用精益求精的科學(xué)家精神鼓舞學(xué)生為我國科技事業(yè)貢獻自己的力量。

第七章《材料制備新技術(shù)》課程思政點：像閃電一樣迅速——先進閃燒技術(shù)。閃燒技術(shù)是近幾年出現(xiàn)的一種新型電場輔助燒結(jié)方法，是一種通過對樣品兩端加電場，使樣品迅速升溫，同時發(fā)出亮光形成“flash”過程，從而在幾秒內(nèi)完成致密化。閃燒技術(shù)已較為廣泛地應(yīng)用在陶瓷界，但到目前為止，世界上僅有英國Lucideon集團可以實現(xiàn)大尺寸陶制品的生產(chǎn)。結(jié)合本校閃燒技術(shù)的研究，激勵學(xué)生時刻關(guān)注本專業(yè)前沿發(fā)展，向身邊的教師同學(xué)學(xué)習(xí)，不斷提升自己的知識、技能和素質(zhì)。

三、教學(xué)環(huán)節(jié)

（一）課堂思政

課堂是教學(xué)過程的主要環(huán)節(jié)，在課堂教學(xué)中，通過先進制備技術(shù)案例、工程事件、典型人物案例，采用圖片、文字、視頻、討論等多種方式，將專業(yè)知識點和相應(yīng)的思政元素結(jié)合起來，注重學(xué)生必備能力和素養(yǎng)的提升，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方式，激發(fā)學(xué)生家國情懷和學(xué)科自信，讓學(xué)生在完成課程學(xué)習(xí)的同時，提升思想認識和人格素養(yǎng)。

以第三章《薄膜材料的制備》為例，在課堂講授中，引入前沿科學(xué)：熱障涂層。航空發(fā)動機是飛機的“心臟”，國之重器，作為提升燃氣渦輪發(fā)動機服役溫度最切實可行的技術(shù)，熱障涂層已成為航空發(fā)動機、燃氣輪機高壓渦輪葉片等熱端部件必不可少的熱防護材料。通過展示熱障涂層渦輪葉片及熱障涂層系統(tǒng)的橫截面圖，讓學(xué)生理解熱障涂層的結(jié)構(gòu)和作用。然后結(jié)合熱障涂層的使用環(huán)境，發(fā)散思維，分析討論其可能面臨的失效原因，培養(yǎng)學(xué)生自主思考的能力。服役在發(fā)動機渦輪葉片等熱端部件的熱障涂層長時間處于近馬赫數(shù)、2 000 K燃氣的沖擊，1萬～5萬轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)離心力，疲勞、蠕變、腐蝕、顆粒沖蝕、氧化等并伴隨化學(xué)反應(yīng)的極端環(huán)境下，致使涂層以多種復(fù)雜的機制剝落失效。接著引導(dǎo)學(xué)生思考怎樣的途徑可以解決熱障涂層目前面臨的問題，學(xué)以致用，強化所學(xué)知識。渦輪葉片幾何形狀復(fù)雜且服役時涂層和界面的成分、微結(jié)構(gòu)及性能都會演變。高溫是熱障涂層不可避免的服役環(huán)境，如何實現(xiàn)高溫下涂層性能的表征，如何準(zhǔn)確描述高溫復(fù)雜環(huán)境的載荷條件，都是熱障涂層破壞分析需要考慮的問題。最后介紹并鼓勵學(xué)生探尋目前我國科研工作者在該領(lǐng)域做出的努力和最新研究進展。例如昆明理工大學(xué)采用超高溫鉭酸鹽熱障涂層將使用溫度提高至1 400 ℃，且最高可達1 600 ℃，使我國熱障涂層技術(shù)在國際上達到領(lǐng)先水平，未來將廣泛應(yīng)用于航空、航海等國民經(jīng)濟重要領(lǐng)域。通過這個案例，激勵學(xué)生在本學(xué)科學(xué)習(xí)和研究過程中，精益求精，不放過任何細微的問題和現(xiàn)象，堅持不懈，為我國科研事業(yè)貢獻自己的力量。

（二）作業(yè)思政

學(xué)生作業(yè)是檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)效果的一種重要手段，研究生課程中有相當(dāng)一部分是通過結(jié)課論文形式進行評價，因此，在課程作業(yè)和結(jié)課論文中，強調(diào)恪守學(xué)術(shù)道德和規(guī)范，展現(xiàn)嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和求真的科學(xué)精神，就更加水到渠成。另外，在作業(yè)和論文要求細則中強調(diào)與學(xué)科前沿發(fā)展、行業(yè)“卡脖子”問題、可持續(xù)發(fā)展政策和先進模范人物等結(jié)合起來，引導(dǎo)學(xué)生自己探索和挖掘本課程的思政元素，在無聲無息中完成思政教學(xué)主體的轉(zhuǎn)變。

在第二章《單晶材料的制備》平時作業(yè)中，同學(xué)們以第一顆人造金剛石的制備為例，介紹了人們對金剛石從認識到制備的全過程。早在1675年，英國科學(xué)家牛頓推斷金剛石是可燃的。1694年意大利科學(xué)家用大凸透鏡聚光燒毀金剛石。1772年，拉瓦錫實驗發(fā)現(xiàn)金剛石與木炭一樣燃燒時產(chǎn)生了二氧化碳，證明金剛石與木炭是同素異形體。1797年，英國化學(xué)家臺南特通過金剛石和石墨燃燒釋放出等量二氧化碳氣體的事實，證明金剛石和石墨的化學(xué)組成相同。20世紀(jì)初，美國物理學(xué)家布里奇曼發(fā)明了超高壓裝置。1953年，瑞典斯德哥爾摩ASEA電氣公司成功研制出第一顆人造金剛石。通用電氣于1954年在實驗中也得到了金剛石，于1995年首次發(fā)表了報道并申請專利，在1957年開始了金剛石的生產(chǎn)。通過人類對金剛石的認識的一步步加深到最終合成金剛石的過程，學(xué)生能深刻感受到任何成果都不是一蹴而就的，都是經(jīng)過漫長而復(fù)雜的知識和技術(shù)的迭代，經(jīng)過各個學(xué)科的科技工作者精誠合作，經(jīng)過一代又一代的研究人員不懈努力才實現(xiàn)的。也感悟到在日常學(xué)習(xí)和科研過程中，不能被暫時的困難打倒，要多角度思考，不懼困難，獨立自主攀登科研高峰。

四、思政建設(shè)成效

本課程考核評價基于成果導(dǎo)向的理念，建立過程性評價與期末大作業(yè)評價相結(jié)合的多元考核評價模式。過程性評價包含學(xué)生的自學(xué)、平時作業(yè)、案例分享、課堂討論等，占總分的50%。期末大作業(yè)采用調(diào)研報告的方式，占總分的50%。過程性評價中的作業(yè)和案例，鼓勵學(xué)生發(fā)揮主觀能動性，挖掘材料先進制備技術(shù)中的工程案例、人物案例、技術(shù)案例等，并與大家分享討論，將課程思政有機融入課堂。期末作業(yè)要求依據(jù)本課程講授的先進材料制備技術(shù)，結(jié)合自己的科研課題，任選一種先進材料或制備技術(shù)，通過查閱文獻，對比該材料多種制備技術(shù)的特點或介紹該技術(shù)在制備不同材料時的應(yīng)用，并簡要分析特定技術(shù)制備的特定材料的性能特點。結(jié)合我校的航空產(chǎn)業(yè)技術(shù)學(xué)科群的科學(xué)研究，豐富本課程的航空材料制備案例。通過課堂教學(xué)模式和考核評價的設(shè)計，充分融入思政元素并體現(xiàn)航空特色，學(xué)生反饋在學(xué)習(xí)專業(yè)知識的同時，培養(yǎng)了科學(xué)思維和創(chuàng)新意識，增強了職業(yè)責(zé)任感和家國情懷，提升了人文素養(yǎng)和綜合能力。