基于思政融合與實踐驅動的材料創新設計方法教學模式改革

關鍵詞：新工科；實踐能力培養；課程思政；創新方法；科教融合

中圖分類號：G642" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2025）18-0127-04

Abstract： The course of Material Innovation Design Method combines innovative methods with the professional background of material major， and expands students' innovative thinking ability and breaking their inherent stereotypes by changing their form of thinking. The reform of the teaching mode of Material Innovation Design Method is led by the integration of ideological and political theory of the course， guided by the advanced \"content-centered\" teaching concept， and designed the evaluation criteria of learning effect based on the concept of \"output-oriented\". The course model enables students to have a more comprehensive grasp of the latest research developments and advanced research methods in the specialty， and stimulates students' enthusiasm for knowledge， spirit of exploration and desire for innovation. It solves the problems highlighted by teaching such as the lack of effective ways of course ideology and politics， the lack of learning resources and students' low interest， and the new practice cases detached from the reality of scientific research.

Keywords： new engineering; practical skills development; ideological and political course; innovative methods; integration of science and education

十四五規劃指出：“面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，深入實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略，完善國家創新體系，加快建設科技強國”。同時新工科下要全面開展專業課程思政建設，在專業課程的設計中持續構建課程思政的育人大格局，以知識傳遞、能力培養與精神塑造為抓手，推動課程思政廣覆蓋，賦予專業課程價值引領重任[1-2]。傳統專業課堂很難融入思政教學，同時也缺乏講授創新思維、創新方法，對于需要獨立思考，靈活運用前沿知識或多學科知識才能找到解決方案的新問題，往往束手無措，傳統教學設計問題凸顯。

面對高新技術發展對材料創新的高要求[3]，創新能力培養模式也需要不斷發展，要求大學畢業生不僅要具有較強的動腦和動手能力，還具備設計、評價、驗證等綜合創新能力，激發學生的求知熱情、探索精神、創新欲望，以及敢于向舊觀念挑戰的精神。因此高校的實驗實踐教學應該以轉變教育思想、更新教育觀念為先導，以提升學生的社會責任感、創新精神、創新意識和創新創業能力為核心，以改革人才培養模式和課程體系為重點，以提升大學生的綜合素質、增強大學生的創新能力和創業能力為宗旨，以培養適應創新型國家建設人才需要[4-7]。

一" 教改設計與實施

（一）" 構建“一三九”課程思政育人模式

材料創新設計方法課程創新方法與材料科學與工程的背景相結合，以TRIZ（發明問題解決理論）為基礎，將工程實際問題轉變為TRIZ標準問題，再利用TRIZ工具，從而得到最終的解決方案[8-10]。課程的任務是要求學生熟練掌握常用的創新方法；能夠根據所學知識解決工程實際問題；在掌握相關理論基礎上，能夠對實際材料生產過程提出改進的措施。課程的育人目標是使學生改變思考問題的模式，打破固有的思維定勢，擴展創新思維能力。通過學習問題發現與解決的全過程，引導學生樹立科學的世界觀，激發學生的求知熱情、探索精神、創新欲望，以及敢于向舊觀念挑戰的精神，推進高等教育的改革和高校素質教育的實施，培養適應新時代發展的高素質創新人才。

課程改革中，以思政融合教學，構建了“一三九”課程思政育人模式，總體設計與融入方式如圖1所示，將課程思政理念貫穿課程全過程，以“水乳交融、潤物無聲”的方式融入所有教學環節。強化案例式、研討式、探究式和活動式等多元教學法，將理想信念、家國情懷、職業素養、民族自信、工匠精神，以及“愛國、創新、包容、厚德”的北京精神等元素，融入到所授課程的教學之中。

1" 收集與整理思政素材，融入教學各個環節

課程思政教學實施方法與安排如圖2所示。課程從“立德樹人”一個基本點出發，設計“價值塑造、能力培養、知識傳授”三位一體的課程教學大綱，圍繞“家國情懷、責任擔當、科技前沿”三類思政板塊，結合課程內容，深入挖掘九項思政元素。結合課程內容，遵循教學大綱要求，圍繞課程教學中某一章節、教學環節或知識點展開，明確課程思政教學目標，將之以潤物無聲的方式融入教學過程。應用挖掘的思政元素組織教學內容，在課堂講授時循序漸進融入思政元素，激發學生認知、情感和行為的認同，實現知識傳授和價值引領相統一、教書與育人相統一。

2" 探索多樣化教學模式，引導學生學思踐悟

教師探索多樣化教學模式，將思政元素有機融入課程教學過程，提出一系列精心設計的問題，引發學生的思考和討論，在探索過程中歸納總結，引導學生學思踐悟。學生查閱科技前沿發展，深入理解和領會國家偉大戰略構想，激發學生主動反思，國家的戰略構想對材料制造的影響是什么，我國的許多高精尖材料制備技術如何能夠做到從跟蹤為主轉入和并跑、領跑并存。以設問驅動為引，啟發學生思考，以觀察比較的教學方法循循善誘，將知識傳授和價值引領相結合，有利于引導學生堅定自信，培養崇高的精神人格，實現立德樹人、潤物無聲。鼓勵學生設計案例是積極參與大學生金相大賽、電子封裝大賽、復合材料設計大賽等學科競賽活動，引發學生對工匠精神的思考，增強學生對專業的進一步認識。將最新科研成果融入到課堂授課中，引發學生對科研精神的思考，增強學生對專業的進一步認識，提高學生的愛國熱情和致力于國家建設的信念，潛移默化、潤物細無聲地讓學生愛上科研。

（二）" 建立引導式、開放式翻轉課堂

利用大學慕課、智慧樹、微信群和騰訊會議等平臺，開創了線上線下教學相結合的個性化、智能化、泛在化教學新模式，將網絡的遠程教學和翻轉課堂的引導式、開放式教學相結合。建設了網上習題庫、試題庫、經典工程案例庫，歷屆優秀學生工程分析案例等數據庫，豐富學生的自學資源。

1" 開放學習資源改變教學模式

開展小班教學，課上完全自由式交流。依托日新學堂，搭建師生的交流平臺。以日新學堂和學習通為主要教學平臺，包括上課簽到、日常通知、相關課件、參考文獻、分組情況和積極參與討論等；以微信群為輔，包括日常通知，分小組群內視頻研討等。為了輔助課堂教學，錄制在線課程，教師根據每個教學模塊或單元的教學目標確定在線教學資源與內容，學生可以通過課前學習慕課或微課視頻，掌握知識點，發揮學生的主觀能動性。選取與材料設計相關的題目建設習題和試題庫。從課程結束的匯報答辯和學生的評教中可以看到，學生對該訓練所起到的效果給予了很高的肯定，認為該門課程鍛煉了學生的創新思維能力和實踐能力，增強了動手能力，培養了團隊協作意識和責任心，體會、理解并培養了工程師思維；學校/學院的督導專家對本門課程的組織方式和訓練內容等也進行了充分的肯定。

2" 將科研成果融入到課堂授課

積極探索和實踐研究型教學方式，將科研成果融入到課堂授課中，采用實際問題作為真實案例，在系統闡述原理基礎知識的同時，切實提高大學生創新思維能力。鼓勵任課教師自行命題、與其他專業創新方法的授課教師進行交流，結合材料學院的科研課題，向材料學院不同學科方向的一線科研教師征求工程案例，建設材料創新設計方法的工程案例庫。共形成76項材料創新設計方法案例和89項材料創新設計實踐案例。創新方法與材料科學與工程的背景相結合制作專業案例，針對40個發明原理和76個標準解形成具有材料科學與工程特色的創新案例，代表案例如圖3所示。注重學生的課堂討論，課程采用大班授課、小班輔導、學生案例實踐三種方式結合的授課方法。在講授知識、提高學生能力的同時，促進與學生之間的情感交流。

（三）" 建立工程問題發明原理雙驅動的實踐教學體系

面對高新技術發展對材料創新的高要求，實踐教學培養模式也需要不斷發展，緊跟材料學科前沿和工程一線，將復雜工程問題引入實踐課程是培養學生創新能力以及提高教師創新意識的重要前提。材料創新設計方法課程中的案例實踐環節以學科前沿、工程實踐問題為導向設計課程內容，將專業的工程原理融入問題分析與解決方案設計中，建立基于實際工程問題驅動的“分析問題-解決問題-提出方案-實現方案”的創新方法項目，激活多模式教學方式，使學生不僅要具有較強的動腦和動手能力，還具備設計、評價、驗證等綜合創新能力，同時促進教師的創新成果在材料教學接地落地。

1" 科教融合，實踐驅動，開放學習資源

引入TRIZ理論和觀念，結合學科前沿和一線工程問題等實際科研項目讓學生掌握這種發明創造的工具，培養學生創新思維方法，鼓勵學生發散思考，獨立研究，多渠道達到解決問題。以學科前沿和一線工程問題等實際科研項目為驅動，結合教師科研背景，設立真實科研項目轉化實踐教學項目模式，提高學生創新思維和創新能力。構建材料、資源、環境、數字技術深度融合的理論實踐教學新體系，系統支撐數字化綠色化的材料生命周期工程理論運用和解決復雜工程能力培養。開放學習資源改變教學模式促使學生積極參與科研活動，培養團隊協作和組織能力，增強師生及學生之間的互動，提高學生解決問題的創新能力。

2" 建立多層次、可量化的評價辦法

改變原有的跟蹤和模仿為主的實驗教學手段，探索與教學方案相適應的多樣化教學方式、教學方案、評價模式和考核方式，激發學生的學習興趣。轉變學習評價從“標準答案進行客觀評價”到“個性化創新思維評價”，注重過程評價以及創新性評價，建立以學生為本的多層次、可量化、綜合性學生創新能力評價辦法。課程評價內容包含課堂討論、作業、期末考試和創新設計方法在材料科學與工程領域中的實際應用案例分析。案例分析主要考核學生參加小組案例分析的情況，包括組織、分工和合作等，考察學生資料的收集、分析、總結的能力，團隊協作和溝通能力，也考核報告和文本格式的訓練。評價方式的轉變全面考核學生運用所學方法設計解決材料制備和實用過程中實際問題的能力，淡化考查一般知識、結論記憶，評價內容更加細化，成績來自多方面的綜合評價，既包括教師和專家的評價，也有來自學生之間的評價，避免了評價的片面性，通過考評方法的變革可以體現出對學生的創新能力關注，可以促進和激發創新型學生的表現。

二" 教改的成效

課程以“立德樹人”為基本點，深入挖掘思政元素，凝練成不同的課程思政教學案例融入教學，構建“一三九”育人模式，激發學生認知、情感和行為的認同。課程從課程目標、課程內容、教學模式、考核評價方式等方面構建起“專業課程-前沿講座-實踐活動”三位一體育人體系，達到思政教育與專業知識相得益彰，育人成效與課程質量雙向提升的效果。加強同行院校之間的溝通與交流，同心合力鑄魂，凝聚育人共識，切實將課程思政建設推向縱深，發揮示范引領作用。

課上完全自由式交流，翻轉課堂進行理論課教學。學生對該訓練所起到的效果給予了很高的認可，學校/學院的督導專家對本門課程的組織方式和訓練內容等也進行了充分的肯定。獲得理論教學+小組案例分析及與材料創新設計實驗相結合的成熟教學方法，形成以學生自主學習、體會和運用創新方法為主的教學方法，并進行推廣。

目前已經完成連續7年的授課任務，持續培養學生400余人。建立和完善材料創新設計創新性課程教學平臺，滿足材料創新設計課程建設的需求，同時容納材料學院1個年級大約100名學生進行創新性課程教學、課程設計等實踐訓練。學生利用校內該課程建立的教學實踐平臺，依托學部多個“創新創業實訓基地”，申報專利，發表論文，參加北京工業大學 “鼎新杯”大賽，“全國大學生焊接創新大賽”、全國挑戰杯課程入選2022年北京高校優質本科課程，獲批學部2022年課程思政示范課程建設項目，榮獲校級優秀課程思政案例、思政創新大賽等多項成果。

三" 結束語

新工科下要求學生不僅具有工程實踐能力，還要具有創新能力。材料創新設計方法是一門以創新思維訓練為基礎，培養材料專業學生創新素質的必修課程。以國際上先進的創新方法TRIZ理論為基礎，結合材料科學與工程學科的特點，通過教學參考書和教師的科研工作選擇合適的教學案例，以“創新理論+材料設計案例”的方式進行任務型課程設計，使學生能較全面地掌握本專業最新研究動態及先進的研究方法，激發學生的求知熱情、探索精神和創新欲望。

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