理工科專業課程思政教學模式探析

胡軍 于澮

摘 要：

為了充分發揮課程思政的育人功效，任課教師通常將德育內容與專業課程教學進行結合。然而較為普遍的現象是，理工科專業課程教學與立德樹人的結合依然不自然，難于達到預期的課程效果。究其原因主要有兩個方面：首先是難于確定與課程內容密切相關且有效的德育資源，其次是難于將有限的德育資源有機地融入到專業課程教學過程中。為了進一步提升課程思政教學效果，打通專業教學和立德樹人深度融合的“最后一公里”，高校教師有必要進行系統研究和深入思考，探索更科學、有效的課程思政育人機制。《網絡化系統控制理論》是一門新興的理工科專業課程，其蘊含的思政元素豐富而生動，通過對相關德育資源深入挖掘和分類，同時融入問題導向法、研究性教學法、實踐教學法等方法，實現思政教育與典型教學案例的有機融合，從而構建理工科專業課程與立德樹人有效結合的課程思政教學模式。

關鍵詞：教育新時代;網絡化系統控制理論;課程思政;問題導向;典型案例

DOI：10.15938/j.cnki.iper.2021.04.022

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1672-9749（2021）04-0107-04

2017年，習近平總書記在十九大報告中指出，中國特色社會主義已邁進新時代。新時代的到來對黨和國家各項事業發展提出了更高要求。[1]教育作為社會進步、國家發展以及民族振興的重要基石，新時代下教育體系的結構和發展模式正在發生變革和轉型，需要以立德樹人為中心，推進全員全方位全過程育人，構建思政課程、綜合素養課程和專業教育課程“三位一體”的課程體系。2018年9月10日，習近平總書記在全國教育大會上著重對新時代下與教育發展相關的問題進行了論述，[2]為教育改革做出戰略規劃并指明發展方向。強調要想深入發展教育事業，就要努力構建德智體美勞全面培養的教育維度，形成更高水平的人才培養體系;深化教育體制改革，扭轉不科學的教育評價導向;致力于培養創新型、復合型、應用型人才。因此，在新時代下，樹立“培養德智體美勞全面發展的應用復合型人才”教育目標、堅持“把立德樹人作為中心環節，融思想政治教育于專業教學全過程”的教育理念等，已成為新時代高校落實立德樹人與人才培養根本任務的基礎工作，也是高校教師提升課程育人效果，完成好傳播知識、思想與真理，塑造靈魂、生命、新人等新時代重任所要面臨的首要問題。

一、問題提出與文獻綜述

新時代強化各類課程的德育功能已經成為高校本科生、研究生教育教學改革的大趨勢。現有關于課程思政的相關研究主要集中于如下方面：一方面，課程思政的意義、作用以及必要性。學者們普遍認為當今對學生品格的培養、正確價值觀的建立以及健全人格品質的養成不能單純地依賴高校專門開設的思想政治理論課，更需要將思政教育與其他專業課程進行有機結合。[3]此外，研究發現課程思政不僅不會影響或削弱專業課程的教學效果，反而能激發學生的學習興趣與動力，有助于提升課程的教學內涵與專業育人成效。[4]另一方面，課程思政建設方法、實現途徑的多方位探索。學者們對課程思政路徑和方法的探索覆蓋了國家指導（宏觀）[5]、院校推進（中觀）[6]、教師實施（微觀）等多個層面。[7]不難發現，高校在課程思政探索方面取得了豐碩成果，主要分布在中國語言文學、外國語言文學等社會科學領域，較少涉及理工科課程。主要原因在于高校理工科課程思政化的案例較難尋找，挖掘課程背后的學理、人文以及倫理的難度較大。

理工科課程肩負著為國家輸送科學技術人才的重要使命，特別是在把科學技術當作第一生產力的現代社會，更是關系到經濟社會的可持續發展，還關乎國家整體發展戰略的有效實現。作為高等教育的重要組成，盡管理工科課程指向的是注重理論知識或實踐操作的內容，但在這些課程背后，往往隱含著一定的價值觀念、思想意識。因此，對于理工科課程的講授不能僅局限于單一的理論或實驗層面，也不能采用傳統灌輸式教學手段，而是要立足于國家整體發展目標與教育改革規劃，深度挖掘課程背后的人性考量、價值觀念、戰略定位，使學生在掌握課程知識的同時，擁有將愛國情懷轉化為務實行動的意識。

基于此，本文著手理工科專業課程思政教學模式探析，從課程思政建設邏輯、核心目標以及教學方法等方面進行創新，從而構建理工科專業課程與德育教育的有效結合的課程思政教學模式。使課程思政實施于無形，潛移默化地影響學生正確價值觀的形成，進而達到預期的教學效果。

二、理工科專業課程思政的建設邏輯及核心目標

基于理工科課程的培養特點，把教書育人與學生理想信念培養及愛國主義教育緊密結合作為課程思政建設的整體方向，以推進專業課程思政為宗旨，以培養理論素養高、創新能力強、具有家國情懷和使命擔當的優秀人才為目標，結合實際案例提煉豐富思政素材，實現課堂講授、課后研討、小組學習、翻轉成效檢驗、科研探索與競賽實踐等相結合模式下的“三全育人”。在落實立德樹人根本任務的同時，逐漸形成具有理工科特色的育人教學模式。本文立足于新興交叉學科，全面推進課程思政建設，具體建設邏輯及核心目標如下：

以教育部課程思政示范課程《網絡化系統控制理論》為建設對象，該課程為數學專業研究生課程思政改革的試點課程。課程以“知識傳授、創新能力培養和價值觀養成”的三位一體化培養模式為特色，致力于深入挖掘授課內容中潛在的思政元素，促進專業知識與思想政治教育的有機結合。主講教師及教學團隊成員從教學內容、融合方式、教學方法、教學成效等方面進行創新，將課程中的思政元素進行梳理分類，進而為理工科專業課程思政建設提供具體、有效以及切實可行的實施方法，課程改革建設框架如圖1所示。

《網絡化系統控制理論》作為數學學科碩士研究生專業課程，以網絡環境下復雜系統分析與控制的理論分析及綜合方法為主線，系統地講授網絡化系統的相關理論及最新成果，使學生掌握網絡化系統中各種網絡誘導現象的本質及其建模方法、網絡化系統的多指標控制、濾波及故障檢測方法，培養學生對網絡環境下復雜動態系統建模、分析與設計的能力，為培養相關領域科研和技術人才打好理論基礎。

課程的任務是使學生基本掌握以下內容：網絡化系統建模、分析與設計概述;網絡環境下時不變隨機非線性系統的滑模控制、同步控制、一致性控制、保安全控制、多指標濾波、故障檢測;網絡環境下時變隨機非線性系統的優化遞推濾波、未知輸入估計、故障估計;網絡環境中資源受限下神經網絡、基因調控網絡、傳感器網絡、復雜動態網絡的多指標狀態估計;網絡化控制理論在智能電網領域中的應用;專業教學導向下學生創新能力培養與學業規劃簡述。通過課程思政的顯性教育與隱性教育的統一融合，使學生樹立正確的核心價值觀、人生目標和政治理想，實現專業教學為導向的創新能力培養。

課程思政建設邏輯方向和重點：通過對“互聯網+”時代網絡化系統的實際背景、研究現狀與前沿問題的講授，激發學生的濃厚興趣，引導學生抓住國家快速發展的戰略機遇，將個人的價值體現融入國家發展建設舞臺，激勵學生樹立并堅定遠大的理想信念;通過網絡化系統理論及應用在國內外發展狀況的分析比較，增強學生投身專業研究的使命感、榮譽感，鼓勵學生增強自信，努力把愛國情懷轉化成為國家科技發展奉獻力量的實際行動;通過最新研究成果的跟蹤學習，使學生接觸前沿科學問題，激發學生的求知欲和探索欲，引導學生扎實掌握專業知識、不斷提升理論素養、快速提高科研創新能力。

課程思政建設目標：實現“課堂講授、小組學習、翻轉成效檢驗、科研探索”相結合模式下的“三全育人”，采用創新教學方法，激發學生的學習興趣，打破沉默課堂。抓好課堂知識傳授，引導學生夯實基礎，把基礎理論與前沿成果結合起來，解決課堂學習與科研實踐難關聯的問題;開展翻轉課堂教學，引導學生換位思考，把知識學習與問題研究結合起來，解決被動學習與主動探索難轉換的問題;注重應用能力提升，引導學生勇于實踐，把知識傳授與能力培養結合起來，解決理論學習與實際應用易脫節的問題;增強綜合素養培養，引導學生德才兼備，培養學生成為政治品質好、理論水平高、動手能力強的優秀人才，真正地把專業教學與德育教學結合起來。

三、理工科專業課程思政的教學方法

目前，我國研究生教育教學改革正處在一個起步階段，培養質量參差不齊，主要原因有：以講授為主的傳統教學方式難以調動學生學習的主觀能動性，影響其對所學內容的理解與掌握;課程設置缺乏前瞻性，教學內容重理論輕實踐，缺乏前沿思想、方法以及研究成果的引入。因此，本文創新性地構建了以下幾種有機結合的教學方法，在全面落實思想政治教育的基礎上，達到提升學生理論素養、創新能力的目的：

第一，情境陶冶法。該方法主要是以境染情、以境觸情、以境陶情的方式，潛移默化地對學生進行德育教育，潤物無聲地影響學生的認知和情感，做到寓德育教育于教學之中。例如，網絡化系統憑借自身的優勢已逐漸成為各種遠程控制和自動化應用的主角，在軍事、航天、電力、醫療、交通、社交等諸多領域都有著成功的應用。通過展示網絡化系統控制理論的廣泛應用，進一步說明我國科學技術的飛速發展與進步，從而激發學生的愛國共鳴并堅定強國有我的信念。此外，在傳感器網絡融合估計及其應用章節，以環境監測及無人駕駛汽車路況感知為情景，突出展示傳感器網絡在民事領域中的應用之廣泛，結合實例培養學生將理論知識和實際應用相結合的能力，使之切實體會知識來源于生活并服務于生活的道理，切身體會科技是促進國家發展的第一生產力，以此激勵學生堅定積極投身于國家建設當中、努力貢獻出自身力量的決心。

第二，案例教學法。根據教學目標要求，以一個或幾個有代表性的案例為引例進行講授或討論，以激發學生的學習興趣與動力。例如，以滑模運動的兩階段為例，引導學生合理規劃人生，并分階段實施努力。首先，設計人生的目標及目標所在的“滑模面”，在此“滑模面”上，即使受到一些外界因素干擾的影響，也會沿著“滑模面”趨近預定目標。其次，設計合適的“到達運動控制律”，從此刻開始，采用合適的“趨近控制律”則一定能到達預先設定的“滑模面”。以此引導學生平時多做學習計劃并努力實施，前期打牢基礎，后期便會有事半功倍的效果，最終使自己距離期望的目標越來越近，逐步實現自己的人生目標。

第三，疑問式教學法。教師將課程中出現的新概念、新內容以及前沿成果以提問的方式引出，推進課堂學習與科研實踐的有機融合，培養學生形成良好的獨立思考能力，打破沉默課堂。如，針對事件觸發機制下的無線傳感器網絡分析與設計章節，在播放無線傳感器網絡示意圖后，提出“什么是傳感器網絡？”的問題，然后通過學生回答、老師總結的方式，明確無線傳感器網絡的概念及特點。針對基于不完全測量信息的網絡化系統分析與設計問題的討論，采用提問方式，讓學生思考并解決在測量丟失、傳輸延遲、信道飽和、網絡攻擊等情形下離散非線性隨機時滯系統的量化控制問題、帶有隨機發生非線性和量化影響的魯棒有限域濾波等問題，引導學生不要躲避學習及生活中的不如意，只要積極面對并確定合適的解決辦法，就能解決困難，實現預期目標。

第四，研究性教學法。采用線上線下相結合的方式，以個人或學習小組的形式開展小型的課題研究，并通過翻轉課堂將研究成果向老師及同學展示，引導學生換位思考，轉換角色，變被動學習為主動探索。實施環節如下：確定問題。根據課程內容與課后思考中所提出的疑問，總結出有探索價值的問題。學生可根據自己的理解與興趣有針對性地選擇相應的開放性問題;獨立探索。獨立學習是學習者應具備的重要素質之一，從個體發展角度出發，在翻轉環節的活動設計中，教師應注重培養學生的獨立學習能力。從開始時教師的選擇性指導逐漸過渡為學生的獨立探索學習，把尊重學生個性理念貫穿翻轉設計全過程，讓學生建立自己的知識體系;協作學習。在翻轉環節的交互性活動中，隨機捕捉學生的學習動態并及時加以指導，每次互動至少包含小組內的2～3名學生，并為參與者提供交流討論的機會，隨時關注學生對控制器與估計器等設計理念和思想把握的準確性;交流分享。借助小型報告會、展覽會、科技比賽等，完成學生間或小組間的成果交流與分享，達到集思廣益、取長補短的教學效果，全面提高學習成效;反饋評價。教師及團隊成員總結現有課程教學及相關研究中的評教方法，[8]從選題難度、完成程度以及創新度等多維度對學生的成果匯報進行評價總結，及時反饋給學生，檢驗課程改革成效并調整課程改革實施方式。

第五，實踐鍛煉法。它是落實以知促行、以行促知、學以致用的重要方法途徑，是解決理論學習與實際應用脫節問題的有效措施。例如，在講授事件觸發機制下無線傳感器網絡分析與設計時，為了使學生能夠將理論與實際相結合，增加了網絡攻擊下分布式濾波算法實現的仿真實驗環節，講授傳感器網絡拓撲結構、鄰接傳感器節點信息共享及網絡安全設計與防御的重要性。結合實踐操作提醒學生，網絡信息作為現代科技發展的產物，已成為我們生活不可分割的一部分，如從過去的現金支付到現在的掃碼支付、大數據時代信息檢索與共享等已經極為普遍。網絡在為實際生活帶來便利的同時也亟需面對諸多網絡安全問題，學生應該警醒并遠離電信詐騙及校園貸等，提高做好自我保護的警惕性。

通過實踐鍛煉法，引導學生重視理論與實際相結合，使之成為掌握傳感器網絡知識、基本理論和基本技能的人才，善于用實際例子驗證所提出方法的有效性和可行性，并鼓勵學生用實際行動參與到祖國發展建設中，將自己的所學所知應用到國防科技與社會建設當中。

四、結語

教育新時代下，針對理工科專業課程教學與德育教育相脫節的現象、難于達到預期的課程思政效果的問題，本文以新興的理工科專業課程《網絡化系統控制理論》為例，深入挖掘該課程內容中蘊含的思政元素，探索實施“課堂講授、小組學習、翻轉成效檢驗、科研探索”等相結合的“三全育人”課程思政模式，采用情景陶冶法、案例教學法、疑問式教學法、研究性教學法、實踐鍛煉法等教學方法，充分展示了理工科專業課程的課程思政改革建設實踐的全過程。本文所述課程思政教學改革的理論與實踐已獲得良好的教學效果，《網絡化系統控制理論》獲批教育部首屆課程思政示范課程。

參考文獻

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[責任編輯：張學玲]