材料分析技術(shù)課程的課程思政實施與探索

李美星，沈清明，張徐

1 南京郵電大學材料科學與工程學院，南京 210023

2 南京郵電大學創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育學院，南京 210023

課程思政，作為新時代中國特色社會主義高等教育的理論創(chuàng)新與實踐創(chuàng)新，在構(gòu)建高校思想政治教育課程體系中具有重要作用。為了更好地實現(xiàn)高校思政教育在非思政課程中的教學和改革，充分挖掘?qū)I(yè)課的隱性思政內(nèi)涵成為專業(yè)課課程思政建設的突破口。在專業(yè)理論知識的學習中，借助思政元素的融入，深化學生的情感認知與科學素養(yǎng)；在實現(xiàn)文化浸潤[1]和價值建構(gòu)的同時，提升道德修養(yǎng)與家國情懷。近幾年來，在立德樹人這一根本任務的價值指引下，高校積極開展課程思政建設，致力于借助課程思政拓展全員全過程全方位育人大格局的現(xiàn)實深度與廣度。然而，從課程思政實施效果看，當前還存在思政元素理解泛化、思政元素融入生硬、思政教學形式化的問題[2]。本文從高校理工科專業(yè)課課程思政出發(fā)，結(jié)合材料分析技術(shù)課程的建設，從教學內(nèi)容、思政元素、課堂實施、成績評價等方面對課程思政教育教學的探索與實踐進行分析論述，提供課程思政的教學參考和實施建議。

1 知識盤點——梳理知識內(nèi)在邏輯

材料分析技術(shù)是一門面向化學、化工、材料、制藥、生物等相關專業(yè)的課程。主要介紹各種儀器表征技術(shù)用于材料的成分、結(jié)構(gòu)、形貌表征及性質(zhì)分析。課程建設的一項重要目標就是幫助學生掌握科學研究的技術(shù)與方法，培養(yǎng)科學素養(yǎng)和創(chuàng)新精神，在儀器研發(fā)和中國制造中提升責任意識和家國情懷。作為理工科的專業(yè)課程，其教學內(nèi)容具有一定的自然科學邏輯。就課程知識點本身而言，由于其涉及多個學科的專業(yè)內(nèi)容，知識點較為豐富且交叉性強，涉及的思政元素也較為豐富，但其內(nèi)在關聯(lián)較少。我們通過多年的教學實踐發(fā)現(xiàn)，材料分析技術(shù)在科學研究中體現(xiàn)的科學精神、思維方法和科研倫理以及科學發(fā)展史可以作為思政理念融合的有效切入點。為了充分挖掘課程的隱性教育價值，在融合課程思政元素之前，首先需要認真梳理和整合課程知識的內(nèi)在邏輯，從時間推移的歷史進程、問題解決的工具需求、儀器更新的優(yōu)化迭代幾條線，可以比較輕松地尋找到思政融入的知識載體。

(1)時間線。科學知識和理論的發(fā)展，常常伴隨著研究者的認知和實踐的不斷加深和完善，這一過程本身是依賴著時間線的推進而發(fā)展的。例如X射線發(fā)展史中，從X射線的發(fā)現(xiàn)到本質(zhì)的探究，再到X射線衍射相關理論的完善和應用的發(fā)展，根據(jù)這個時間脈絡，可以將X射線的相關檢測技術(shù)較為完整地呈現(xiàn)出來，同時將科學研究和社會發(fā)展相結(jié)合，體現(xiàn)知識和理論發(fā)展的價值。再如，在紫外-可見吸收光譜中利用朗伯比爾定律(A=εcl)進行溶液濃度定量檢測，該定律揭示了待測溶液吸光度(A)與物質(zhì)的吸光系數(shù)(ε)、待測物濃度(c)和溶液厚度(光程l)之間的關系。雖然該表達式看起來相對簡單，但這一定律的獲得卻經(jīng)歷了上百年的研究和總結(jié)過程，并作為濃度定量分析的重要方法一直沿用至今。可見科學是一個循序漸進的過程，不是所有的科學研究都是順利而高效的。通過時間線脈絡梳理，可以客觀呈現(xiàn)和交代事件的發(fā)展過程，也可以結(jié)合具體歷史時期的重大事件進行思政教育。

(2)需求線。當發(fā)現(xiàn)新的物質(zhì)或現(xiàn)象時，為了解其本質(zhì)或內(nèi)在原理，從問題研究的角度，就是在分析和解決“是什么”“為什么”“怎么證明”等一系列問題，通過研究需求推進材料表征技術(shù)的發(fā)展。以X射線衍射章節(jié)的內(nèi)容為例，倫琴在研究陰極射線實驗時揭示了X射線的存在，但對X射線的本質(zhì)并不清楚，科學界對X射線是電磁波還是粒子流產(chǎn)生爭議。在科學家們提出猜想和假設之后，設法通過實驗確定X射線究竟“是什么”；“為什么”這種看不見的射線會使熒光板發(fā)光；“怎么證明” X射線的電磁波性質(zhì)；X射線衍射現(xiàn)象與晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)有什么關系，等等。通過對這一系列問題的探究，來學習X射線的本質(zhì)、性質(zhì)、應用等相關知識，借助諾貝爾獎觸發(fā)學生追求先進技術(shù)的學習動力，同時激發(fā)學生的愛國情懷。再例如，透射電子顯微分析這一章節(jié)中，從人眼的分辨能力范圍到普通光學顯微鏡的分辨極限導入，拋出“如何提高顯微鏡的分辨率”的問題，以問題解決為目標，自然引入國內(nèi)外相關研究成果及超高分辨顯微鏡的研究歷程和突破。引導學生在學習和工作上追求精益求精的科研態(tài)度。這種問題解決的邏輯線索中，也滲透著科學研究方法的步驟和過程，是訓練學生分析解決問題、提升科學思維能力的重要依托。

(3)科技發(fā)展線。科技發(fā)展線和時間線具有一定的重合，但這里強調(diào)的是儀器表征技術(shù)的研發(fā)過程中對關鍵部件或方法的優(yōu)化和創(chuàng)新，即“發(fā)現(xiàn)–使用–優(yōu)化–創(chuàng)新–迭代”的科技發(fā)展線。相對于時間線，更多展現(xiàn)的是技術(shù)的革新和成果突破，尤其是我國的高精尖儀器研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新。例如我國在場發(fā)射顯微分析綜合系統(tǒng)領域的研究成果顯示，由我國首創(chuàng)的高科技設備可以對材料微觀結(jié)構(gòu)、表面科學、強場物理、化學、激光物理等學科進行綜合性研究。通過科技發(fā)展線更容易讓學生明確科技創(chuàng)新的重要性，在引領學生掌握科學技術(shù)現(xiàn)代化內(nèi)涵的同時，深入理解物質(zhì)與文明的外延，領會職業(yè)素養(yǎng)與國家發(fā)展之間的關系；另外，從儀器的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化角度，尤其是在信息化、數(shù)字化、智能化的發(fā)展趨勢中，我們需要鍛造創(chuàng)新精神[3]，突破高精尖技術(shù)壁壘，實現(xiàn)中國制造和中國特色，把握科技核心力量，提升國際化視野和行業(yè)大局觀。

2 章節(jié)內(nèi)容——把握總體性和專題化

不同的專業(yè)和學科內(nèi)容，根據(jù)其本身的特點也有一定的學習方法。材料分析技術(shù)課程包含十六個章節(jié)的內(nèi)容，涉及到十余種儀器分析技術(shù)。課程中介紹的各種儀器表征技術(shù)，主要涵蓋信號的產(chǎn)生和檢測原理、儀器的構(gòu)造和部件、參數(shù)設定和樣品的制備、信號的收集和呈現(xiàn)、數(shù)據(jù)分析和結(jié)構(gòu)解析，以及定性和定量表征的應用等方面的內(nèi)容。由于儀器分析技術(shù)較多、知識點瑣碎，因此在教學過程中需幫助學生提煉合適的學習方法。總的來說，主要抓住“檢測原理–儀器構(gòu)造–分析應用”的教和學的主線，可以高效地歸納和整理重點內(nèi)容及知識框架。如圖1所示，這些章節(jié)內(nèi)容按照儀器分析技術(shù)的原理，主要分為X射線衍射分析、電子顯微分析、光譜分析及其他共三大篇章。從這些分析技術(shù)在材料研究中的功能上，又可分為晶體物相分析、成分價鍵分析、組織形貌分析和分子結(jié)構(gòu)分析四個專題。在教學實施中，以原理歸類按照三大篇章的專題進行教學，便于學生掌握同類儀器的主要原理和發(fā)展歷程；通過類比和對比，針對性地掌握同類儀器的各自特點和適用范圍。而在課程總結(jié)中，以材料研究需求作為專題總結(jié)，讓學生更加靈活地掌握儀器分析技術(shù)的相關應用，建立專業(yè)知識和實際生活的聯(lián)系，真正實現(xiàn)學有所有、學以致用，提升分析和解決復雜問題的能力。

圖1 材料分析技術(shù)課程教學內(nèi)容的章節(jié)劃分與專題應用

3 思政要素——注重精神浸潤與人文情懷

對于高校課程思政而言，教師在梳理知識脈絡和凝練學科知識的同時，需要充分挖掘課程思政元素及其隱性教育價值。在精準把握學生學習需求和認知規(guī)律的條件下，借助教學內(nèi)容載體將思政元素顯化[4]，在專業(yè)知識傳授和能力培養(yǎng)過程中提高專業(yè)課程的精神感染力和思政教育價值。對于理工科專業(yè)課，其內(nèi)容更注重科學知識的自然邏輯。因此，在課程思政的教學環(huán)節(jié)，可以依托科學家的理想信念、科學精神和人文情懷、科學前沿與科技突破等內(nèi)容實現(xiàn)思政內(nèi)涵的融入[5]。以材料分析技術(shù)課程為例，表1中列舉了與章節(jié)教學內(nèi)容相關的思政元素和思政融入點，主要以科學發(fā)展史、學科前沿突破和科技應用的相關案例為載體，實現(xiàn)科學思維和方法、科研精神、創(chuàng)新突破和學術(shù)自信，以及家國情懷和民族自豪感等方面的精神浸潤和思政教育。

表1 材料分析技術(shù)課程的教學內(nèi)容及思政融入案例

(1)科學史發(fā)展。如表1中序號為1–4列舉的案例，科學的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，通常按照時間線或需求線的邏輯展開，但其中會涉及具體的實驗方法和問題解決過程，例如提出問題–猜想與假設–制定計劃與設計實驗–實驗實施與收集證據(jù)–分析與論證–評估與交流的科學探究步驟；而在探究過程中又會涉及到控制變量法、類比法、描述法、轉(zhuǎn)換法、模型法等科學實驗方法。這些作為推動科學研究進展的重要方法可以加強學生對科學研究過程的認知，在解決具體問題時提供方法上的指導。另一方面，在客觀陳述科學史時，以角色力量重現(xiàn)科學家形象，真切感受科學家們堅持真理、鍥而不舍、刻苦鉆研、嚴謹細致的科研精神，提升學生的科研熱情。最終實現(xiàn)科學史在內(nèi)容識記、興趣激發(fā)、概念轉(zhuǎn)變、科學方法和社會文化[6]等方面的教育價值。

(2)學科前沿突破。如表1中序號為5–7、12、16–18的案例，在課堂教學中，適當引入前沿技術(shù)的研究進展，讓學生了解科研領域的難點、技術(shù)壁壘、市場痛點等，激發(fā)學生的科研興趣和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)激情。例如通過案例介紹我國所掌握的人造金剛石、月面探測器、核能石墨、航空用鋁合金預拉制厚板等核心技術(shù)，以及在金屬光子晶體超連續(xù)光源、碳基芯片、3D激光打印技術(shù)、高性能碳纖維等領域的重大突破。而在光刻機、高端電容電阻、透射式電鏡、醫(yī)學影像設備原件、高強度不銹鋼等方面面臨的卡脖子問題，仍亟待攻克。在儀器研發(fā)領域，可著重介紹我國的突破性研發(fā)成果，客觀呈現(xiàn)國產(chǎn)與進口儀器設備在精密參數(shù)控制上存在的差異。借此進行愛國教育，在家國情懷的熏陶中，樹立科技強國、人才報國的理想信念，明確大學生作為社會接班人的責任擔當。另外，國家科技獎勵制度所包括的最高科學技術(shù)獎、自然科學獎、技術(shù)發(fā)明獎、科學進步獎和國際科學技術(shù)合作等獎項中誕生了豐富的科學研究成果，據(jù)此提煉出豐富的思政要素，包括我國科技工作者以身許國的情懷、勇攀高峰的志向、嚴謹治學的態(tài)度和開放包容的胸襟[7]。與此同時，還可以結(jié)合學院資源平臺，提供開放的科研環(huán)境，讓學生根據(jù)自己感興趣的研究方向加入科研團隊，真切感受科研過程，引導學生思考自己的職業(yè)規(guī)劃和科研追求。

(3)科技應用案例。儀器分析方法是各類材料進行表征的重要技術(shù)手段，在材料微觀形貌探究、理化性質(zhì)檢驗、晶體結(jié)構(gòu)分析、未知成分判定等方面有廣泛應用。如表1中序號為6、7、10、11、20等列舉的部分科技應用案例，旨在通過探月工程、奧運精神[8]、自然事件等，引導學生從現(xiàn)象出發(fā)，綜合利用各類材料表征技術(shù)，充分運用專業(yè)知識探尋未知，明確其在指導生活、生產(chǎn)等方面的重要應用價值；同時從人文社會角度，挖掘精神層面的教育意義。

4 課堂呈現(xiàn)——增加深度參與和應用拓展

從教學層面上看，課堂是知識傳授的重要場所，教師作為高校思政課程教育教學實踐的組織者，采用合適的課堂表現(xiàn)形式，有助于更好地實現(xiàn)專業(yè)知識教學和思政教育的實踐。結(jié)合不同章節(jié)的教學內(nèi)容的特點，針對性地采用熱點事件趣味導入[9]、問題探究分組討論、文獻調(diào)研匯報小結(jié)、視頻影片重溫歷史、學科講座前沿應用、實驗參觀親身體驗等方式豐富知識的呈現(xiàn)形式，在提升學習興趣的同時加深對專業(yè)知識的理解和過程性體驗。例如以科學史的形式重現(xiàn)X射線的發(fā)現(xiàn)，以及物理、化學、生理醫(yī)學三大科學領域與X射線研究直接相關的25個諾貝爾獎的誕生；并深刻剖析我國的科學技術(shù)事業(yè)發(fā)展，以及科學創(chuàng)新和文化價值觀方面的追求。在電子顯微分析章節(jié)，通過問題解決的探究形式，以光學顯微鏡分辨率存在極限為問題引導，帶領學生探究電子顯微鏡的構(gòu)造，并嘗試提出提升透鏡分辨率的方法，培養(yǎng)知識的轉(zhuǎn)化和實際應用能力。在光譜分析技術(shù)章節(jié)，通過小組競賽的形式進行化合物的圖譜解析，學生根據(jù)提供的多個譜圖表征結(jié)果推斷化合物分子結(jié)構(gòu)；在規(guī)定時間內(nèi)考查學生解析結(jié)果的準確度和效率，在競賽氛圍中提升參與熱情和問題解決能力。在每個專題篇章的教學結(jié)束后，通過小組專題匯報形式交流最新儀器研發(fā)成果和相關技術(shù)突破，在資料搜集和分類整理的過程中，提升學生自主獲取和提煉有效信息及分享交流的能力；并借此引導學生將課堂知識和學科前沿結(jié)合，激發(fā)學習興趣；同時在課堂交流討論時，引導學生適當關注我國相關領域的研究進展，尤其是“卡脖子”的相關技術(shù)，讓學生了解到國家的高精尖技術(shù)需求和掌握核心技術(shù)的重要性；同學們對交流匯報過程中的表現(xiàn)進行生生互評和自評，作為平時成績的重要參考。而在課外延伸環(huán)節(jié)中，邀請學院專家老師進行專題講座，展示課題研究中相關儀器的研發(fā)進展及科技創(chuàng)新突破；同時結(jié)合學院的科研平臺和實驗儀器資源，課后安排儀器室參觀和儀器分析實驗環(huán)節(jié)，增強學生對知識的實踐性體驗，切實體會到技術(shù)的發(fā)展和專業(yè)知識的應用，強化科學素養(yǎng)和研究能力[10]。

5 效果評價——設計開放性習題與過程記錄

將思政元素自然融入到課程思政教育教學中，在知識的講授、能力的培養(yǎng)、價值觀念的形成等過程中提升學生的科學認知，加深社會參與和文化覺醒，實現(xiàn)知識遷移和問題解決，培養(yǎng)和鍛煉創(chuàng)新思維。相對于單純的專業(yè)知識教學，課程思政內(nèi)涵的融入增加了學生精神獲得的同時實現(xiàn)了價值培養(yǎng)，因此對學生的成績評定和課程思政的實施效果也需要建立相應的評價體系。

我們采用了“師生互評”的評價方式，包括“教師評價學生”與“學生評價教師”的雙向互評環(huán)節(jié)。其中，教師評價學生主要用于學生成績的評定，包括針對平時成績的質(zhì)性評價(占40%)和期末考試的量性考核(占60%)。質(zhì)性評價主要參考課前預習材料完成度、課堂答題準確度、提問和討論環(huán)節(jié)參與度、專題匯報效果，及課后作業(yè)完成情況(包括：作業(yè)得分和學習反饋)。借助雨課堂的教學軟件發(fā)布預習資料和檢測習題(如圖2a所示)，并記錄學生學習的過程性數(shù)據(jù)，隨時了解和記錄學生的學習狀態(tài)、積極度和參與度，豐富平時成績的評價范圍和內(nèi)容。量性評價即學生的考試卷面成績，試題中加入了思政元素并增加了綜合性和開放性習題的設置(約占試卷整體的20%)。例如在簡答題中設置儀器分析技術(shù)在檢測條件、適用對象、結(jié)果處理等方面的歸納分析題，強調(diào)對比、類比的學習方法和總結(jié)歸納的能力；在計算綜合題中呈現(xiàn)不同儀器表征數(shù)據(jù)，學生對譜圖中的有效數(shù)據(jù)進行提取，并推斷和解析分子結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)知識的靈活運用，在圖譜解析的實踐中檢驗知識的掌握情況；或以前沿科研問題為切入點，提出新材料的研究需求，讓學生綜合選用多種儀器分析技術(shù)實現(xiàn)問題分析和解決。例如從探月工程的月壤形貌、成分、結(jié)構(gòu)等研究需求入手，設計選用合適的儀器分析技術(shù)并闡述預期結(jié)果；再如冬奧冰壺材質(zhì)分析、和田玉真假鑒定等綜合分析問題，強化專業(yè)知識的靈活運用。

圖2 材料分析技術(shù)課程相關數(shù)據(jù)記錄和學生反饋

而學生評價教師主要通過教務評教系統(tǒng)和課后問卷及談話來實施，評價結(jié)果主要用于教學反饋和反思，以及針對課程思政實施效果的初步測評。如表2所示，從近三年的課程教學質(zhì)量評價結(jié)果中可以看出學生對課程思政的實施有較高的認可度，學生能意識到課程中引入的思政元素和育人理念，且課程思政的實施對學生個人的人生觀和價值觀產(chǎn)生了一定的影響。另外，從課后與學生的問卷和談話中我們發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過初步的教學實踐，學生對課堂教學中設置的思政元素印象深刻(如圖2b所示)，能回憶并描述科學史實和部分科學研究方法；在總結(jié)掌握一定的學習方法和規(guī)律時，提升了對復雜問題的分析解決能力；通過課堂匯報交流和課后的實踐拓展，同學們關注到專業(yè)相關的科研難點和市場痛點，有部分同學堅定了科研深造、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等與專業(yè)相關的理想追求。然而，在針對課程思政的實施效果評價方面，如何通過量化和直觀的評價指標切實反映出課程思政的育人效果，尤其是對學生在精神情感方面的獲得情況、價值觀念的引導成效以及對后續(xù)學習和工作上的影響輻射等，還需要進一步改進和探索。

表2 學校教務系統(tǒng)中本課程近三年的學生評教情況

6 結(jié)語

課程思政建設的教學實踐，充分關注了社會發(fā)展中人文精神和學科本身的融合。通過對教學內(nèi)容、教學過程的細致編排和設計，可以完善課程思政在高校思政建設中的關鍵作用。從材料分析技術(shù)課程的思政教學效果上看來，課程思政教育教學的實施在一定程度上推動了學生價值模塊的構(gòu)建，有利于實現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)、價值塑造三位一體的育人目標，為進一步優(yōu)化課程思政教學的實施提供指導和參考。然而，目前仍存在一些問題值得進一步探究，例如如何直觀有效地評價課程思政的教學和育人效果，尤其是對學生價值觀念和思維情感獲得等方面的評價；另外不同的教師選擇課程思政的教學內(nèi)容和教學方式不盡相同，課程思政的實施規(guī)范和教師實施課程思政的能力還需要進一步落實和提升[11]；再者如何從學生角度，在立足課程思政教學工作的同時，滿足學生的偏好和需求也是提升課程思政教學效果的重要考量。