張洪玉

［摘 要］課程思政教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)是高校課程教學(xué)改革的兩個(gè)重要目標(biāo)。在課程教學(xué)中融入多元化思政元素，踐行課堂講授與創(chuàng)新實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式，對學(xué)生提升道德品質(zhì)和文化素養(yǎng)、培養(yǎng)主動(dòng)學(xué)習(xí)能力以及分析和解決工程實(shí)際問題能力具有非常積極的促進(jìn)作用。文章結(jié)合清華大學(xué)價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授“三位一體”育人理念，介紹創(chuàng)新實(shí)踐類課程的教學(xué)改革舉措。通過案例分析和科技前沿講解將思政教育融入課堂教學(xué)，利用創(chuàng)新實(shí)踐將課堂講授知識進(jìn)行綜合運(yùn)用，從而在課程教學(xué)中深入貫徹“三位一體”育人理念。

［關(guān)鍵詞］課程思政；三位一體；課堂講授；創(chuàng)新實(shí)踐；教學(xué)改革

［中圖分類號］ G642.3 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）20-0090-04

大學(xué)之道，在明明德。2014年，清華大學(xué)發(fā)布了《關(guān)于全面深化教育教學(xué)改革的若干意見》，提出價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授“三位一體”育人理念，倡導(dǎo)教師在課程教學(xué)中深入貫徹這一理念。2016年，習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會(huì)議上提出將“立德樹人”作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程[1]。因此，不只是思政課程，在專業(yè)課程教學(xué)中更要大力推動(dòng)思政教育，做到課程門門有思政、教師人人講育人，從而實(shí)現(xiàn)全員、全過程、全方位“三全育人”[2]。2019年，教育部開始啟動(dòng)實(shí)施“六卓越一拔尖”計(jì)劃2.0，全面推進(jìn)新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設(shè)，深化高等教育教學(xué)改革，提高高校人才培養(yǎng)質(zhì)量[3]。其中，新工科建設(shè)將應(yīng)對第四次工業(yè)革命的需要，加強(qiáng)戰(zhàn)略急需人才的培養(yǎng)；新醫(yī)科作為構(gòu)建健康中國的重要基礎(chǔ)，致力于實(shí)現(xiàn)從以治療為主到覆蓋生命全周期、健康全過程。在此背景下，加強(qiáng)高校工科與醫(yī)科專業(yè)課程的教學(xué)改革對培養(yǎng)醫(yī)工交叉學(xué)科創(chuàng)新拔尖人才顯得極為重要[4]。當(dāng)前，將課堂講授與創(chuàng)新實(shí)踐相結(jié)合是高校專業(yè)課程教學(xué)改革的重要方向之一，對提升和培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維具有非常積極的促進(jìn)作用[5]。近年來，筆者參與講授了本科生機(jī)械的奧秘、智能機(jī)電系統(tǒng)實(shí)踐、生醫(yī)機(jī)械工程探索和研究生摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)及分析方法等課程，在課程教學(xué)過程中采用課堂講授與創(chuàng)新實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式，并把多元化思政元素和“三位一體”育人理念融入其中，開展了初步的教學(xué)改革探索。

一、多元化思政元素融入課程教學(xué)

專業(yè)課程是高校課程思政建設(shè)的重要載體。加強(qiáng)專業(yè)課程思政建設(shè)，形成專業(yè)課教學(xué)與思政課教學(xué)同向同行、相互促進(jìn)的育人格局，是高校推動(dòng)思政教育的一項(xiàng)重要舉措[6]。與傳統(tǒng)思政教育注重理論的特點(diǎn)不同，多元化思政教育通過引入對典型案例和國際科技前沿技術(shù)的講解，促進(jìn)學(xué)生思維視野的開闊、人文素養(yǎng)的提升，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和社會(huì)責(zé)任感。同時(shí)，采用多元化思政教育的內(nèi)容和形式，也能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和主動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)思政教育和專業(yè)教育的有機(jī)融合與互相促進(jìn)。筆者通過深入挖掘課程中所蘊(yùn)含的思政元素，將多元化思政教育貫穿課程教學(xué)全過程（見圖1）。

（一）典型案例促進(jìn)課程思政建設(shè)

典型案例是開展課程思政教育的一種常見方式。在研究生摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)及分析方法課程中，筆者主要講授仿生與生物摩擦學(xué)方面的內(nèi)容，包括天然關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)與潤滑機(jī)理、人工關(guān)節(jié)磨損及其減摩抗磨技術(shù)、生物醫(yī)用潤滑材料制備方法與臨床應(yīng)用三個(gè)部分。在課堂講授環(huán)節(jié)，教師通過典型案例分析潛移默化地培育學(xué)生的愛國主義精神和弘揚(yáng)社會(huì)主義核心價(jià)值觀。比如，在講授生物摩擦學(xué)知識時(shí)，教師引入了仿照人體天然關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)所開發(fā)的人工關(guān)節(jié)這一典型案例。1960年，英國外科醫(yī)生John Charnley進(jìn)行了世界首例人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)，其采用金屬與聚合物配副，治療人體因關(guān)節(jié)軟骨退化誘發(fā)的中晚期骨關(guān)節(jié)炎疾病。長期以來，強(qiáng)生、史賽克、捷邁等國外品牌幾乎壟斷了人工關(guān)節(jié)市場。隨著增材制造技術(shù)的興起和臨床上（特別是骨科臨床）個(gè)性化醫(yī)療需求的日益增加，3D打印人工關(guān)節(jié)成為解決之道。在這一前沿應(yīng)用領(lǐng)域，我國的醫(yī)療企業(yè)和臨床醫(yī)生通過緊密合作、潛心研發(fā)、開拓創(chuàng)新，引領(lǐng)了全世界范圍內(nèi)3D打印人工關(guān)節(jié)技術(shù)的迅速發(fā)展，孕育了愛康宜誠等一批領(lǐng)軍企業(yè)，造福了廣大患者。在這個(gè)案例中，教師引導(dǎo)學(xué)生重點(diǎn)關(guān)注科技前沿與臨床需求相結(jié)合而誕生的醫(yī)工交叉發(fā)展機(jī)遇，使得國產(chǎn)高端人工關(guān)節(jié)在國際舞臺(tái)上占據(jù)一席之地，極大地增強(qiáng)了學(xué)生的民族自豪感和自信心；同時(shí)提醒學(xué)生目前植入式醫(yī)療器械在進(jìn)入臨床應(yīng)用前要經(jīng)國家市場監(jiān)督管理總局嚴(yán)格審批，因此，科研人員在創(chuàng)新醫(yī)療器械的研發(fā)過程中必須具備科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和精神，腳踏實(shí)地、一絲不茍。

（二）科技前沿拓展課程思政內(nèi)涵

了解并熟悉本學(xué)科科技前沿是實(shí)現(xiàn)本科生本博貫通培養(yǎng)目標(biāo)的重要前提之一。因此，筆者在課堂講授環(huán)節(jié)注重通過講解科技前沿知識，進(jìn)一步拓展課程思政的內(nèi)涵，陶冶學(xué)生的愛國情操、激發(fā)他們的強(qiáng)國志向以及報(bào)國行動(dòng)。比如，在本科生機(jī)械的奧秘課程中，筆者設(shè)計(jì)了高端醫(yī)療器械表面功能化涂層的講授與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在講授血液接觸類高端醫(yī)療器械的前沿進(jìn)展時(shí)，教師通過體外膜肺氧合器的國產(chǎn)化研發(fā)歷程來增強(qiáng)學(xué)生從事醫(yī)工交叉科學(xué)研究、將來成為跨學(xué)科復(fù)合型人才并報(bào)效祖國的責(zé)任感和使命感。體外膜肺氧合器又稱為ECMO（Extracorporeal Membrane Oxygenation），是抗擊新冠疫情的高端醫(yī)療裝備之一，可在一定時(shí)間內(nèi)代替患者的心肺發(fā)揮血?dú)饨粨Q功能，為重型和危重型新冠肺炎患者提供生命支持。然而，這一高端醫(yī)療裝備的核心技術(shù)（包括人工心臟泵和抗凝中空纖維膜）均被國外壟斷，成為我國自主研發(fā)高端醫(yī)療裝備的一項(xiàng)關(guān)鍵“卡脖子”技術(shù)。為響應(yīng)習(xí)近平總書記“加快補(bǔ)齊我國高端醫(yī)療裝備短板、實(shí)現(xiàn)高端醫(yī)療裝備自主可控”的號召，國家相關(guān)部門統(tǒng)一組織醫(yī)、研、企專業(yè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，歷時(shí)三年多終于開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化ECMO裝備，從而填補(bǔ)了國內(nèi)空白。同時(shí)，結(jié)合2022年10月黨的二十大報(bào)告中提出的“實(shí)施科教興國戰(zhàn)略、強(qiáng)化現(xiàn)代化建設(shè)人才支撐”重要舉措講授這些知識，鼓勵(lì)學(xué)生樹立科研報(bào)國、科研強(qiáng)國的人生目標(biāo)與信念。

二、課堂講授與創(chuàng)新實(shí)踐促進(jìn)“三位一體”

價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授是“三位一體”育人理念的核心內(nèi)容。思政教育有助于培養(yǎng)和塑造學(xué)生正確的價(jià)值觀，而進(jìn)一步的知識與能力的傳授和培養(yǎng)則需要教師在課堂講授與實(shí)踐環(huán)節(jié)不斷進(jìn)行創(chuàng)新和探索。

目前，高校大多數(shù)專業(yè)課程采取以課堂講授為主的方式進(jìn)行授課，學(xué)生開展自主創(chuàng)新實(shí)踐、培養(yǎng)主動(dòng)學(xué)習(xí)能力的機(jī)會(huì)較少。因此，優(yōu)化教師課堂講授內(nèi)容、加大學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐占比，以及讓學(xué)生在實(shí)踐中加深對課堂所學(xué)知識的理解和掌握，從而達(dá)到學(xué)以致用的目的，是高校專業(yè)課程教學(xué)改革的一個(gè)重要方向，也是實(shí)現(xiàn)價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授“三位一體”育人理念的有力舉措[7]。為鼓勵(lì)學(xué)生充分發(fā)揮積極主導(dǎo)作用，筆者在所講授的本科生以及研究生課程中采取將課堂講授（教師授課、學(xué)生自主學(xué)習(xí)）與實(shí)踐教學(xué)或創(chuàng)新實(shí)踐（教師指導(dǎo)、學(xué)生獨(dú)立或以小組形式自主完成一項(xiàng)既定任務(wù)）相結(jié)合的教學(xué)模式（見圖2）。

（一）弘揚(yáng)價(jià)值塑造

在課堂講授與創(chuàng)新實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式下，課堂講授環(huán)節(jié)是弘揚(yáng)學(xué)生民族精神、激發(fā)學(xué)生愛國情懷、增強(qiáng)學(xué)生服務(wù)意識、鼓勵(lì)學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新的關(guān)鍵抓手。比如，在本科生機(jī)械的奧秘課程中，筆者講授高端醫(yī)療器械表面功能化涂層的內(nèi)容時(shí)，涉及ECMO、X射線掃描儀、呼吸機(jī)等抗疫醫(yī)療裝備，此時(shí)向?qū)W生講述在疫情防控初期以鐘南山院士為代表的廣大醫(yī)務(wù)人員前赴后繼、不畏艱險(xiǎn)，為制定符合我國國情的防疫政策做出了巨大貢獻(xiàn)，被譽(yù)為“最美逆行者”的故事，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情；此外，通過我國科學(xué)家受荷葉表面微結(jié)構(gòu)特征啟示所研發(fā)的仿生減阻技術(shù)助力我國冬奧健兒斬獲佳績的事跡，引導(dǎo)學(xué)生將來做“有用”的科研，進(jìn)而服務(wù)國家、服務(wù)社會(huì)、服務(wù)人民；最后，通過以色列科學(xué)家Jacob Klein揭示關(guān)節(jié)軟骨水合潤滑機(jī)理的例子，啟發(fā)學(xué)生在科研中要不斷鉆研探索、勇攀科學(xué)高峰。在本科生智能機(jī)電系統(tǒng)實(shí)踐課程中，筆者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)講授機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、經(jīng)典控制理論、圖像處理原理與方法等理論知識和單片機(jī)硬件與接口技術(shù)、單片機(jī)實(shí)時(shí)控制程序設(shè)計(jì)方法、Python語言編程等工程技術(shù)知識時(shí)，讓學(xué)生自主進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工、組裝、編程并調(diào)試，最終獲得一套基于機(jī)器視覺和智能抓取的一體化機(jī)電系統(tǒng)。在此過程中，當(dāng)學(xué)生面臨軟件編程、硬件調(diào)試等難題時(shí)，教師要?jiǎng)裾]學(xué)生沉著冷靜、理性分析，逐個(gè)排查并解決相關(guān)軟/硬件問題；在進(jìn)行小組內(nèi)分工時(shí)，要鼓勵(lì)學(xué)生勇挑重?fù)?dān)、迎難而上，團(tuán)結(jié)合作、互相促進(jìn)。

（二）促進(jìn)能力培養(yǎng)

在課堂講授與創(chuàng)新實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式下，創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)對提升學(xué)生綜合運(yùn)用課堂所學(xué)知識和課外自學(xué)知識分析和解決實(shí)際問題的能力具有良好的促進(jìn)作用。從挑戰(zhàn)性的角度看，這種教學(xué)方式可以培養(yǎng)學(xué)生攻堅(jiān)克難的意志以及面對困難時(shí)的韌性和耐心。以本科生生醫(yī)機(jī)械工程探索課程為例，筆者主要講授仿生機(jī)械學(xué)方面的內(nèi)容，包括仿生學(xué)原理、機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)基礎(chǔ)、仿生機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析三個(gè)部分。在創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)，由學(xué)生自主設(shè)計(jì)、裝配并集成獲得的一套智能仿生機(jī)械系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了仿生爬行、可變機(jī)構(gòu)以及圖像識別和通信功能。通過這種自主式創(chuàng)新的方式，學(xué)生增強(qiáng)了從課堂知識學(xué)習(xí)向親自動(dòng)手實(shí)踐轉(zhuǎn)變的能力。與傳統(tǒng)工科課程實(shí)踐環(huán)節(jié)不同的是，該課程向?qū)W生提出任務(wù)驅(qū)動(dòng)型仿生機(jī)器人系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)要求，在這種實(shí)踐教學(xué)模式下，學(xué)生不僅需要掌握機(jī)械、電氣、控制、加工裝配等多方面知識，而且需要具備團(tuán)隊(duì)協(xié)作、統(tǒng)籌規(guī)劃以及成本分析的意識和能力。本課程在創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)適當(dāng)提高了任務(wù)挑戰(zhàn)度，有助于培養(yǎng)學(xué)生攻堅(jiān)克難的精神，激發(fā)學(xué)生對于未來科學(xué)技術(shù)的研究熱情，為培養(yǎng)高素質(zhì)人才奠定良好基礎(chǔ)。在課程創(chuàng)新實(shí)踐過程中，學(xué)生每4人組成一個(gè)小組，基于前述要求自主設(shè)計(jì)并搭建了一套仿尺蠖爬行與鼠婦蜷縮的智能仿生機(jī)器人，其實(shí)物圖和運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真結(jié)果見圖3。

該智能仿生機(jī)器人由7個(gè)蠕動(dòng)體節(jié)和1個(gè)扭轉(zhuǎn)體節(jié)組成，具有7個(gè)豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和1個(gè)水平平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。其中，蠕動(dòng)體節(jié)兩端配有轉(zhuǎn)動(dòng)副，可以首尾相連，通過舵機(jī)帶動(dòng)相鄰兩個(gè)體節(jié)在豎直平面內(nèi)相對轉(zhuǎn)動(dòng)；扭轉(zhuǎn)體節(jié)除兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副之外，中央的轉(zhuǎn)動(dòng)副還可以通過舵機(jī)帶動(dòng)機(jī)器人橫向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成轉(zhuǎn)向動(dòng)作。此外，體節(jié)上方的模塊化接口安裝有機(jī)械臂和攝像頭，可完成圖像識別功能并與上位機(jī)通信。參照尺蠖的爬行原理，該機(jī)器人通過蠕動(dòng)體節(jié)逐級傳遞類正弦波向前行進(jìn)，且具備一定的越障和轉(zhuǎn)彎能力；根據(jù)鼠婦蜷縮的保護(hù)動(dòng)作，當(dāng)機(jī)器人遭遇惡劣環(huán)境時(shí)，所有體節(jié)上的保護(hù)板拼合形成一個(gè)球殼，用于保護(hù)機(jī)器人內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)。

上述智能仿生機(jī)器人完全由學(xué)生自主設(shè)計(jì)和研制，成功實(shí)現(xiàn)了仿尺蠖爬行和仿鼠婦蜷縮的可變機(jī)構(gòu)功能。學(xué)生在此創(chuàng)新實(shí)踐過程中充分運(yùn)用了課堂講授中所學(xué)的仿生機(jī)械學(xué)知識和實(shí)踐教學(xué)中所掌握的機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制與調(diào)試等經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新思維能力和動(dòng)手實(shí)踐能力得到了鍛煉和提高。該智能仿生機(jī)器人在2022年清華大學(xué)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽中獲得一等獎(jiǎng)。

（三）強(qiáng)化知識傳授

師者，所以傳道授業(yè)解惑也。課堂講授是教師向?qū)W生傳授知識的主要方式，為后續(xù)實(shí)踐教學(xué)和實(shí)踐訓(xùn)練奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，而創(chuàng)新實(shí)踐則可以進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的課堂所學(xué)知識。這種將課堂講授與創(chuàng)新實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式，從“以教師固定模式教為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生探索式學(xué)為主”，對推動(dòng)機(jī)械工程及其交叉學(xué)科建設(shè)和課程改革具有重要的意義。在教學(xué)過程中，教師還結(jié)合學(xué)科前沿融入大量的典型科研實(shí)例，通過深入剖析開闊學(xué)生的科研視野、激發(fā)學(xué)生的科研志趣，從而為學(xué)生將來研究生階段的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

以筆者在本科生生醫(yī)機(jī)械工程探索課程中講授的仿生機(jī)械學(xué)內(nèi)容為例，仿生軟體機(jī)器人是該領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)之一，麻省理工學(xué)院、康奈爾大學(xué)、浙江大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等國內(nèi)外高校的課題組在該領(lǐng)域取得了豐碩的科研成果。在講授仿動(dòng)物水中游動(dòng)的機(jī)械及其設(shè)計(jì)時(shí)，教師對受深海獅子魚啟發(fā)而設(shè)計(jì)出來的仿生軟體機(jī)器魚進(jìn)行了詳細(xì)介紹。浙江大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)根據(jù)獅子魚的骨骼細(xì)碎狀地分布在其凝膠狀柔軟身體中這一典型特征，率先提出了機(jī)電系統(tǒng)軟—硬共融的壓力適應(yīng)原理，成功研制出無需耐壓外殼保護(hù)的仿生軟體機(jī)器魚，并首次實(shí)現(xiàn)了在中國南海（深3224米）的自由翱翔和在馬里亞納海溝（深10900米）的撲翼驅(qū)動(dòng)，為深海探測、生物科考以及智能裝備研發(fā)提供了新的解決方案。這項(xiàng)仿生軟體機(jī)器人領(lǐng)域的代表性科研成果涉及介電彈性體材料、柔性電子封裝、軟體機(jī)器人設(shè)計(jì)與制造、機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真、機(jī)電控制等多學(xué)科領(lǐng)域知識，發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊Nature上，并被選為封面報(bào)道。

三、結(jié)語

在教育部大力推進(jìn)新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設(shè)的背景下，加強(qiáng)思政教育和優(yōu)化教學(xué)模式是高校專業(yè)課程教學(xué)改革的重中之重。本文以筆者所講授的創(chuàng)新實(shí)踐類課程為例，聚焦思政元素的多元化，通過“思政融入課程、實(shí)踐促進(jìn)創(chuàng)新、聚焦學(xué)科交叉、深化教學(xué)改革”的方式將“三位一體”育人理念貫穿課程教學(xué)全過程。課程教學(xué)改革實(shí)踐不但開闊和提升了學(xué)生在醫(yī)工交叉學(xué)科方向的國際視野和學(xué)術(shù)熱情，而且通過課堂講授與創(chuàng)新實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和動(dòng)手實(shí)踐能力，通過任務(wù)導(dǎo)向型實(shí)踐方式培養(yǎng)了學(xué)生攻堅(jiān)克難的精神和韌性。教學(xué)團(tuán)隊(duì)后期將進(jìn)一步推動(dòng)教學(xué)改革探索，緊密結(jié)合國內(nèi)、國際新形勢下的思政元素和醫(yī)工交叉領(lǐng)域科技發(fā)展的前沿動(dòng)態(tài)，使課程建設(shè)日臻完善并逐步推廣。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1] 張爍.習(xí)近平在全國高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)? 把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程? 開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面[N].人民日報(bào)，2016-12-09（1）.

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