“智能技術+工學專業+課程思政”融合教學探索

王曉鈞 李旸

摘? 要：作為復合材料與工程本科專業的重要專業課程，復合材料工學是復合材料專業學生或其他相關專業學生從事復合材料學習、科學研究、生產和應用等必須掌握的主要課程。智能技術的發展是當今社會信息化和進步的要求，作為引領教育方向的思政教育，是為國家培養素質過硬人才的初心和使命。該文探索在復合材料工學課程中進行智能模塊化切入的方法，把握要領將課程思政教育有機融入課程的途徑，研究將工學、智能技術、課程思政教育及智慧教學合為一體的操作，對復合材料專業課程的課程思政教育提出拓展思考。

關鍵詞：智能技術;復合材料工學;課程思政教育;育人;智慧教學

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）17-098-04

Abstract： As an essential professional course toward the bachelor of engineering degree in composite science and engineering， Technology of Composite Materials is designed to prepare you to be a professional technologist， researcher， and manager in the future. Intelligence is the sign and the requirement of today's informatization society. Ideological and political education offers guidance for education， and exhibits the original aspiration and mission for student training. In teaching practice， intelligence modularity was introduced into the course through distinctive modularity. Ideological and political education were organic confluence with the course. The course of Technology of Composite Materials， intelligence， ideological and political education， and wisdom teaching were combined together in the teaching process and the student training. Deep thinking was made for ideological and political education of major courses.

Keywords： intelligence technology; Technology of Composite Materials; ideological and political education; educate people; wisdom teaching

中國的復合材料及其產業以大氣磅礴之勢屹立于世界的東方，在復合材料原材料、復合材料生產工藝、復合材料產品應用領域等多個方面，中國處于世界的先導地位，引領著世界復合材料走向未來的新紀元。復合材料工學（以下簡稱工學）以當代先進的復合材料制造原理、制造工藝、制造設備為視角，向同學傳授基礎的、實用的、面向未來的復合材料的工學知識;教授學生現代復合材料領域的工藝及設備的原理、過程、運行、參數、結構和應用。以智能為代表的第四次工業革命，將人類社會帶入了人與智能共存的新時代，深刻地改變了社會、生產和人類生活。因此，適應智能化第四次工業革命與滿足社會進步的需求，是高素質專業人才培養的關鍵問題。作為復合材料專業高素質人才培養的高校，培養什么人，怎樣培養人，為誰培養人是學校教育中的根本問題[1]。在此過程中，立德樹人成效是檢驗高校一切工作的根本標準[1]。落實立德樹人的根本任務，必須將價值塑造、知識傳授、能力培養三者融為一體，不可割裂[1]。這一戰略舉措的落實，就是切實履行立德樹人的根本任務——思政建設。

因此，在新時代和新的工業革命中，考量智能與工學，以及與課程思政教育發展的新融合和新發展，是牢記初心使命和改革創新的新嘗試，是培養中國復合材料專業人才和推動中國復合材料產業進步的新探索。

一? 智能對復合材料工學的模塊化切入

復合材料工學的教學有著其知識目標、能力目標、素質目標。工學的知識目標就是要求學生掌握樹脂基復合材料的常用工藝與基礎設備原理和應用，從工藝設計、工藝流程布置、原材料、工藝控制及工藝設備五個部分學習和掌握知識。同時，在復合材料工業的與時俱進中，工學的知識目標要求學生學習和應用3D Studio Max、ANSYS、PPTX、MATLAB和3D 3S等技術。工學的能力目標是通過認知學習，培養學生具備適應復合材料研究和工業制造的能力和素質，能夠應用智能技術，對學習中難以展現的工藝進行“‘智生專業”的場域轉換。工學的素質目標則強調成為既掌握現代智能技術，又具有扎實的專業知識，推動中國復合材料產業和研究進步的大國工匠和專業人才。

從工學的目標中可以看到，智能是工學學習的必要內容。智能對工學的切入，是我們探索的一個關鍵?！吨袊逃F代化2035》中明確要加快信息化時代教育變革，利用現代技術加快推動人才培養模式改革，實現規?；逃c個性化培養的有機結合[2]。蔣占峰等[3]指出：在教學方式與載體的選擇上，要充分利用互聯網、人工智能、大數據、AR和VR等技術，實現線下與線上的協同。當代大學生深受網絡虛實二重性的影響，這使得高校思想政治教育工作應進行改革與創新。課程思政的建設要凸顯互聯網思維，著眼課內課外、校內校外、線上線下的具體情況與現實需求，在以“內容為王”特質的基礎上，構建集思想交流、價值引領、問題研討和成長分享于一體的交互式、立體式、集成式的線下線上課程思政體系。因此，在鑄國之魂和育國之匠的過程中，針對工學中有多個工藝，各工藝的工序不同，得到的產品也有不同的特點，智能技術融入工學教學的要點不僅是要有教育意識的高度，更要注意突破工藝或工序中難以實現或者不容易被直觀實踐之處，利用智能技術對工藝流程和工藝的內在規律進行智能化的展現，對工藝中的復雜工序進行模塊化設計，并進一步進行工序的模塊化組合是其中的關鍵。因此，智能與工學的結合側重于工藝規模較大，或工藝流程較長，或工藝復雜度較大，或教學實驗室比較難以再現的工藝。例如，復合材料原材料生產工藝中，玻璃纖維池窯的生產工藝體現出現代化和大規模化，普通的教學課堂和教學實驗室不可能真實地展現這樣的工藝流程，如果用書本上的流程化框圖表達，是抽象和僵硬的，生產的照片展示也是局部的、靜止的、不連貫的，學生的想象受到限制，學習的效果受到影響。采用3D Studio Max技術，將原料的入窯、高溫反應、玻纖拉絲、浸潤劑涂敷和收卷等工序一一進行模塊化智能制作，各工序環節的特點對應各模塊進行分立學習，可以達到形象、細致、可分立和可組合。又如，纏繞工藝中的纏繞規律，用實驗的方式難以進行導絲頭、芯模多方位的修改和設計，在真實的纏繞生產中，難以對導絲頭、芯模的運動規律進行深入的分解認知和學習，更難以細致地研究它們各自的規律性。在PPTX、3D Studio Max、ANSYS的智能技術中，進行模塊化操作和組合，可以細細揣摩纏繞工藝中紗架模塊、浸膠模塊、導絲運動模塊、芯模纏繞模塊和紗線運動模塊，連纖維的走向細節都可以規律性地弄明白，工序過程的細節得到清晰展示（圖1）。還可以在模塊化的操作中融入設計和創新的自我元素，將工學的學習變成知識與人的“人機與共”和“人機和諧”，即“在人機互動、互創、互幫和互建情境下，人機一體化，人類的命運與類人機器人的命運聯系在一起，可謂人機與共，不是人機沖突、對抗，而是人機和諧、共建人機命運共同體的美好愿景”[4]。將工學的學習變成應用自如的智能模塊化的設計，這也印證了人工智能學者瑪格麗特·博登[5]曾對人工智能的定義：“讓計算機完成人類心智能做的事情?！?/p>

二? 課程思政教育是專業教育賦予新生命的新驅動

習近平總書記在學校思想政治理論課教師座談會上的重要講話指出，用新時代中國特色社會主義思想鑄魂育人，引導學生增強中國特色社會主義道路自信、理論自信、制度自信、文化自信，厚植愛國主義情懷，把愛國情、強國志、報國行自覺融入堅持和發展中國特色社會主義事業、建設社會主義現代化強國、實現中華民族偉大復興的奮斗之中[6]。因此，高校的課程思政教育是新時代中國特色社會主義教書育人的必要途徑。進行思政教育的基本要領是“要堅持政治性和學理性相統一;堅持價值性和知識性相統一;堅持建設性和批判性相統一;堅持理論性和實踐性相統一;堅持統一性和多樣性相統一;堅持主導性和主體性相統一;堅持灌輸性和啟發性相統一;堅持顯性教育和隱性教育相統一”[6]。

遵循思政教育八個統一的要領，探索實踐可行的、實際的、有效的復合材料工學課程思政教育的方法創新。第一，思政教育法。這是教學中貫徹“教書育人”和“鑄魂育人”的根本和大方向，在教學過程和教學內容中必須時刻把握，將教學提升到培養中國特色社會主義建設者和接班人的能力和素質的高度，并且讓學生們未來具有專業和產業發展的領航能力。第二，引導法。通過現實中的石油化工、食品工業、航空航天、汽車和軍事等實例，包括2022年在北京舉行的冬奧會和冬殘奧會的火炬（由南京工業大學復合材料專業畢業學生主要參與研制、點燃、運行），引導學生認識到纏繞工藝產品在日常生活的普及性和國民經濟中的重要性，增強學習的興趣和實際感觸。特別是2022年北京冬奧會和冬殘奧會“飛揚”火炬的典型事例，非常貼近又非常有心靈震撼，是一個活生生、強有力的課程思政教育的典范。這個典范用現實的強大力量引導學生，為國爭光，為人類的發展進步做出實在的貢獻，立志成為中國特色社會主義建設者和接班人。第三，案例比較法。例如對于纏繞工藝，采用比較法認識不同纏繞工藝之間的特征和差異，中國在纏繞工藝中的創新和推動，復合材料專業畢業生在其中發揮的重要作用，就是一種價值與知識統一的教育，寓人生價值觀于潤物細無聲的課堂教育。第四，研討法。思考和研討纏繞的規律，這是有深度和有難度的地方必須要注意的，在與教師的相互探討中和教師的提示中，啟發學生找到規律和技巧。以透徹的學理分析回應學生們，我們培養的學生為什么能，為什么必定能。第五，現實體驗和交流。思政教育不宜局限于課堂上的教育，思政教育更加需要“活生生”的展示。在教學課堂之外，創建“學長導航”的思政教育大講堂，即“The best way to learn is to learn from the best——優秀學長導航”為主題的“鮮活思政”。邀請在復合材料領域做出較為突出貢獻的校友現身說法，展示復合材料在國民經濟和百姓生活中的廣泛應用，展示未來人與自然相融合的復合材料發展愿景。在社會中錘煉成長的學長們對人生的感悟和對復合材料持續發展新未來的演講，激勵同學們在未來職業生涯中揚帆起航。學長們講述現實中的智能化生產和智能化設計，啟迪同學們更加重視智能技術與工學專業知識的結合，努力學習專業知識和當代智能技術，成為有作為的中國特色社會主義建設者和接班人。

在課程思政教育的綱領和基本要領指導下，結合課程思政教育的落實和方法探索，形成“中國特色社會主義、愛國主義、人生價值教育及倫理道德和法律意識教育”的課程思政教育四個主元素，在課程設計、課程講授、課堂討論、作業布置和考試考核五個方面予以展開和考核。

三? 智能與工學和思政教育的“三位一體”

基于智能對復合材料工學的模塊化切入，以及思政教育的架構，將智能與工學和課程思政融合成一體。樹脂基復合材料行業的科技創新發展和當前科技產業大變革的時代背景，科技和產業強國的理念和使命感，促使學生形成堅定的“意識決心”。將智能實踐切入到工學的環節中，通過虛實結合，虛實互補，實現“專業知識”的“技術轉軌”;讓學生在學習過程中，提升智能素養，感悟理論知識和技術關鍵，與生產實際相結合，感觸到中國特色社會主義建設者和接班人的知識、能力、素質全面培養的迫切性和必要性。將知識點與智能中的操作相關聯，基于精準教學理念結合學生學情，及時調整教學策略，優化教學效果，在課程智能設計、智能個性、智能自適應三個方面體現寬泛的“智慧學習”。教育學生不僅探索，而且思考;不僅學習和實踐，而且落實和考試。

智能賦能復合材料工學鑄國之魂、育國之匠的研究和實施的價值在于：將智能、“智慧教學”和復合材料工學深度融合，并在課程思政教育中升華，順應智能時代的發展，體現習近平總書記指出的“積極推動人工智能和教育深度融合，促進教育變革創新[7]”。本案例是在實現民族復興的偉大征程中貫徹黨的教育方針，體現習近平總書記“堅持教育為人民服務、為中國共產黨治國理政服務、為鞏固和發展中國特色社會主義制度服務、為改革開放和社會主義現代化建設服務”的指示[6]，堅持思政的政治航向和專業技術與時俱進的創新發展，是智能時代中智能、交叉學科與課程思政相互交融、相互促進的“三位一體”的標志，為專業課程的智能賦能和思政教育提供有益參考，最終形成“智能實踐+智慧精準教學+專業基礎+思政教育”的教育統一，將習近平總書記提出的課程思政教育的“八個統一”不僅融合在課程思政教育的實踐中，而且融入在“智能實踐+智慧精準教學+專業基礎+思政教育”的教育統一中，形成既有內循環，又有外拓展，更有大循環的建設理念和建設框架（圖2）。

在課程建設中，基于樹脂基復合材料行業的科技創新發展和當前科技產業大變革的時代背景，幫助學生樹立科技強國的理念和使命感，堅定“意識決心”;智能技術和實踐切入到復合材料工藝環節，通過虛實結合，實現“專業知識”的“技術轉軌”，讓學生在親身的仿真實踐中，提升智能素養，感悟理論知識和技術關鍵，與生產實際相結合，強調中國特色社會主義建設者和接班人的知識、能力、素質全面培養;將知識點與智能仿真實驗中的操作相關聯，基于精準教學理念，結合學生學情，及時調整教學策略，優化教學效果，發揮學生的特長，在課程智能設計、智能個性、智能自適應三個方面體現寬泛的“智慧學習”。

四? 智能與工學和思政的教育拓展

智能賦能復合材料工學鑄國之魂、育國之匠的研究和探索，強調的是以人為本，立足培養熱愛祖國、為國家發展做貢獻的接班人。課程的視野不宜局限于幾十人的小課堂，局限于講臺范圍內的“一畝三分地”，要服務于學生、服務于國家和社會、服務于未來。因此，智能賦能復合材料工學鑄國之魂、育國之匠的工作更加需要深思和拓展。

從學生角度定位與思考。智能+交叉學科的教學要結合學生的成長規律，以學生為中心進行個性化教育。課程思政教育和智能應用，不是老師推著學生，而是要激發學生的熱情，使他們愿意傾聽思政教育的內容，主動迎接現代智能技術的新挑戰，從挑戰中獲得技能和知識。學生成為主動的實踐者和創造者，是實現人才培養及智能+專業學科的新的復合和創新，真正成為“智慧教育”。在教育和教學中宜把準不同學生的不同定位，對思政教育的感知度、智能化教育的深度和難度要有適度的把控，對于學習能力強、學習態度端正、科創熱情高的同學，可以壓任務，與教師和專業人士共探討，在專業知識的考核中，適度向他們傾斜。

從智能角度定位與思考。智能是時代進步的標志，智能技術在不斷進步。智能軟件和硬件的提升，是不可或缺的兩大組成。智能交叉學科課程的課程思政教育建設需要教師與時俱進，并對智能技術本身有認知和了解，知道怎么做，怎樣做得好，在哪些方面有益于對學生進行專業知識的傳授和思政教育。對學生也有智能技術基礎和學習能力的要求，而且必須擁有實現智能技術與專業學科創新的計算機硬件，這是運行智能過程的基本要求。

從專業知識角度定位與思考。隨著復合材料工業的蓬勃發展，專業知識和技術水平日新月異。在教學中，首先要清楚哪些工藝可以與智能技術進行學科交叉，智能技術如何恰當地賦能復合材料的技術和工藝。在應用中，注意不能過度強調智能技術，要與實際相吻合，因為該交叉學科的專業是和國民經濟基礎產業相關聯的實體大產業，以“實業報國、實干興邦”為特色。因此，要掌握好“虛實結合”這個關鍵，牢記“實踐是檢驗真理的唯一標準”的哲理。

五? 結束語

智能，是時代的標志和發展;復合材料工學，是蓬勃發展的復合材料朝陽產業中的基礎和必備知識;課程思政教育，是中國特色社會主義的初心使命和百年大計。智能賦能復合材料工學鑄國之魂、育國之匠的探索和研究，是發展中的復合材料專業知識與“靈智”的智能、與“鮮活”的思政共存、共享、共進的理念，為中國特色復合材料專業人才的培養開辟教育與教學新途徑，創新教育與教學的新理論，升華教育與教學的新高度，為新時代中國特色社會主義的教育注入新活力。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國中央人民政府. 教育部關于印發《高等學校課程思政建設指導綱要》的通知[EB/OL].（2020-05-28）.http：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-06/06/content_5517606.htm.

[2] 中共中央、國務院印發《中國教育現代化2035》[EB/OL].（2019-02-23）.http：//www.gov.cn/xinwen/2019-02/23/content_5367987.htm.

[3] 蔣占峰，劉寧.高校課程思政建設的多維審視[J].現代教育管理.2022（9）：111-118.

[4] 張立文.和合人生價值論——以中國傳統文化解讀機器人[J].倫理學研究，2018（4）：1-12.

[5] [英]瑪格麗特·博登.人工智能的本質與未來[M].孫詩惠，譯.北京：中國人民大學出版社，2017.

[6] 習近平：用新時代中國特色社會主義思想鑄魂育人 貫徹黨的教育方針落實立德樹人根本任務[EB/OL].（2019-03-19）.http：//jhsjk.people.cn/article/30982234.

[7] 習近平向國際人工智能與教育大會致賀信[EB/OL].（2019-05-16）.http：//jhsjk.people.cn/article/31088558.

基金項目：南京工業大學智能制造課程思政工作室開放課題“智能仿真賦能復合材料工學”（ZNZZSZ02）;南京工業大學在線開放課程立項建設“復合材料工學”（ZXKFKC20216205）;南京工業大學第一批課程思政示范課程“復合材料工學”（KCSZ20216046）;南京工業大學一流本科課程“復合材料工學”（YLBKKC，XSXX20227804）

第一作者簡介：王曉鈞（1963-），男，漢族，安徽阜陽人，博士，教授。研究方向為復合材料和材料化學。