[摘 要]文章以仿生設計課程為載體,通過理論教學重構、實踐滲透與評價體系融合三方面推進課程思政建設。在理論教學重構方面,構建“自然智慧—人文精神—科技倫理”框架,結合傳統文化與工程案例,強調生態意識與文化自信;在實踐教學建設方面,通過構建三級項目體系,開展校企協同及社會實踐,將工匠精神與社會責任感融入其中;在評價體系構建方面,創新“三維評價模型”,實現思政要素可量化評估。教學實踐表明,課程思政教學改革顯著提升了學生的創新能力,培養了學生的價值觀,有望為新工科課程思政建設提供可借鑒路徑。
[關鍵詞]課程思政;課程設計;仿生設計;課程改革;實踐教學
[中圖分類號]G642 [文獻標識碼]A [文章編號]2095-3437(2025)15-0001-07
新時代,高等教育正處于“兩個大局”交織的重要時期,全球科技競爭加劇,社會對人才培養提出了更高要求。課程思政作為落實立德樹人根本任務的戰略工程,其內涵正從“元素植入”向“體系重構”深化發展[1]。2020年教育部《高等學校課程思政建設指導綱要》的頒布實施,標志著課程思政進入制度化建設新階段,要求各專業課程形成“如鹽入水”的育人新范式[2]。在中國式現代化建設背景下,這場教育變革不僅要解決專業教育與思政教育“兩張皮”的問題[3],更要構建具有中國特色的學科話語體系,培養能夠破解“卡脖子”技術難題的戰略科技人才。
當前,全球工程教育呈現從STEM教育向STEAM(Science, Technology, Engineering, Arts, Mathematics)教育轉型的趨勢,強調科技創新與人文藝術的融合[4-5]。聯合國教科文組織發布的《工程促進可持續發展》報告指出,現代工程教育應注重培養工程師的倫理責任和全球視野。我國“十四五”規劃明確提出要“強化國家戰略科技力量”,這對工科人才培養提出了“價值—知識—能力”三位一體的新要求[6]。然而在實踐層面,部分高校的思政教育仍存在思政元素融入表面化、育人效果不明顯等問題,特別是在新興交叉學科領域,如何構建完善的課程思政教學體系這一問題仍待解決[7]。
仿生學是21世紀出現的新興交叉學科,其創新思維與方法對工程領域的發展具有強大的推動作用。仿生科學與工程新工科(以下簡稱仿生新工科)是2018年國家批準的新工科重點建設項目[8],其核心課程之一 ——仿生設計是重點建設課程。仿生設計作為連接自然科學與工程創新的橋梁學科,其知識體系天然蘊含生態文明、創新驅動、系統思維等思政元素。從古代魯班制鋸到現代“蛟龍”號深潛器,從荷葉效應到超疏水材料,學科發展史本身就是人類向自然學習的智慧結晶。這種學科特性使課程思政的開展具有獨特優勢:在認知層面,可引導學生理解“天人合一”的生態智慧;在實踐層面,可培育學生實現“雙碳”目標要求的創新能力;在價值層面,可增強科技報國的使命擔當。值得關注的是,國際仿生學領域已形成“向自然學習,為地球設計”的可持續發展共識,這與我國生態文明建設理念高度契合,為構建具有中國特色的課程思政話語體系提供了國際對話基礎。
由于學科建設起步較晚,仿生設計課程思政建設仍存在三方面不足:其一,思政元素挖掘呈碎片化,尚未形成與知識圖譜對應的價值矩陣;其二,課程教學多采用“理論+案例”簡單疊加的方式,缺乏項目式、沉浸式的育人載體;其三,評價體系偏重專業技能考核,價值塑造效果缺乏可視化評估工具。這些瓶頸制約著課程思政建設從“有形覆蓋”向“有效覆蓋”的質變提升。
本研究基于新工科建設背景,以仿生設計課程為載體,著力破解三個關鍵問題:如何構建仿生學理論知識體系與思政要素的映射模型?怎樣設計“做中學”的思政育人實踐路徑?如何建立可量化的課程思政成效評估機制?同時,通過系統化教學改革,力求實現專業邏輯與育人邏輯的深度融合,為交叉學科課程思政建設提供可復制、可推廣的范式參考。這不僅是對《中國教育現代化2035》中“發展中國特色世界先進水平的優質教育”的回應,更是培養能“把論文寫在祖國大地上”的新時代工程師的重要實踐。
一、仿生設計課程思政建設總目標
仿生設計課程思政建設的總目標是通過將思政元素有機融入課程教學,實現知識傳授、能力培養和價值引領的有機統一;推動學生全面發展,培養學生的創新意識和社會責任感,并通過仿生設計的教學,增強學生對科技與社會、自然環境之間關系的理解,提升他們的倫理素養、環境保護意識以及對國家發展戰略的認同感。
二、仿生設計課程思政現狀與思政潛力分析
本文以吉林大學的仿生設計課程為例,對其課程思政現狀與思政潛力進行分析,旨在為該課程的改進和發展提供指導,推動思政教育與專業教學的深度融合,培養全面發展的創新型人才。
(一)現狀分析
在當前的仿生設計課程中,思政教育的融入尚處于初步階段。盡管仿生設計本身涉及多學科融合,強調創新與可持續性,但其與思政教育的系統化和深度融合仍有待加強。當前,該課程主要存在以下問題:
一是課程內容偏重技術與創新,思政元素較少。課程內容多聚焦于仿生學的基本概念、設計方法、應用技術等方面,側重對技術和理論的傳授,偶爾涉及一些環保和可持續發展理念,但這些內容往往只是附帶,缺乏有意識的思政引導。
二是社會責任感培養不足。雖然仿生設計在環境保護、資源節約等方面應用廣泛,但在課程教學中卻很少從學生的社會責任感、倫理道德培養和生態文明等角度對相關內容進行深度討論。這使得學生雖然了解仿生設計的技術優勢,卻未必能夠從社會倫理和環境保護的高度去審視這一技術。
三是專業教育與思政教育融合的意識有待提高。目前部分教師在進行仿生設計課程教學時,思政教育停留在表面,多是通過案例引導學生關注環保和可持續發展問題,缺乏對思政元素的系統滲透。課程沒有形成完整的思政教育體系,也沒有對思政元素融入進行整體規劃和設計。
四是學生的思政認知水平差異較大。不同學科背景的學生對思政教育的需求不同。部分學生對思政教育內容不感興趣,認為這與技術學習不相關,這種思想在一定程度上制約了思政教育的有效性。
(二)潛力分析
仿生設計基于仿生學原理,從源頭上創新,工程應用目標明確,仿生設計成果已經在國家重大項目和人們日常生活中得到應用。教學內容與可持續發展、綠色環保和社會責任感等理念的緊密結合,能夠培養學生的創新能力、社會責任感和倫理素養。課程中的跨學科知識,為思政教育提供了天然資源,教師可通過融入跨學科知識的思政教育,引導學生思考科技創新與社會、環境的關系,并幫助學生樹立正確的世界觀和價值觀。仿生設計課程還能夠增強學生對國家發展戰略的認同感,拓寬國際視野,培養他們的社會責任感。總體而言,仿生設計課程具備在專業教育中有效滲透思政教育的潛力,有望為培養全面發展的創新型人才提供重要支撐。
三、仿生設計課程思政建設與實踐
本節從理論教學重構、實踐教學滲透、評價體系融合三個維度,探索專業教育與思政教育協同育人的創新路徑(見圖1)。
(一)理論教學的思政化重構
1.課程知識體系與價值觀的有機融合
在仿生設計課程思政建設中,要注重將專業知識的傳授與價值引領自然銜接。就像種子需要土壤滋養,課程內容也需要精神內核的培育。通過梳理仿生設計的發展脈絡,讓學生在了解自然智慧的同時感受民族精神。
在仿生設計的起源與發展知識模塊中,教師可向學生展示人類從自然界汲取靈感進行創造的歷程,展現創新精神的價值。比如,古人模仿鳥類飛行嘗試制造飛行器,盡管早期以失敗居多,但這種不斷探索創新的精神推動了航空領域的進步。人類從木鳶到現代飛機的探索歷程印證了“科技是第一生產力”的真理,引導學生認識創新是民族進步的靈魂。仿生設計蘊含的“師法自然”智慧,既展現了中華文明“天人合一”的傳統智慧,又體現了通過科技創新建設現代化強國的時代要求。
在講解不同生物特征如何轉化為設計元素時,要強調尊重自然、順應自然的理念。例如,將荷葉的自清潔原理應用于材料表面設計,體現了自然界的精妙設計和人類對自然規律的遵循。這一事例映射出的“和諧”價值觀,能夠引導學生認識到設計應與自然和諧共生,避免過度開發與破壞。
在分析成功的仿生設計案例對社會和人類生活的積極影響時,要注意培養學生的社會責任感。例如,根據蝙蝠回聲定位原理設計的醫療超聲設備,極大地改善了醫療診斷手段,為人類健康作出了巨大貢獻。這讓學生明白設計不僅僅要追求美觀,更要服務社會、造福人類,從而將“敬業”“友善”等價值觀融入課程知識學習中。還有大國重器中的仿生例子,例如受尺蠖爬行啟發而設計的“祝融號”火星車,能夠激發學生的愛國情懷,增強其從事仿生設計研究的使命感。
2.教學案例的思政維度拓展
傳統的仿生設計教學案例一般側重于對技術和設計手法的分析,對思政元素的融入往往流于表面,因此,需要對教學案例進行思政維度的拓展,以提升課程思政教育效果。
以模仿鯊魚皮設計的泳衣為例,在以往的教學中,教師主要關注其減少水阻的技術原理和設計創新,在拓展思政維度后,可引導學生思考創新設計背后的體育精神。鯊魚是海洋中強大而高效的獵手,模仿其皮膚設計泳衣,體現了人類追求卓越、挑戰極限的精神。這不僅是對技術的突破,更是對體育精神的弘揚,教育學生在面對困難時,要有勇于拼搏、超越自我的信念。
在講解蜂巢仿生建筑時,除了講解其結構穩定性和空間利用的優勢外,還可以拓展到團隊協作精神。蜂巢是蜜蜂群體智慧的結晶,每一只蜜蜂都在為蜂巢的建造貢獻力量,啟示學生在進行項目設計時,要學會發揮自身優勢,與團隊成員緊密合作完成任務,培養學生的團隊合作意識和集體主義精神。
3.教學方法的價值觀引導創新
為了更好地實現思政教育與仿生設計教學的深度融合,需要在教學方法上進行價值觀引導創新。價值觀引導不僅影響學生對歷史事件、歷史人物和歷史現象的認知,進而塑造他們的世界觀、人生觀和價值觀,更對培養學生的國家認同感、社會責任感和創新精神具有深遠意義。
采用問題導向教學法(Problem?Based Learning,PBL)時,教師可以設計具有思政導向的問題。例如,在講解模仿生物偽裝機制的軍事裝備設計時,提出“如何在設計中平衡軍事需求與人類和平發展的關系”,引導學生思考設計的倫理道德層面,培養學生樹立正確的價值觀和道德觀,讓他們明白設計應該服務于人類的和平發展。
進行案例分析時,除了選取經典的仿生設計成功案例外,還應引入一些因忽視倫理道德而產生不良影響的案例,如某些不恰當的基因編輯仿生技術應用引發的爭議。通過組織學生對這類案例進行討論和深入分析,引導學生樹立正確的科學觀和價值觀,明白設計和科學技術發展需要受到倫理道德的約束,培養學生的社會責任感和道德判斷力。
4.課程資源與思政元素的多維整合
在仿生設計課程中,課程資源與思政元素的多維整合是推動思政教育全方位融入教學的重要舉措,涵蓋教材編寫、網絡資源以及實踐教學等維度,旨在通過多元化的方式將思政元素有機融入課程,實現知識傳授與價值引領的有機結合。
在教材資源方面,筆者相繼編寫了《仿生設計學概論》《仿生設計學》等教材。在內容編排上,不僅系統介紹了仿生設計的專業知識,還穿插了相關的思政案例和知識點。例如,在講解生物進化與設計靈感來源時,融入關于生命的奧秘、自然的神奇等內容,培養學生對自然的敬畏之心;在講解耐磨材料的仿生應用時,介紹吉林大學設計的“地殼一號”萬米鉆機的仿生鉆頭,以身邊的例子激發學生的自豪感。同時,在教材的每章節后設置含有思政元素的思考題。例如,“我國空間站作為世界上第三座多艙段在軌組裝空間站,是我國太空探測事業的標志性成就,請舉例說明我國空間站應用了哪些仿生技術?”通過此類問題引導學生深入思考專業知識與思政元素的聯系,在潛移默化中對學生進行思政教育。
在網絡資源方面,充分利用在線課程平臺、專業論壇等渠道,收集、整合具有思政教育意義的仿生設計資料。通過仿生學領域著名科學家的成長故事和設計理念視頻等資源,幫助學生理解如何將社會責任感和人文關懷融入設計實踐。同時,引導學生關注國際知名的仿生設計競賽,分析獲獎作品中的可持續發展理念、創新精神等思政元素,以拓寬學生的視野,培養他們的全球意識和社會責任感。
在實踐教學方面,通過與企業、科研機構合作建立實習基地,讓學生在實際項目中接觸真實的設計案例。對于新工科專業而言,實踐教學尤為重要,因此要特別注重將思政教育融入實踐環節,幫助學生在動手實踐中深化對專業知識和思政元素的理解(此部分將在后續章節進一步展開討論)。
(二)實踐教學的思政元素滲透
1.項目驅動的價值觀內化
在仿生設計課程中,項目驅動教學法不僅是培養學生實踐能力的有效途徑,也是促進學生價值觀內化的重要手段。通過將思政元素融入項目設計和實施過程,學生能夠在實踐中深化對正確價值觀的理解,并將其內化為自身的行為準則。
在項目選擇上,注重挑選具有實際應用價值和社會意義的課題。例如,引入以環保為主題的仿生設計項目,引導學生從大自然中汲取靈感,設計出有助于解決環境問題的產品。這種項目不僅能激發學生的創新思維,還能讓他們深刻理解人與自然和諧共生的理念,增強對社會可持續發展的責任感。通過這樣的實踐,學生能夠將環保、責任感等價值觀內化為自身的行為準則。
在項目實施過程中,強調團隊協作的重要性。學生通過共同攻克難題,不僅培養了團隊合作精神,還在交流與合作中學會了尊重他人、傾聽不同意見,從而強化了集體主義價值觀。此外,項目驅動的方式要求學生在面對挑戰時保持積極樂觀的態度,勇于創新,不斷探索解決方案。這有助于培養學生堅韌不拔、勇于創新的精神品質,使創新、進取等價值觀在學生心中扎根。
2.實驗教學的倫理維度構建
在課程的實驗教學中,倫理維度的構建不僅是技術實踐的重要組成部分,更是塑造學生價值觀的關鍵環節。要將倫理意識貫穿實驗全過程,引導學生從設計源頭思考科技與道德的平衡等問題,培養兼具專業能力與社會責任感的新工科人才。
在實驗準備階段,要引導學生思考實驗對生態環境和生物的潛在影響。例如,在進行基于生物特征的實驗時,教育學生尊重生物的生命權,保護其生存環境,遵循實驗動物保護的“3R”(替代、減少、優化)原則。這使學生明白在追求科學研究和設計創新的同時,必須兼顧倫理道德,以培養他們的生命倫理意識。另外,還可以啟發學生尋求替代方案,例如計算機模擬、細胞培養等,通過科技的力量,在“利益”和“倫理”之間找到平衡。
在實驗操作過程中,要強調實驗數據的真實性和可靠性,堅決杜絕學術不端行為。要求學生如實記錄實驗結果,對數據進行嚴謹分析,培養學生嚴謹的科學態度和學術誠信意識。同時,引導學生思考實驗成果的應用可能帶來的倫理問題,如仿生技術在軍事領域的應用可能造成的人道主義影響等,讓學生學會從倫理道德的角度審視設計成果的應用方向,增強他們對設計倫理責任的認識。
3. 校企協同的工匠精神培育
校企協同模式為仿生設計課程思政教學改革提供了新的契機,有助于培育學生的工匠精神。企業擁有豐富的實踐經驗和先進的技術設備,通過與企業合作,學生能夠深入了解行業的實際需求和生產流程。企業技術骨干和工匠師傅的言傳身教,讓學生親身感受到他們對工作的專注、執著以及對產品質量的精益求精。例如,筆者所在單位與中車長春軌道客車股份有限公司進行合作,派學生到該公司車間參觀學習。在企業學習過程中,學生觀察到工匠師傅為了使仿生產品的某個細節達到最佳效果,反復試驗、不斷改進,這種對工藝的極致追求深深感染了學生,使他們逐漸領悟到工匠精神的內涵。中車長春軌道客車股份有限公司主導設計了CRH380B、CR400BF以及CR450BF等國際領先的高速列車,這些列車上均采用了仿生設計,學生通過參觀了解,可以直觀地感受到仿生設計的重要性。
學校與企業共同制訂實踐教學計劃,在課程中融入企業的質量標準和工藝規范,要求學生嚴格按照標準進行設計和制作。這一過程培養了學生嚴謹的工作態度和高度的責任心,讓他們明白只有秉持工匠精神,才能生產出高質量的產品。同時,企業為學生提供參與實際項目的機會,學生在解決實際問題的過程中,不斷提升自己的專業技能和創新能力,進一步強化了對工匠精神的理解。
4. 社會實踐的價值認同強化
社會實踐作為連接學校教育與社會需求的重要紐帶,在強化學生對仿生設計的價值認同方面具有多重教育功能。通過真實場景中的知識應用與社會互動,學生能夠從技術認知、人文關懷、團隊協作等多維度深化對仿生設計核心價值的理解。
組織學生參與和仿生設計相關的科普活動,如開展仿生知識講座和設計成果展示。在這一過程中,學生不僅能夠將所學知識傳授給他人,增強自身的社會責任感,還能從公眾的反饋中感受到仿生設計對提高人們生活質量、促進社會發展的積極作用,從而強化學生對仿生設計社會價值的認同。
安排學生參與社會公益性質的仿生設計項目,如為殘障人士設計仿生輔助器具。通過與服務對象的直接溝通和交流,學生能夠深刻體會到仿生設計對于改善弱勢群體生活狀況的重要意義,明白設計不僅要追求美觀和創新,更要重視社會公平和人文關懷,進而增強學生對仿生設計人文價值的認同。同時,社會實踐中的團隊合作和與不同人群的協作交流,也有助于培養學生的團隊協作精神和社會交往能力,使學生更好地適應社會發展的需求,全面提升自身的綜合素質 。
(三)評價體系與思政教育的深度融合
1. 多維度的評價指標設計
在構建仿生設計課程多維度評價指標體系時,應融合思政元素。
在知識與技能維度,不僅要考查學生對仿生設計原理、方法和技巧的掌握程度,如是否能準確識別生物的形態、結構與功能,并合理應用到設計作品中;還要關注其在進行設計時對傳統文化中仿生智慧的理解與傳承能力,如能否從中國古代建筑、傳統手工藝中汲取靈感并加以創新運用。
在能力維度,重點評價學生的創新思維能力,考查其是否能突破常規,提出獨特新穎的仿生設計思路;同時評價團隊協作能力,觀察學生在小組設計項目中的溝通、協調及責任擔當情況。這些能力的培養是思政教育提升學生綜合素質的重要體現。
在思政素養維度,從家國情懷、環保意識、職業道德等方面設置評價點。家國情懷體現在學生是否能將國家文化特色融入設計,增強作品的民族自豪感上;環保意識可通過對可持續材料的選用、設計理念中對生態平衡的考量來評判;職業道德則關注學生在設計過程中的誠信、嚴謹態度,以及是否尊重知識產權、有無抄襲等行為。
2. 過程性評價的思政導向
過程性評價貫穿仿生設計課程教學始終,應具備明確的思政導向。
設計調研階段,在評價學生調研方法運用情況的同時,應關注其對社會需求的敏感度和責任感,考查其是否從社會發展、民生需求等角度確定設計方向,引導學生樹立正確的價值觀和設計目標。此外,要著重考查學生的選題是否回應國家戰略需求(如“雙碳”目標)或民生痛點(如無障礙設計),并借鑒STEAM課程中“社會價值權重評估表”的設計思路[9],要求學生在選題論證中闡明設計與社會發展的關聯性。
設計制作階段,應著重培養學生的創新思維、工匠精神與團隊協作能力。評價學生對傳統仿生思路的創新能力、跨學科融合能力、倫理意識等;強調精益求精的工匠精神,關注學生在制作過程中對細節的把控、對質量的追求以及敬業態度;同時,觀察學生在團隊合作中的表現,評價其協作意識和團隊精神,引導學生相互支持、共同進步。
成果展示與匯報階段,不僅要評價學生的表達能力和展示效果,還需關注其對待他人作品的尊重程度和客觀評價能力,培養學生的謙遜品德和批判性思維,促進學生之間的相互學習和共同成長。
3. 多元主體的綜合評價機制
在構建仿生設計課程的思政教育評價體系時,除了教師評價,還可以通過構建學生反思、同伴互促、行業反饋的立體化評價框架,建立多元主體的綜合評價機制,實現價值塑造與專業教育的深度融合。
在以學生為主體的反思性自評中,鼓勵學生對自己在仿生設計課程中的學習過程和成果進行反思。通過撰寫學習心得、總結設計經驗等方式,引導學生自我審視在設計過程中的思政素養提升情況,如是否增強了環保意識、是否更好地理解了傳統文化與現代設計的結合優勢等,培養學生的自我認知和自我教育能力。
在同伴互促的辯證互評中,組織學生以小組或班級為單位進行互評。在互評過程中,學生相互學習、相互監督,從不同視角發現彼此在思政方面的優點和不足。例如,在小組合作設計項目中,學生可以評價同伴的團隊協作精神、責任感等,促進學生的思想交流和共同進步。
引入企業專家和行業人士參與評價也是綜合評價的重要一環。企業專家和行業人士從實際應用和市場需求角度,對學生的設計作品和思政素養進行評價。他們能為學生帶來行業最新的價值取向和職業標準,如對創新、可持續發展等理念的重視,幫助學生更好地了解行業需求,明確發展方向,增強學生的社會責任感和使命感。
4. 持續改進的質量保障體系
為確保仿生設計課程思政教學改革的質量,需建立持續改進的質量保障體系。通過問卷調查、座談會、在線平臺交流等方式,定期收集學生對課程思政教學的反饋意見,了解學生對教學內容、教學方法以及評價方式中思政元素融入的看法和建議。例如,詢問學生思政元素與專業知識結合是否緊密、評價指標是否合理等,從學生角度發現課程存在的問題。
教師團隊需定期開展教學研討活動,分析課程思政教學過程中的優點與不足。針對學生反饋的問題以及教學過程中出現的難點,共同探討解決方案,優化教學內容和方法。例如,如果發現學生對傳統文化在仿生設計中的應用這一知識點理解困難,教師團隊就要研究如何調整教學案例或增加相關知識的講解。
基于課程評價結果,對評價體系進行動態調整。如果發現某些評價指標未能準確反映學生思政素養的提升情況,或者評價機制存在漏洞,就要及時對評價指標和評價方法進行完善。同時,根據行業發展和社會需求的變化,適時更新思政教育內容和目標,確保課程與時代發展要求相契合,以不斷提高仿生設計課程思政教學改革的質量和效果。
四、總結
自2018年教育部正式批準仿生新工科重點建設項目后,吉林大學于2019年全面啟動相關建設工作,時至今日,已然走過了6個年頭。在這6年多的時間里,仿生設計課程教學團隊圍繞課程思政建設展開了深入且全面的系統性教學改革,實現了專業知識傳授與價值觀教育的深度有機融合。理論教學將傳統文化、科技倫理融入知識體系,實踐教學以項目驅動強化社會責任,多維評價機制確保思政目標落地。在此過程中,學生的創新能力與思政素養同步提升,取得了多項成績。例如,有學生在高水平期刊發表多篇仿生科研論文,多個成果獲國內外獎項。本研究驗證了“知識—能力—價值”三位一體育人模式的有效性,但仍需加強跨學科師資建設與倫理教育工具開發。該實踐為新工科課程思政提供了“如鹽入水”的融合范式,將思政教育巧妙地融入專業教學的各個環節,不著痕跡卻又成效顯著。這對培養既具備扎實科技素養,又滿懷深厚家國情懷的創新型人才具有極為重要的參考價值,有望為我國工程教育的高質量發展注入新的智慧與活力。
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[責任編輯:劉鳳華]