基于“課程思政+知識圖譜”的材料專業高質量課程建設探索與實踐

盧艷麗 王洪強 高峰 葉奇

摘? 要：該研究基于國家級一流本科課程、全國工程專業碩士學位研究生教育在線課程建設項目，和西北工業大學“課程思政”示范課程建設項目以及知識圖譜，面向材料專業學生，針對航空航天用高性能金屬材料課程，教學過程中的課程思政進行探索與實踐，有望從基于知識圖譜的新形態課程內容建設、思政內容的挖掘、教學模式和考核方式等幾方面，為探索“課程思政+知識圖譜”在高等學校工科類材料專業課程中的實現途徑提供理論參考。

關鍵詞：一流課程；課程思政；知識圖譜；材料科學與工程專業；探索與實踐

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）20-0038-04

Abstract： Based on the national first-class undergraduate courses， the national engineering master's degree online course construction project， the "Curriculum Thinking and Politics" demonstration course construction project of Northwestern Polytechnical University and the Knowledge map， this study explores and practices the curriculum thinking and politics in the teaching process of high-performance metal materials for aerospace for students majoring in materials. It is expected to provide theoretical reference for exploring the realization way of "curriculum ideology and politics + knowledge graph" in engineering material courses in colleges and universities from the aspects of new form of curriculum content construction， ideological and political content mining， teaching mode and assessment method.

Keywords： first-class; curriculum ideological and political education; knowledge graph; materials science and engineering; exploration and practice

立德樹人是我國高等學校人才培養的根本任務[1]。習近平總書記在2016年12月的全國高校思想政治工作會議上提出，要堅持把立德樹人作為中心環節，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[2]。為我國高等學校專業人才培養提出了新的指導思想。為全面落實該會議精神，2020年教育部印發了《高等學校課程思政建設指導綱要》文件[3]，明確指出：要緊緊抓住教師隊伍“主力軍”、課程建設“主戰場”、 課堂教學“主渠道”，讓所有高校、所有教師、所有課程都承擔好育人責任，守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思政課程同向同行，將顯性教育和隱性教育相統一，形成協同效應，構建全員全程全方位育人大格局。

金屬材料及其應用課程是西北工業大學材料學院工程碩士專業必修課，2016年獲全國工程專業碩士學位研究生教育在線課程建設項目，2018年在學堂在線平臺上線運行，目前選課人數近萬人。在新時代“課程思政”和“人工智能”的大背景下，本項目緊密圍繞學校辦學定位、專業特色及學校研究生培養方案，致力于培養具有扎實基礎、創新意識、團隊精神、務實作風和開拓能力的材料科學與工程專業高級人才的要求，貫徹落實新時代高等教育立德樹人根本任務，具有重要的意義和迫切需求。

一? 國內外研究現狀

2023年1月12日，全國教育工作會議上，懷進鵬部長明確提出“大力實施國家教育數字化戰略行動，推動塑造教育發展新賽道新動能新形態”。人工智能為高等教育賦能成為重要趨勢，基于課程思政+AI信息技術，建設高質量材料專業課程勢在必行。

美國教育家杜威在《民主主義與教育》中指出，要把學生的道德教育與所有課程結合起來，并發揮家庭教育的作用。杜威反對直接的道德教育，認為這樣會削弱德育的效果。美國教育家Jackson P， 在其著作《課堂生活》中提到隱性教育的概念，認為應該運用啟發式、體驗式教學方式，將教育目的融入到教學實踐活動中，通過隱蔽而間接的方式，使學生接受態度、價值、動機等方面的影響。Stephen R教授在研究過程中建議，可以把社會主流的價值觀灌輸到學生的思想中，強化他們的信仰、階級意識、文化等。對于學生來說，隱含的教學方式比正式的教學方式更有效，透過課堂教學，讓學生能夠接受一定的社會關系、規則、價值觀等。德國思想家赫爾巴特認為，要借助教學、訓練等方法，將德育教育滲透到學校、社會、家庭中，建設“三位一體”的教育體系。這些教育家都認為應該將德育于無形中滲透到課程教學中。

通過對中國知網“金屬材料+課程思政”相關的文章的梳理與概括發現，目前，我國關于“金屬材料課程思政”的研究開始于2019年，當年關于“金屬材料課程思政”論文主題主要集中在“課程建設”“德育目標”，以及“制度建設”等主題[4-6]。2020年至2021年，隨著各類理工科學院?！罢n程思政”建設的進一步發展，相關研究主題進一步豐富，出現了關于“教學路徑”以及“教學模式”等主題的課程思政類研究。李新星等[7]在《材料科學與工程專業課程思政教學設計與實踐——以“金屬材料學”課程為例》中，圍繞教育方法與載體途徑，探討了金屬材料學與課程思政的結合點。秦芳誠等[8]在《基于課程思政建設的金屬材料及熱處理課程教學體系改革》中，探討了課程思政建設的必要性，教學內容和教學的方法手段等，提出將項目式教學與虛擬仿真實驗教學平臺相結合。馬冰洋等[9]在《“工程材料與金屬熱處理”課程思政的探索與實踐》中，探討了如何尋找課程思政元素的切入點及熟練挖掘課程思政元素。2022 年關于金屬材料“課程思政”的研究呈現出持續上升的熱度。文章的主題分布也進一步豐富，對金屬材料相關課程思政“實踐路徑”的主題研究增多。在這一年度，也涌現出對新工科背景這一特定環境中金屬材料課程建設的研究，王倩倩等[10]在《新工科建設金屬材料課程思政教學設計研究》中，以東南大學能源與環境工程學院開設的工程金屬材料課程為例，面向非材料科學專業學生，圍繞鍋爐與汽輪機用鋼及事故分析內容，探討如何將新工科建設與課程思政有機統一。申世廣等[11]通過可視化計量分析軟件CiteSpace 繪制“課程思政”研究的知識圖譜。林子艦等[12]采用知識圖譜分析了物理實驗中分析對象的親疏關系，從而揭示相關學科的演進關系。

通過對中國知網金屬材料“課程思政”主題分布和學科分布的檢索，及金屬材料“課程思政”“知識圖譜”論文數量和學科分布的研究發現，目前我國關于金屬材料“課程思政”建設的研究多集中于“課程建設”和“建設路徑”等方面的研究，特別是關于非金屬材料專業的課程個案類研究數量較多。而關于金屬材料及其應用，尤其是針對航空航天用金屬材料課程的“課程思政”建設與研究較少，針對高等工科院?！罢n程思政+知識圖譜”在人才培養中的路徑研究更少。

二? 研究目標

一是，探明教育數字化背景下，材料專業課程與AI信息技術融合的有效路徑。

二是，探明混合式教學模式下，信息技術與課程思政教學的深度融合實踐路徑。

三? 研究內容

（一）? 構建基于知識圖譜的新形態課程內容體系

通過將學堂在線平臺的在線課程、電子教材、培養方案和教學大綱等資源進行結構化關聯，對學科知識進行實體和關系等信息的抽取，從而形成認知支架，并對不同標簽的數字教育資源進行組織和管理，構建知識圖譜。將零散的材料學科知識，根據其知識結構和內在特征形成統一的知識表示，并為學生提供豐富的個性化服務。有助于學生對知識進行更深層次的理解和運用。

（二）? 優化教學內容設計，注重知識的交叉與融合，滿足個性化學習需求

在構建知識圖譜的基礎上，優化教學內容設計。線上線下混合式課程區別于其他課程的特征之一，是其具有豐富的教學交互形式。通過教學內容的設計，線上教學的開展為學生的操作交互提供良好的契機，而以知識圖譜、AI信息技術、知識的交叉與融合等為代表的軟技術在促進學生信息交互、概念交互方面具有巨大的潛力，優化的教學內容設計有利于促進教學交互從低級的操作交互向高級的概念交互轉化，培養學生高階思維，發展學生核心能力。

（三）? 強化課程思政建設，打造“課程思政+數字化教學+專業”的教學模式

將課程思政理念融入課程設計，通過對課程思政核心要素與混合式教學要素進行有效融合，借助數字化教學手段，通過“啟發+創設問題”、“線上+線下”混合式、“課內+課外”全方位教學，圍繞知識傳授、價值塑造和能力培養。引入材料科技的故事，材料學發展的故事，材料學家的故事，讓學生近距離感受新時代材料精神。通過材料科技發展與課程教學過程中的開放融合典型案例，引導學生開放與共享的新發展理念，激發學生充分利用全方位、高水平、多層次的學習與交流平臺，培養學生跨學科、跨技術、跨領域的創新融合能力。

四? 研究思路和方法

（一）? 課程知識圖譜的構建

在課程教學大綱的基礎上，重新梳理課程包含的知識點，構建知識點之間的相互關聯，幫助學生構建知識網絡，了解知識點的學習脈絡。知識點間的關系總體可分為三大類：包含關系、順序關系和相關關系。包含關系體現了多個知識點間的較強的邏輯關系；順序關系體現了知識點與知識點之間的依賴遞進關系；相關關系體現了知識點與知識點之間內在相關關系（如圖1所示）。AI人工智能將在三大類關系的基礎上，根據課程內容以及教學特色進行本課程領域特有的自定義知識關系，并舉出課程的相關實例進行輔助解釋與理解，并將后續知識關系與知識點進行鏈接，生成本門課程知識圖譜。

（二）? 學生個性化學習路徑探索

有目的、有計劃地建設課程知識圖譜、教學視頻、教學設計，有針對性地教學，使其更貼近不同專業的應用，進一步提高學生的學習興趣。線上線下相結合的方式更有利于了解學生的個體差異及真實需求。課前，發布包含不同專業內容的預習任務，并要求學生有選擇地進行回答。課堂上，在教學平臺上發布課堂任務或問答題，在課堂時間有限的情況下，使所有的學生都能夠參與到課堂當中來，提高學生的課堂參與感。課后，在教學平臺上布置側重點各異的課后作業，學生依據自身專業基礎和學習特點，選擇其中的內容進行思考作答，滿足不同學生的個性化學習需求（如圖2所示）。

（三）? AI技術與課程思政的深度融合

深入探索課程思政對人才培養的重要作用和實現路徑，結合利用西北工業大學的國防特色和資源，以及材料學院豐富的科技研究成果，注重人文素養元素的挖掘和培養，將思政教育真正帶入課堂之中。盡可能融合多種教學資源，通過分析總結，基于材料背景，借助AI信息技術分析，挖掘課程思政的共性，并將其貫穿到教學的各個環節，真正實現以學生為中心，以及教育與教學的有機統一。通過可視化的展示方式，結合人工智能技術，更加便利地讓學生了解和掌握，獲得更好的學習效果，推動數字化教育的AI化，進一步提升教學質量。

五? 可行性分析

（一）? 材料專業課程蘊含豐富的德育資源

金屬材料及其應用課程作為材料學院工程碩士專業必修課，蘊含著豐富的育人資源。對培養學生的道德品質、社會適應起到重要的作用。課程在工程實踐中的應用，強調實事求是的科學態度，精益求精的工匠精神，還需要持之以恒、堅持不懈的拼搏精神。在制定工藝參數、優化合金組成及性能測試的過程中，還需要在遵循一定的科學原則基礎上，根據工程實踐進行創新。

（二）? 學校和學院為項目研究提供充分的條件保障

西北工業大學材料學科在最新一輪國家“雙一流”學科評估中名列材料學科第一方陣前列，學校和學院一直都很重視教育教學工作，將立德樹人作為人才培養的第一要務。通過政策、項目等支持，鼓勵教師進行教學改革研究，為本項目的順利實施保駕護航。

（三）? 課程團隊具有良好的研究基礎

課程團隊先后獲批2門國家級一流課程，1門全國工程專業碩士學位研究生教育在線課程建設項目等，被評為西北工業大學“研究生課程思政教學團隊”。該課程已經在學堂在線課程平臺運行7期，積累了良好的在線教學資源。課程團隊成員結構合理，均為教學科研和管理一線人員，熱愛教育教學，具有十多年的金屬材料及其應用課程教學及管理經驗，主持多項教學研究與改革項目，發表多篇教學研究論文，確保了本項目順利實施。

六? 特色與創新

本項目的創新之處在于探明國家教育數字化戰略行動背景下，將AI技術與課程思政緊密結合，構建金屬材料及其應用課程知識圖譜，探索材料專業課程思政教學模式與教學效果考核的創新。具體特色和創新如下。

（一）? 打造基于知識圖譜的材料類課程的新形態教學資源

課程知識圖譜不光有“知識”，還要與培養目標和能力緊密關聯。課程知識圖譜的建設主要包括課程目標層、問題體系層、基礎知識層和教學資源層四個維度，構建結構化教學資源，培養學生的思維能力，幫助學生掌握課程的基礎理論知識，系統提升學生利用知識解決問題等能力。

（二）? 構建滿足學生個性化學習需求的數字化與智慧教學設計

以知識圖譜為核心的在線教學模式突破傳統的線性教學過程，以更高效、更便捷的信息化手段提供個性化教學，根據學生的基礎狀態，推薦適合其自身的學習路徑與學習內容，適時地調整學習難度和順序。利用人工智能技術，及時調整學習難度與學習內容，逐步實現可規?；膫€性化教育。

（三）? 探索教育數字化背景下，材料類專業課程思政的教學實踐路徑

通過對材料類專業課程知識背后的邏輯、精神、價值、思想，基于AI信息技術，以春風化雨、潤物無聲的方式鑄牢學生的理想信念，形成對思政課程的有益補充和拓展深化，在學生社會主義核心價值觀教育中起到“浸潤、深化和拓展”的作用。

七? 結束語

課程是人才培養的核心要素，是影響學生發展最直接的中介和變量。課程質量直接決定人才培養質量。教育數字化是我國開辟教育發展新賽道和塑造教育發展新優勢的重要突破口。廣大教育工作者要進一步推進數字教育，為個性化學習、終身學習、擴大優質教育資源覆蓋面和教育現代化提供有效支撐。西北工業大學材料專業課程教學團隊以立德樹人為根本任務，以培養具有家國情懷、追求卓越、引領未來的領軍人才為主要目標，運用AI信息技術，建立豐富的線下課程教學資源，深度挖掘并融入課程思政元素，打造了國家級一流課程及全國工程碩士學位研究生教育在線課程，為大力推進材料專業數字化教學資源建設、課程思政建設與創新，提供了有益的探索與實踐。

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基金項目：陜西省學位與研究生教育研究重點項目“基于課程思政+知識圖譜的材料類高質量研究生課程建設的探索與實踐”（SXGERC2023017）；西北工業大學教育教學改革研究重點攻關項目“聚焦‘總師型人才培養的材料專業一流課程數字化變革研究與探索”（無編號）

第一作者簡介：盧艷麗（1975-），女，漢族，山西運城人，工學博士，教授，博士研究生導師。研究方向為材料科學與工程專業教學及科研。