智慧教育背景下材料科學基礎課程思政探索與實踐

王金曉 陳益峰 梁瑋 李偉

摘? 要：材料科學基礎課程將思政元素與線上線下混合式教學相融合，以知識點為依托挖掘并建立思政案例庫，探索思政元素在混合式教學過程中的融入方式，豐富教學。通過課堂最后幾分鐘的交流、開放討論、調查問卷等方式進行思政效果的交流反饋，全時間、全空間、多種教學手段開展思政融入教學實踐，讓學生在內化知識、能力提升的同時感悟思政內容，提升學生學習興趣，激發專業認同感，培養學生求真務實、精益求精的科研精神，激發學生的愛國情懷，培養學生為國奉獻的責任感和使命感，樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀。

關鍵詞：材料科學基礎；智慧教育；課程思政；教學實踐；課程目標

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）05-0181-04

Abstract： The teaching of Fundamentals of Materials Science integrates ideological and political elements with online and offline blended teaching. Based on knowledge points， the course excavates and establishes an ideological and political case database. The course explores the integration of ideological and political elements in the blended teaching process to enrich teaching. Through the last few minutes of class exchanges， open discussions， questionnaires， etc.， the ideological and political effects are communicated and feedback. We use the whole time， the whole space， a variety of teaching means to carry out ideological and political integration into teaching practice， so that students can internalize knowledge and improve ability at the same time to understand the content of ideological and political， enhance students' learning interest， stimulate professional identity. At the same time， we cultivate students' scientific research spirit of seeking truth， pragmatism and excellence， stimulate students' patriotic feelings， cultivate students' sense of responsibility and mission to contribute to the country， and establish a correct world outlook， outlook on life， and values.

Keywords： Fundamentals of Materials Science; wisdom education; ideological and political teaching; eaching practice; course objective

習近平總書記在2018年的北京大學師生座談會上指出：要把立德樹人內化到大學建設和管理各領域、各方面、各環節，做到以樹人為核心，以立德為根本[1]。教育部印發的《高等學校課程思政建設指導綱要》明確提出：全面推進課程思政建設是落實立德樹人根本任務的戰略舉措，課程思政建設是全面提高人才培養質量的重要任務，將課程思政融入課堂教學建設全過程[2]。

隨著現代信息技術的飛速發展，教育智能化、數字化、網絡化和多媒體化的發展趨勢愈加明顯。教育信息化即智慧教育已經成為當前教育發展的主要方向。智慧教育的發展，帶來了教育形式和學習方式的重大變革。智慧教育的主要載體形式之一是智能移動技術與教育相結合構建的平臺（例如超星學習通、雨課堂等），可充分利用多樣化的網絡教育資源，有效激發學生學習的興趣[3]。同時還可以利用智慧教育平臺靈活進行教學資源重組、教學活動設計、教學方法實踐和教學效果反饋，實現以學生為中心的教育形式探索。新時代的孩子被稱為“數媒土著”，因為他們生活在各種數字信息技術、數字設備和數字環境之中，更喜歡靈活、便捷、個性的多媒介移動學習模式，這對傳統的線下課堂教學形式提出了嚴峻的挑戰[4]。

根據新形勢的需要，課程實踐中，有效推進現代信息技術在課程思政教學中的應用，激發學生學習興趣，引導學生深入思考，德育智育并重，培養創新人才具有深遠意義。

材料科學基礎是一門科學、應用廣泛、發展中的學科，也是材料類專業重要的學科基礎課程，屬于專業核心主干課程，該課程在培養材料科學研究與工程技術人才過程中至關重要。在國家發展戰略大背景下，針對該課程進行智慧化思政研究，具有重要意義。該課程著重研究材料組成與結構、制備工藝、性質及其與環境的關系，是整個材料領域最基本的理論支撐，在大學二年級開課。目前，該課程已經滲透到材料科學的各個領域。大到航天航空材料，小到我們的衣食住行，新材料的誕生都會帶來人類生活模式的改變和科技的變革[5]。材料科學基礎課程具有“四多一抽象”的特點，即內容頭緒多、原理規律多、概念定義多、相關學科多及微觀結構抽象，教材難度相對較大，對于本科生理解有一定難度[6]。課程思政元素在有限的課時實現有機融入達到高階目標有較大難度。

針對課程思政與智慧教學有機結合的難題，教學團隊深入挖掘各章節內容蘊含的思政元素，提煉生動貼切的思政教學案例與專業課知識體系進行有機融合，采用基于超星智慧平臺的線上線下混合式教學模式實施思政教學，使學生在學習的過程中不知不覺受到思政教育，努力做到如鹽入水、潤物無聲。

一? 課程目標

針對新材料領域人才需求現狀，緊密結合許昌學院（以下簡稱“我校”）“地方性、應用型、服務性、國際化”辦學定位及材料“系統化、前沿化、工程化”專業學科特征，堅持以學生為中心，課程建立了知識、能力、思想素質三位一體的教學目標。其中，知識目標為使學生掌握材料學理論與研究方法，能夠理解材料的組成與結構—制備與加工技術—使役性能—材料用途之間的相互關系及制約規律；能力目標為初步具備合理分析、解決問題能力，培養工程思維，使學生具有較高的自主學習、團隊協助及創新能力；思想素質目標為堅定材料科學創新強國信心和決心，激發學生愛國主義情懷，培養求真務實、精益求精的科研精神，樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀，實現知識、能力與思想素質的共同提升，達到立德樹人的根本任務。

二? 課程思政元素的深入挖掘

在課程思政改革的探索中容易出現思政元素與課程知識點結合不緊密、彼此“兩張皮”的現象，導致學生學習興趣下降，產生抵觸情緒[7]。本課程以知識點和專業知識能力培養為基礎，確定了多層級的知識、能力、思政目標，深度挖掘知識點相關的工程案例、科技前沿、科學家的事跡、有趣的現象、古典文化和人生哲理等方面的思政元素，旨在建立比較完善的思政案例庫，構建知識點與思政元素的多層次網絡體系。

（一）? 引入工程案例，提升專業信心

材料科學的重要性中，介紹了世界領先水平的中國高鐵，新材料在光纖通信、人工關節、航天衛星、航空戰機和新能源等領域的廣泛應用；鋁的晶體結構中，引入劃時代突破的中國天眼工程，其反射面單元背架結構材料即為鋁合金；腐蝕與防護中，融入港珠澳跨海大橋表面耐腐蝕性；高溫氧化中，航天發動機涂層高溫抗氧化性能提升；單元系統相圖中，引入與日常生活密切相關的冷凍干燥技術；專業二元相圖中，引入鋁硅相圖在耐火材料中的應用，鈣硅相圖在水泥中的應用；專業三元系統相圖中，引入鈉鈣硅玻璃在日常生活中的大用途；菲克定律的應用中，引入菲克第一定律在航天貯箱氣瓶中的應用；相變機制中，引入硬鋁的相變在航空中的應用。

（二）? 展示科技前沿，激發探索精神

同質多晶中列舉金剛石和石墨烯，引入2010年諾貝爾物理學獎獲得者關于石墨烯的發現過程；鈣鈦礦結構中，我國鈣鈦礦太陽能電池發展前沿及所處的領先地位；玻璃的形成及轉變中，引入“敲不碎、砸不爛”的“玻璃之王”金屬玻璃，激發學生的探索精神；擴散中，引入克肯達爾效應與新型功能納米材料的制備；表面潤濕與黏附中，引入荷葉疏水的秘密與超疏水材料的研究，激發學生創新意識和探索精神。

（三）? 講述科學家事跡，培養工匠精神

晶體的定義和特征中，導入中科院蔣民華院士的“晶體賦”和一片“晶”心無悔堅守的事跡，引導學生做人要表里如一、德才兼備，培養無私奉獻的科學精神，激勵學生為國奉獻的責任感和使命感；ZnS晶體結構中，張福昌博士在“卡脖子”材料硫化鋅/硒化鋅方面的研究成果，激發學生知識探索的熱情，培養學生做事不但要知其然更要知其所以然；鈣鈦礦結構中，引入“一輩子只做一件事的科學家”趙忠賢院士的事跡，培養學生工匠精神，樹立專業自信；鐵碳合金的教學中引入著名的金屬學及材料科學家師昌緒院士的生平事跡，師昌緒院士作為我國材料科學與工程領域中功績卓著、德高望重的一代宗師及學術領導人，沖破了美國政府的重重阻力回到祖國大地，增強學生的專業自信、愛國情懷和責任感；吉布斯相律中，引入發明人物理化學偉人——吉布斯對研究的執著與思考，引導學生培養熱愛鉆研、永不言棄的優良品質；互擴散中，克肯達爾博士發現克肯達爾效應的過程，增強學生的探究精神。

（四）? 融入有趣的現象，激發學習熱情

硅酸鹽晶體結構中，通過分析李商隱《錦瑟》詩句：“滄海月明珠有淚，藍田日暖玉生煙”中藍田玉由透輝石組成，“地球上最軟的石頭滑石”“源于石頭的良藥蒙脫石”等，討論結構與性能的關系，讓學生體會硅酸鹽材料之美，提升學生的人文素養和探究精神；固溶體中，引入古人“通過咬金子判斷金子真假”，引導學生從生活經驗思考背后蘊含的科學原理——固溶強化，提升學生創新意識；位錯理論中，引入科學家受到爬蟲蠕動的啟發發明滑移理論的過程，進行位錯理論教學，控制缺陷可以改善材料性能，培養學生善于觀察，敢于創新；固態反應的一般動力學關系中，引入“木桶效應”說明速度最慢控制整體反應速度，激發學生的團隊榮譽感和責任心；材料成核相變中，引入鹽的獲得、窗花的形成，激發學習熱情。

（五）? 介紹古典文化，增強文化自信

材料的重要性中，導入古典文化“百煉鋼”，體會和感受中華民族的智慧；燒結中，引入被列為第一批國家級非物質文化遺產的中國傳統制陶工藝，激發學生的學習熱情和愛國情懷，感受陶瓷之美。

（六）? 重視知識的遷移，提升思維品質

晶面間距與“人與人之間舒服的距離”；離子極化中“極化”與“被極化”的對立統一與辯證思想的關系；晶體缺陷中，引入“人無完人”“缺陷也是美”及辯證思想的人生哲理；二元相圖表示法中的杠桿規則，引入“杠桿定律”幫助學生記憶；玻璃兩大學說的發展與較量，培養學生利用辯證發展的思想看問題；固態反應的機理中，引入泰曼與金斯特林格理論發展歷程，引導學生用發展中的眼光看問題，發展需要思辨。

三? 基于超星泛雅平臺的課程思政教學實踐

課程以思政元素挖掘、課程內容整合優化為基礎，不斷構建合理的教學內容，融入家國情懷和使命擔當元素、行業格局和創新元素、精益求精的大國工匠精神元素等，與智慧教學手段相結合，以學生為中心，采用多樣化的教學方法，充分利用線上精品資源，實施線上線下混合式教學模式實踐，利用分組任務、討論等多種教學手段，引導學生了解材料領域前沿的技術及鍛煉科學研究思維，激發學生興趣，將所學知識應用到實驗及參與的科學研究方向中，學以致用。通過不斷完善考核機制，實現高階目標的達成度。

（一）? 智慧教學在課程教學中的應用

課程具有內容頭緒多、原理規律多、概念定義多和相關學科多的“四多”特點，內容抽象、枯燥難懂。課程作為專業核心主干課程，又是多數材料專業考研必考課程，學生對課程充滿了期待。然而，在有限的傳統課堂學時內，龐雜的重點內容的沖擊下，教師講授多，理論知識多，學生無法學以致用，普遍感到課程太難，不好理解，影響學生的學習興趣和積極性，很難讓學生深入體會到材料科學的重要性，樹立材料科學創新強國的信心和決心，激發學生的學習興趣，增強專業適應性。

課程堅持以學生為中心，立德樹人為根本任務，利用超星泛雅平臺對課程實施了線上線下混合式教學探索和實踐。借助智慧教學平臺，學生可以進行課前和課后自主學習，教師可以發布學習任務包括知識點學習要求、在線學習內容及課前在線監測，同時推送優質的拓展學習文檔、紀錄片視頻等，通過反饋的數據及時了解學生的學習情況，做出教學策略調整。為了提升線上線下混合式教學效果，課程提出了“混”合線上教學資源、“融”入有效教學方法、“拓”展知識前沿應用和“助”力知識強化提升的課程設計思路，形成在線學習空間、課堂學習空間、教學資源拓展和能力強化指導的“四位一體”混合式課程體系。

（二）? 課程思政融入教學設計

基于BOPPPS模型設計混合式教學流程，將教學活動的開展分配到線上、線下和課上、課下，利用漸進式、多層級的教學活動加強學生深度學習。課程的全時間、全空間、多種教學手段融入思政元素，提升學生學習興趣，增強學生的愛國情懷和責任感，培養學生的科學素養、工匠精神。

課前：確定本節課的多層級目標，除了知識能力目標外，需要制定思政目標，在超星平臺導入目標，引導學生調研、觀看音視頻資料并完成學習任務，通過在線討論完成情感升華，為課堂教學提供依據。

課堂：通過提問、討論、翻轉課堂等方式檢測學習效果，聚焦問題，開展參與式學習，適時引入思政案例，引發學生深度思考，引導學生參與積極討論，提高學生的學習能力，促使其交流各自的觀點和看法，促進思維的發展。

課后：基于線上平臺進行后測和總結，梳理鞏固所學知識點；學生進行拓展任務學習進一步達到能力提升和素質教育；介紹材料相關的公眾號，開拓學生眼界，提升知識儲備；推送并鼓勵學生聽取專家學者的講座，及時了解研究方向的前沿動態，培養創新意識和科研熱情。

（三）? 課程思政+智慧教育的教學實施過程

課程思政與智慧教學融合的實施過程以擴散中克肯達爾效應知識點的講授為例進行介紹，課程以“感知—討論—示范—總結—遷移應用—內化知識”的順序進行教學，遵循學生的認知和學習過程。

課前：超星平臺發布克肯達爾效應具體知識點及目標要求，提供拓展資料“克肯達爾效應”讓學生們提前閱讀，感知克肯達爾效應，課堂中進行討論。設置了相關的課前在線測試題進行前測，檢驗學習效果。

課堂：針對前測結果，聚焦問題。設置一系列話題進行討論，如克肯達爾的實驗過程是什么？觀察到的現象是什么？克肯達爾效應的本質是什么？克肯達爾博士的發現之旅碰到的困難及解決途徑？我們受到了什么啟發呢？與學生進行交流討論，在深入討論中完成知識的講授、能力的提升、價值的塑造。

克肯達爾博士經過6年開展黃銅即銅鋅合金的研究，為了更清楚地觀察界面的移動，克肯達爾把鉬絲捆在黃銅（70Cu30Zn）薄板上，然后將電鍍厚銅的樣品作為新的研究對象。思政教育：因為他預測的理論會顛覆傳統冶金學理論，需要謹慎認真的態度，實驗要反復進行驗證，耐心細致地觀察，培養學生實事求是、堅持不懈、一絲不茍的科研精神，這也是做科學研究的學術道德。

針對這個實驗現象，克肯達爾做出了石破天驚的理論解釋：界面移動的主要來源為鋅→銅的擴散速度遠大于銅→鋅的擴散速度，因為直接互換或環形互換的原子擴散都是等量交換，因此界面不會發生如此大幅度的移動。思政教育：教會學生日后讀研繼續深造或從事本行業技術研究的思路，即要擁有發現問題和現象的眼睛，善于思考，找出解決方法，尋求科研的真理。

克肯達爾效應有利也有弊。中國西安交通大學的金明尚教授團隊和美國加州大學河濱分校的殷亞東教授團隊首次將克肯達爾效應的正逆過程結合在一起，為金屬納米顆粒的中空化創建了一種新的思路。思政教育：團隊合作的重要性、理論的靈活應用。

芯片制備中，常見的焊接界面有Au-Al、Sn-Cu、Cu-Al等，經常會碰到克肯達爾空洞，影響焊接的可靠性。集成電路中的“紫災”現象就是Au-Al接頭處由于克肯達爾效應合金化變成紫色，形成空洞導致接觸變弱失效。思政教育：激發學生學習興趣，樹立專業自信，培養學生辯證觀點。

最后幾分鐘，與學生分享交流本次課的收獲，增強學生與教師之間的進一步交流，更好地適時了解學生的思想動態并加以正確引導。

課后：發布在線作業，鼓勵學生利用在線資源進行反復學習，內化知識；超星平臺發布克肯達爾效應相關的文獻鏈接，供學生自主學習了解前沿研究，提升科學素養。討論板塊上，設置討論克肯達爾效應在新能源納米材料方面的應用，引導學生深入思考、歸納總結，討論過程中即時掌握學生的思想動態并正確引導學生積極向上的學習態度，有效提高思政教育的針對性和時效性。

（四）? 課程思政效果交流反饋

課程思政效果的交流反饋目前通過超星學習通在線平臺開放討論板塊、課堂上最后幾分鐘、調查問卷等方式開展。開放討論中增加科技前沿、名人事跡的討論，學生可以通過學習和了解后發表自己的觀點和收獲，與其他同學和老師一起探討交流。課堂上利用最后幾分鐘與學生交流分享本節課的收獲，可以是知識的獲得、能力的提升、受到的啟發，積極發言的學生會獲得相應的課程積分，提高學生的參與度，同時可以檢驗課程思政效果。另外，超星在線平臺上針對課程中進行的課程思政融入滿意度發布了問卷調查，參與問卷調查同樣可以獲得積分。問卷調查結果顯示，大部分同學對思政元素引入的必要性給予了肯定，并對目前思政元素加入的情況均比較滿意，同學評語顯示：思政元素融入使課程更加有意思，可以了解國家材料發展現狀，培養愛國情懷，能夠幫助樹立正確的三觀意識。學生還對課程思政內容的比例給出了建議，認為課程中思政內容占比控制在11%～20%比較合適。學生調查問卷反饋的建議可以更好地促進課程的教學改革。本課程將繼續探索更為合理的評價課程思政效果的考核機制，更為科學地評價思政育人目標的達成度，不斷推進課程建設。

四? 結束語

課程以學生為中心，立德樹人為根本任務，建設了與知識點相關的思政案例庫，將思政元素與線上線下混合式教學進行了融合與實踐，提高了學生的學習興趣，樹立了材料科學強國的信心和決心，取得了一定的成效。接下來還需要進一步按照教學研究思路挖掘更為鮮明、生動、貼切的思政案例，設計每次課程思政元素融入的方式、位置、手段等，多角度開展課程思政教學改革，以期通過有效引導，在強化知識的掌握、能力提升的同時達到“春風化雨、潤物無聲”的思政效果。

參考文獻：

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