“三全育人”背景下研究生虛擬仿真實驗項目“思政教育”模式的實踐探索

李建波 陸 恒 陳先華 宋江鳳 冉春華

（重慶大學材料科學與工程學院 重慶 400044）

0 引言

隨著中國經濟、社會的快速發展，我國的教育事業得到了長足的發展。而作為我國高等教育人才培養的最高層次和社會主義現代化建設中高層次人才培養的重要組成部分——研究生教育，一方面隨著招生規模的日益擴大，另一方面隨著網絡上各種各樣信息“狂轟濫炸”的影響，其在關于研究生培養上存在的諸多問題也日漸突顯。比如：因入學后個人目標不明確、缺乏對未來規劃而導致的茫然；因學業不理想、就業壓力大而導致的心理問題；因為完成學業而出現學術不端甚至造假情況，導致理想信念日益缺失；因網絡上不懷好意的人的故意欺騙、誘導而導致的個人品行敗壞。諸如此類的問題都造成了培養高質量研究生難度的提升。本文在堅持“三全育人”的大思政格局下，闡述了“三全育人”視域下高校材料類專業實施課程思政的形式、途徑與方法，即在面向整個材料類專業進行虛擬仿真實驗教學的同時，將思政教育切實與虛擬仿真教育有機融合。

1 時代背景

2016年，在全國高校思想政治工作會議上，習近平總書記創造性提出“其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應”，從而“把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人，努力開創我國高等教育事業發展新局面。”。隨后“課程思政”的理念被提出，思想政治教育工作者開始了從以思政課堂為主體的“小思政”教育模式到“三全育人”的“大思政”教育模式的實踐探索。2020年，教育部等部門下發《關于加快構建高校思想政治工作體系的意見》，進一步提出：“加快構建目標明確、內容完善、標準健全、運行科學、保障有力、成效顯著的高校思想政治工作體系。”目前，愛國實踐教育基地建設及實踐活動的拓展等仍是我國高校思想政治教育的側重點，其忽視了高校科研團隊所具備的潛在力量。高校的科學研究是集知識發現、人才培養與科學精神傳承三位于一體的活動，這就是高校科研團隊在思想政治教育方面所具備的潛在力量和優勢，但眾多研究型的大學在“三全育人”的實施過程中，卻更注重于教書育人、實踐育人、組織育人環節，從而忽視了科研育人環節在思想政治教育方面所擁有的強大育人價值和潛力。

此外，隨著計算機圖形學、人機接口技術、多媒體技術、傳感技術和網絡技術等的快速發展，虛擬仿真技術已進入應用階段。在此基礎上發展起來的虛擬仿真教育，作為“互聯網+教育”之后的“智能+教育”新形式，是虛擬現實技術與教育教學深度融合的成果，是依托于電子技術革新的新型教育生產力。這種利用新興虛擬仿真技術開展互動教學以其在豐富教材結構、內容形態，強化知識擴展與學習互動與反饋，提升學習體驗等多方面的諸多優勢，迸發出了強烈的發展前景。然而，面對虛擬仿真互動教學這類新興信息化教學模式，我國高校教師和研究生尚處于探索階段，這也導致了新興信息技術和思政教育難以深度融合。當前，研究生的培養過程也大多重視其專業知識水平及動手實踐能力的培養，對思政素養重視力度不足，這就造成虛擬仿真互動教育與思政教育的融合度不夠。

材料科學是研究材料的組成與結構、合成與制備、性能與應用以及它們各自之間相互關系的學科，在其研究過程中存在著大量抽象的微觀物理過程和復雜機理。作為一門典型的工科學科，如何將思政教育與虛擬仿真技術有機結合并良好的融入到研究生專業教育當中將是材料科學在順應時代教育潮流的重大嘗試與挑戰。

2 虛擬仿真實驗教學平臺的建立

目前，材料學院擁有各種大中小型的實驗設備（如合金熔煉所需的熔煉爐，金屬熱處理所需的管式爐、馬弗爐等，性能檢測所需的拉伸機、硬度計、電化學工作站等，以及顯微組織表征所需的掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等等），這些設備都是研究生在進行實驗研究時需要用到的。然而，這些實驗設備的使用都需要經過一定的實地教學才能夠有使用的資格，在實地教學過程中存在著一些問題：其一，實驗室設備較少，研究生集中學習時，不可能兼顧到各個學生，從而導致學生的操作技能較弱；其二，資源浪費，每次實地教學都不可避免地造成資源的浪費；其三，大中型設備的操作都有一套比較復雜的流程，研究生需要多次的實地操作才能夠完全掌握，這就造成時間與收益的嚴重不符；其四，安全問題，儀器設備的不規范操作輕則造成儀器設備損壞，重則危及生命。

而虛擬仿真技術所設定的一些虛擬情景是實地教學所不能實現的，學生可以利用這一點，迅速復習實驗場景和反復練習掌握操作，比傳統的實地教學更快捷、更靈活、更高效。西北工業大學的劉翠霞等針對材料科學與工程實踐教學中存在的高溫、高壓、腐蝕性強、毒性大等實驗中存在的不安全性因素，通過建立虛擬仿真實驗室，將虛擬仿真實驗室的資源優勢充分發揮，使得實驗成本降低、實體實踐教學風險避免，從而拓展了實驗教學的時間和空間，并充分調動了學生學習的自主性和能動性。

因此，合理地利用全國高校校園網站聯盟、易班網、中國大學生在線等國家教育教學平臺資源，建設虛擬仿真實驗教學平臺。在虛擬仿真實驗教學過程中，將工程師文化逐漸融入課堂，培養研究生精益求精的工匠精神、誠實守信的職業道德、開拓進取的創新精神、求真求實的理性精神以及保護環境、關愛社會的社會責任感；同時秉承重慶大學“研究學術，造就人才，佑啟鄉邦，振導社會”的校訓，講好材料學院材料人自己的故事，鼓勵學生以身邊的榜樣為目標而努力奮斗；教會學生以哲學思想看待工程問題，學會運用哲學的思維深層次地觀察問題、分析問題和解決問題。依托虛擬仿真實驗教學平臺，形成自主育人的氛圍，將教學理念和育人理念確定為培養務實專業、有創新精神和敢于擔當的學生，努力去鼓勵學生利用虛擬仿真實驗平臺提高自主學習興趣，引導研究生養成良好的學習習慣，并學會學習的方法，從而打造出具有材料特色的思想政治教育與虛擬仿真實驗教學有機結合的教育體系。

3 虛擬仿真課程思政模式的設計建設

要想在材料科學的虛擬仿真實驗教學過程中做到教書育人的目的，其關鍵在于深刻理解與掌握理論聯系實際，通過將思政教育素材契合地融入到虛擬仿真實驗教學內容中，以潛移默化的形式涵養學生的思想政治素養，引發其情感和價值共鳴。在韓疏影的《以思政主題為導向構建分析化學實驗課程體系的探索》一文中，他們立足于分析化學的專業特點，通過設計與實驗內容相契合的思政主題，使每一次實驗的內容都轉化成為核心價值觀教育中具體而生動的載體。通過這種豐富性、多元性的課程設計，分析化學實驗課程中所蘊含的價值引領和品格塑造的主導性得以充分發揮作用。

在上述基礎上，材料科學作為一門典型的工科學科，其不僅蘊含著豐富的價值觀資源，也有著鮮明的價值觀取向，因此需要深入挖掘教材內涵，進一步擴大教材外延，整合教學內容，從而抓住相關知識點將思政教育靈活融入到虛擬仿真實驗教學內容之中，并在教學的過程中引導學生去發現和認識，最終實現知識傳授與價值引領的有機統一。根據材料科學虛擬仿真實驗教學的內容特點，本文將從以下幾個方面探討思政教育與虛擬仿真實驗教學的有機結合。

3.1 以金相制樣為載體，培養嚴謹細致的科學態度和精益求精的工匠精神

金相制樣作為材料類研究生必須具備的操作技能之一，其通常要經過以下幾個步驟：取樣、鑲嵌、磨樣、拋光和腐蝕，這幾個步驟都必須小心謹慎，嚴格地按照操作要求進行，因為每一個后續步驟的效果都與前一個操作的規范性息息相關，如果發生了操作的錯漏，極端情況下還可能制備得到假組織，以致實驗結果失真。由上述可知，金相制樣不僅具有復雜且嚴格的實驗流程，而且制樣的過程在很大程度上會影響到后續樣品的觀察研究。因此必須要求學生在制樣過程中做到認真、細致，并養成良好的制樣習慣，這樣才能夠得到準確而又有效的實驗數據。

由于金相制樣的嚴格性和有效性是與嚴謹細致的科學態度和精益求精的工匠精神一一對應的。因此在虛擬仿真實驗教學中，學生必須嚴格遵守金相制樣的流程，一旦跳過或是忽略某一步驟，則判定教學失敗并重新開始，從而通過這種流程的嚴格性來培養學生嚴謹細致的科學態度；樣品制備有好有壞，主要是受磨樣方式和腐蝕時間長短等的影響，因此在虛擬仿真實驗教學中，可以讓學生嘗試不同的磨樣方式以及不同的腐蝕時間來得到不同的樣品，并對樣品的好壞進行判定，從而通過這種對制樣后樣品的有效性來培養學生精益求精的工匠精神。

此外，在金相制樣實地過程中通常需要用到大量的砂紙和水資源，這就會造成資源的極大浪費。此時，通過虛擬仿真實驗教學，一方面可以達到節約資源的目的，另一方面則可以將節約資源的理念有效地融入到學生的思想政治教育當中。

3.2 以分析儀器為載體，培養不畏困難的堅強意志和勇于擔當的擔當精神

材料學院擁有著諸如掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線衍射儀、能譜儀、傅里葉變換紅外光譜等分析儀器，每種分析儀器都有其各自的內部構造和工作原理，內部構造和工作原理的差異導致了分析儀器應用領域的各有不同。在分析儀器的理論、實踐課程中，關于“分析儀器的工作原理與構造”這部分內容都是不可或缺的，而現代化的分析儀器其內部構造集成度高，如果隨意地對儀器進行“解剖”，將有很大可能造成不可挽救的損壞。因此，在分析儀器課程的教學中，只要是涉及“分析儀器的工作原理與構造”這部分內容的介紹也多是采用PPT動畫示意圖或視頻進行簡單的描述，也只能在理性認識上簡單的了解儀器的結構，無法較好地實現實驗教學的實踐效果。此外，在實踐課程當中，由于時間的限制，教師也大多是簡單的介紹使用步驟與方法，學生對分析儀器的認知也僅僅停留在會使用這一基本層次，從而缺乏對分析儀器原理更深層次的理解。為此，胡萬群等利用使用時間長久且無任何維修價值的報廢儀器來進行教具開發，成功使儀器內部的零件、構造清晰可見，讓學生在了解內部零件、構造的同時，能夠更好地掌握儀器的構造原理。

然而上述方式的教學是要在有儀器報廢的情況下才能夠進行，而且隨著時代的發展，儀器也在不斷地進步，其內部構造也變得多樣化，此時如果仍是使用之前的儀器產品，就有可能導致對分析儀器原理的誤解。而利用虛擬仿真技術對分析儀器進行具體化構建，不僅可以實現儀器外部與內部構造的清晰可見，有助于學生更好地掌握儀器的構造原理，同時還可以針對儀器的更新換代來及時地構建新的虛擬仿真，從而實現與時俱進。以傅里葉變換紅外光譜儀為例，在虛擬仿真實驗教學中，通過一步一步地展示傅里葉變換紅外光譜儀的搭建過程，同時在其中穿插儀器核心部件從棱鏡、光柵至現在的邁克遜干涉儀的發展歷程以及國產儀器的現狀，然后讓學生自己嘗試去搭建傅里葉變換紅外光譜儀，從而使學生對儀器的結構、發展歷史了然于心，并能夠深切感受到現在的儀器光路更加準直，數據轉換更快。此外還有更深層次的意義，學生在搭建過程中，能夠感悟到不斷升級優化的儀器構造背后更多地凝結著科研工作者的智慧與汗水，從而培養青年學子不畏困難的堅強意志和敢于嘗試的創新精神。

3.3 以功能設備為載體，鍛煉樂于合作的團隊意識和面臨意外的應急意識

材料學科需要用到的大部分功能型設備基本上都需要兩人或兩人以上的配合才能夠進行操作，只有一個人是很難獨立操作的，而且也很容易出現實驗事故，造成人員傷亡。而采用虛擬仿真技術來模擬實驗環境，可以通過操作的過程來潛移默化地鍛煉學生的團隊意識，讓學生認識到合作的重要性，同時培養彼此間的默契度。

因此，可在虛擬仿真實驗教學中設計合作共贏的課程，學生只有通過彼此間的相互配合，才能夠達到完成該課程學習任務的目的。以熱軋實驗為例：先是學生1按照步驟啟動軋機，接著學生2將實驗樣品從加熱爐中用鑷子快速取出并放到軋機上，緊接著學生1將樣品調好位置并送入軋輥當中，之后學生2將軋過的樣品放回加熱爐中，如此循環往復直至樣品軋到規定的尺寸。通過這種相互間的配合，不僅鍛煉了學生間的團隊意識，同時也使得學生在實地的操作上更加高效和注重配合。

此外，在實踐操作過程中難免會操作失誤或是遇到突發情況，這時就非常考驗學生的應急能力。因此，還可以在虛擬仿真實驗教學中加入應急對策，要求學生在操作失誤后在規定的時間里做出正確的抉擇，若是抉擇錯誤則進行安全視頻的學習，從而提高學生的安全意識和鍛煉學生的應急能力。另外，對危險性比較高的實驗還可以設置突發情況應急教學，學生可以通過虛擬仿真的方式不斷地應對突發情況，以達到鍛煉應急意識的目的。

3.4 以游戲模式為載體，激發敢拼敢闖的挑戰精神和相互激勵的競爭意識

將虛擬仿真實驗教學課程按照專題內容由易到難，由簡單到復雜地進行劃分，并為每一節課程設定挑戰門檻，即學生必須完成這一課程的學習并達到所規定的分數才能夠進行下一課程的學習。這種課程形式的設計類似于游戲中的闖關模式，一方面可以提高學生在進行課程學習時的興趣，另一方面可以激發學生敢拼敢闖的挑戰精神，讓學生在學習的同時體驗到游戲闖關的樂趣。此外，可以對每門課程設置排行榜，學生可以在排行榜上查看自己的分數及排名，同時，還可以設定適宜的獎勵對學期末課程成績優秀的學生進行獎勵。通過以上的激勵機制，使學生在課程學習時可以做到精益求精、追求完美，在一定程度上激發了學生的競爭意識。

4 結語

“有才無德，其行不遠矣”，研究生作為國家未來發展的后備力量，其培養教育作為高校培養人才的重要組成部分，高校理應肩負起為國家培育有理想、有道德、有文化、有紀律的社會主義建設者和接班人的光榮使命。要深刻領悟習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上發表的重要講話，從實際出發，切實將思政教育結合虛擬仿真實驗教學特點，找準定位，不斷努力挖掘材料科學課程中的思政元素，對培養有理想、有道德、有文化、有擔當的具有家國情懷的當代研究生具有深遠的意義。將思政主題內蘊于材料科學虛擬仿真實驗教學課程體系中，以多個方面作為載體來承載思政主題的教學嘗試，體現了高校思政教育隱性化、融合性的思路，強化了對學生的家國情懷、科學精神、責任擔當的精神孵育，培養了學生對材料科學課程的實事求是的科學素養，真正實現了“三全育人”背景下思政教育與虛擬仿真教育有機的融合。