基于CDIO理念的“材料科學基礎”課程思政設計與實施

李福平 白力靜 湯玉斐 趙康

摘要“材料科學基礎”是材料類專業一門極為重要的專業基礎課，主要講授材料科學的基本概念和理論。為了實現價值塑造、知識傳授和能力培養的統一，本文基于CDIO工程教育理念對“材料科學基礎”課程思政進行了改革，提出了“工程案例牽引、體現校院特色、授課方式混合、學生主體參與”的教學設計原則，根據近年的思政效果提出了一定的持續改進意見。

關鍵詞 課程思政 材料科學基礎 CDIO 教學改革 持續改進

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.23.048

Design and Practice of Curriculum Ideological and Political Education in Fundamentals of Materials Science Based on the CDIO Idea

LI Fuping， BAI Lijing， TANG Yufei， ZHAO Kang

（Department of Materials Science and Technology， Xi’an University of Technology， Xi’an， Shaanxi 710048）

Abstract"Fundamentals of Materials Science" is one of the most professional foundation courses. It mainly consists of fundamental concepts and theories of materials science. In order to achieve integrating goals of value construction， knowledge imparting and competence developing， Curriculum ideological and political education in the course of " Fundamentals of Materials Science" is reformed based on the idea of CDIO engineering education in the present work. Design principles of "leading by engineering cases， reflecting features of school and department， mixing teaching methods， subjective participation of students" is proposed. Some suggestions for continuous improvement are put forward according to teaching results in recent years.

Keywordscurriculum ideological and political education； Fundamentals of Materials Science； CDIO； teaching reform； continuous improvement

0引言

“課程思政”是一種教育教學理念，要求專業課程需具有知識傳授、能力培養及價值塑造的多重功能，要體現培養大學生世界觀、人生觀、價值觀的作用。教師在教學設計中要把人的思想政治培養作為課程教學的目標放在首位，教學過程中要積極主動地對學生進行思政教育，在知識傳授中隱形融入思政內容，實現理想信念的顯性提升。習近平總書記在《求是》雜志第17期上指出：“思政課是落實立德樹人根本任務的關鍵課程”。

“材料科學基礎”是材料科學與工程專業一門重要的專業基礎課，主要講授材料專業的基本概念與理論，主要內容包括晶體學、擴散與相變理論、凝固與結晶理論以及形變與再結晶理論。在“材料科學基礎”的教學過程中，發現學生的學習主動性和積極性普遍不高，主要原因是課程內容理論性強、知識點抽象枯燥、傳統的教學方法存在理論知識與工程實踐脫節的問題。傳統授課時，教師往往只講授理論知識，沒有將理論知識融入工程實踐中，學生沒有真正體會和了解到理論知識的落腳地，導致課程結束后學生沒有具備利用所學知識解決復雜工程問題的能力。因此，有必要對“材料科學基礎”的教學模式進行改革創新，培養學生的工程實踐能力，同時有效融入思政元素，實現知識傳授、能力培養和價值塑造的有效統一。

CDIO工程教育理念和教育模式是以構思、設計、實施及運作四個環節為載體來培養學生的工程能力，注重理論知識與工程實際的結合。CDIO工程教育理念以能力培養為導向，注重過程考核和形成性評級，在授課過程中引入與理論知識密切相關的工程案例，剖析案例中涉及的概念和知識，通過工程案例的引導和剖析找到理論知識的落腳地，引導學生積極思考和討論，從而使學生真正具備利用所學知識解決復雜工程問題的能力。

如果將CDIO理念運用到“材料科學基礎”的教學過程中，則有可能解決傳統教學中忽視學生工程應用能力培養的問題。教學過程中引入工程案例，增加學生的思考個討論環節，不僅可以促進學生對理論知識的掌握和理解，而且有助于使抽象枯燥的知識點更直觀生動，有利于促進學生學習的積極性和改善教學質量。另外，基于CDIO理念，以工程案例為載體，深挖其中所體現的思政元素，如科學家精神、馬克思主義哲學思想和中華優秀傳統文化等，將其融入“材料科學基礎”課程教學中，可以極大地提升課程思政的效果。

1基于CDIO理念的課程思政教學設計

基于CDIO理念的“材料科學基礎”課程思政教學設計原則為“工程案例牽引、體現校院特色、授課方式混合、學生主體參與”。以“材料科學基礎”中“單組元晶體結晶的特征和熱力學條件”教學內容為例（圖1），介紹教學設計理念的內涵與教學方法：

1.1工程案例驅動

“材料科學基礎”是一門專業基礎課，主要講授材料科學與的基本概念和理論，課程內容枯燥抽象且難于理解。例如“單組元晶體結晶的特征和熱力學條件”，授課內容中存在一定的理論推導。根據上述課程特點，采用了案例教學法，引入了與單組元晶體結晶相關的“單晶爐設計制造和單晶硅制備”的工程案例。通過工程案例的驅動，激發學生的學習興趣，使枯燥抽象的內容有落腳地，更加直觀生動，加深學生對理論知識的理解，同時提升解決復雜工程問題的能力，即工程案例驅動學生對專業知識的理解和工程實踐能力的提升。

授課過程中，通過工程案例隱形滲透融入思政元素，使學生的思政和德育素質在潛移默化中得到顯性提升，從而使課程思政真正達到“春風化雨、潤物無聲”的效果，即工程案例的隱形滲透驅動學生思政和德育素質的顯性提升。例如，通過介紹“單晶爐設計制造和單晶硅制備”過程涉及的“凝固和結晶理論”等材料科學知識，隱形滲透融入思政元素，引導學生形成“鐘愛材料專業、勇擔材料重任”的價值觀。

1.2體現校院特色

教學設計注重體現學校和學院特色，重點挖掘與學校校訓精神、科研成果、專業歷史傳承和杰出校友等相關的思政元素，激發學生對學校的榮譽感，同時了解榮譽感背后材料專業應當具備的責任感和使命感，培養學生善于用材料科學知識踐行“祖國、榮譽、責任”的校訓和“淬礪成材、料琢成器”的院訓。另外，課程思政中注重學校和學院特色，可以使學生感知課程思政不是脫離于知識傳授和能力培養之外，而是無形體現在知識運行和能力發揮過程中。例如，采用“單組元晶體結晶理論”等知識指導“單晶爐設計制造和單晶制備”的復雜工程問題，促進我國光伏和半導體行業的發展，其實在無形之中就踐行了校訓和的院訓，同時又體現出了“理論與實踐相結合，理論指導實踐”的辯證唯物主義世界觀。

1.3授課方式混合

對于“單組元晶體結晶的特征及熱力學條件”，授課內容既存在基本概念，又包含公式理論推導。因此，授課方式采用多媒體教學和板書相結合，基本概念以PPT為載體，采用學生最易于接受的方式呈現知識點，如以文字結合視頻或圖片講解概念；公式推導以板書為主，使理論推導內容邏輯化，顯著提高學生學習的積極性和主動性。

1.4學生主體參與

教學方法秉承“以學生為中心，學生主體參與”的理念，課堂教學中增加與學生的互動環節，注重問題的提出，引導學生積極思考，激發學生的學習興趣，使學生始終處于學習的中心地位。

課程思政過程注重學生的主體參與。一方面，課程思政通過教師將思政元素融入知識講解過程中，潛移默化提升學生的思政和德育素質；另一方面，適當鼓勵學生挖掘課程中可以體現思政和德育目標的其他思政元素，以考核學生對思政內容的理解和掌握程度，同時適當引導學生從學生的角度思考如何將課程思政更好地融入專業課程教學，達到“春風化雨、潤物無聲”的效果，使學生真正作為主體參與課程思政。

2基于CDIO的課程思政的實施與效果

基于上述教學理念和教學設計，對“材料科學基礎”的教學模式進行了改革實踐。根據學生反饋和調查結果，課程改革取得了一定的成效，課程思政對學生的價值觀塑造起到了積極促進作用，主要體現在：

2.1學生對材料專業的認可度顯著提升

采用問卷調查的形式對教學改革前和改革后學生對材料專業的認可度進行了調查。調查結果顯示，與教學改革前相比，改革后學生對材料專業的認可程度增加，“很喜歡”和“比較喜歡”的比例由改革前的84.4%增加到了改革后的90.5%，“不喜歡”的比例由1.7%降到了0.9%，如圖2所示。基于CDIO理念對課程思政教學改革后，學生對材料專業的認可度得到了較大的提升。專業認可度的提升主要得益于基于CDIO理念的“工程案例驅動、體現校院特色”課程思政教學設計原則。通過引入材料科學中的工程案例隱形滲透融入思政元素，學生了解了材料專業對人類文明和社會發展的重要作用，真正認同和熱愛材料專業，并認識到了材料專業承擔的重任以及如何去擔當，學生形成了“鐘愛材料專業、勇擔材料重任”的價值觀。

2.2學生的課堂參與度和學習積極性顯著提高

基于CDIO對“材料科學基礎”課程思政教學改革時，由于工程案例的驅動，充分激發了學生上課的積極性，學生的抬頭率也得到了明顯的提高。另外，課程改革注重了學生在課程思政中的主體地位，鼓勵和要求學生課后進一步挖掘材料科學基礎中的思政元素，同時引導學生從學生的角度思考如何能使課程思政達到“春風化雨、潤物無聲”的效果。這些教學環節設計極大地激發了學生的課程思政興趣，學生的課堂參與度和學習積極性得到了顯著提高。學生課后提供的部分新的課程思政要素及融入方法：

“鐘愛材料專業、勇擔材料重任”：兩次工業革命的出現都以材料的進步為基礎：第一次工業革命得益于冶金和鋼鐵材料的發展；第二次工業革命得益于新型半導體材料的發展。

“功成不必在我，功成必定有我”的辯證唯物主義思想：結合鐵碳相圖的繪制和完善過程，講述Roberts-Austen（奧氏體的發現者）、Sauveur（第一個鐵碳相圖的繪制者）、Bakhuis-Roozeboom以及Bain（貝氏體的發現者）等科學家在鐵碳相圖繪制和完善過程中所做的接續工作，培養學生摒棄急功近利的思想，養成“功成不必在我，功成必定有我”的辯證唯物主義思想。

2.3學生的愛國情懷和責任感顯著增強

通過“工程案例驅動、體現校院特色”這一課程思政教學設計和實施，幫助學生形成了正確的價值觀，大大增強了學生的社會使命感和主人翁意識，學生的愛國情懷和責任感顯著增強。通過介紹學院和學院的典型科研成果，激發學生對學校的榮譽感，同時了解榮譽感背后材料專業應當具備的責任感和使命感，培養學生善于用材料科學知識踐行“祖國、榮譽、責任”的校訓和“淬礪成材，料琢成器”的院訓，同時學生感知到了課程思政不是脫離于知識傳授和能力培養之外，而是無形體現在知識運行和能力發揮過程中。

3總結

基于CDIO工程教育理念，本文提出了“工程案例牽引、體現校院特色、授課方式混合、學生主體參與”的教學設計原則，對“材料科學基礎”的課程思政教學進行了改革、設計、實施和評價，取得了一定的改革成效。為了更好地使課程思政達到“春風化雨、潤物無聲”的效果，專業基礎課的課程思政教學改革需要注意的持續改進內容有：

教師在課程思政上要做到“知行統一”，既要思想上重視，更要行動上落實。教師要認識到課程思政不是游離于知識傳授和能力培養之外，而是通過課程思政的價值塑造促進學生的知識理解和能力提升，在教學過程中要積極思考、主動實施課程思政。另外，教師要以身作則，在行動上給學生的指引，給學生潛移默化的隱形教育。

課程即將結束時，學生普遍反映課程思政內容有積極的促進作用，但是生搬硬套、牽強附會的思政內容，會引起學生的反感，反而會降低思政效果。因此，今后的課堂教學需積極探索基于CDIO理念的課程思政隱形滲透方法，以達到“春風化雨、潤物無聲”的效果。

課程思政教學改革要更加突出學生的主體地位，鼓勵學生積極思考和深入挖掘課程中的思政元素，充分調動學生的積極性和參與度，同時需進一步探索課程思政的考核評價方法。

基金項目：西安理工大學教育教學改革研究項目（編號：xqj1801、xjy0801、JY007009）；陜西省高等教育教學改革研究項目“面向新工科的‘材料++’創新人才培養模式改革與實踐”（編號：19BY045）；陜西省新工科研究與實踐項目“‘醫工交叉融合’創新型本科人才工程教育組織模式研究與實踐”（編號：陜教〔2020〕75）

參考文獻

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