廖成竹，章劍波，李慧麗，李艷艷，王海鷗，葉飛，田顏清

(南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系，廣東 深圳 518055)

0 引言

習(xí)近平總書記在2016年全國高校思想政治工作會議上強(qiáng)調(diào)，高校要堅(jiān)持把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，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人，努力開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面[1]。2018年教育部發(fā)布進(jìn)一步強(qiáng)化課程思政和專業(yè)思政，形成專業(yè)課教學(xué)與思想政治理論課的教學(xué)緊密結(jié)合、同向同行的育人格局[2]?！陡叩葘W(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》提出全面推進(jìn)高校課程思政建設(shè)，對理工科專業(yè)課程，要將馬克思主義立場觀點(diǎn)方法與科學(xué)精神的培養(yǎng)結(jié)合起來，提高學(xué)生正確認(rèn)識問題、分析問題和解決問題的能力[3]。

材料在人類發(fā)展歷史中一直都發(fā)揮著重要作用，是現(xiàn)代科技發(fā)展的重要方向之一，因而培養(yǎng)高質(zhì)量的材料專業(yè)新工科人才尤為重要?！安牧峡茖W(xué)與工程基礎(chǔ)”是材料專業(yè)人才培養(yǎng)體系中一門主要專業(yè)基礎(chǔ)課程，與其同修的“材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”課程是學(xué)生理解和掌握理論知識的重要途經(jīng)，是培養(yǎng)材料專業(yè)創(chuàng)新人才的必經(jīng)之路[4]。

1 材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀

歷經(jīng)9年來的建設(shè)，南方科技大學(xué)“材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”已形成包含晶體結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、相圖和化學(xué)性質(zhì)等四個(gè)模塊，涵蓋金屬、陶瓷和高分子材料，設(shè)置了兼具創(chuàng)新性和綜合性的五個(gè)實(shí)驗(yàn)室[5]。教學(xué)團(tuán)隊(duì)對該實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了持續(xù)的教學(xué)改革，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具有創(chuàng)新性、系統(tǒng)性、綜合性和全面性等四個(gè)特點(diǎn)[6]。近年來，教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)了課程慕課和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，均已在智慧樹平臺上線，結(jié)合現(xiàn)代信息化工具“微課”和“雨課堂”，逐漸形成了“慕課”和“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”深度融合的“虛擬學(xué)堂”[7]。課程教學(xué)采用線上線下混合式教學(xué)模式，取得了良好的教學(xué)效果。然而，與眾多理工科課程相似，開展專業(yè)知識授課和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的同時(shí)，缺乏思政教育的融入，不能達(dá)到良好的育人效果，不利于培養(yǎng)新一代德才兼?zhèn)涞男鹿た迫瞬?。目前課程已擁有完善的線上教學(xué)資源，教師如何在此基礎(chǔ)上實(shí)施線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如何發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，提高學(xué)生創(chuàng)新意識，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，這給課程教師帶來了很大的挑戰(zhàn)。

2 融入課程思政元素的“材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”

基于以上實(shí)驗(yàn)課程現(xiàn)狀，實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)始終堅(jiān)持將能力培養(yǎng)、價(jià)值引領(lǐng)和知識傳授相結(jié)合，深入挖掘課程和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式中蘊(yùn)含的思想政治教育資源，將課程思政元素有機(jī)地融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)全過程中，形成專業(yè)課教學(xué)與思想政治理論課教學(xué)緊密結(jié)合，同向同行，落實(shí)立德樹人的任務(wù)，培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞男鹿た迫瞬拧Ｕn程的思政建設(shè)內(nèi)容包括教學(xué)團(tuán)隊(duì)共同深入挖掘課程思政元素，設(shè)計(jì)各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目思政教學(xué)內(nèi)容及其切入點(diǎn)；與此同時(shí)，在“慕課”和“虛擬實(shí)驗(yàn)”深度融合基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代化信息工具“微課”和“雨課堂”，以學(xué)生為中心，嘗試翻轉(zhuǎn)學(xué)堂，改變傳統(tǒng)“教-學(xué)”的模式。

2.1 “材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”課程思政設(shè)計(jì)

“材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”包含了8個(gè)實(shí)驗(yàn)章節(jié)/項(xiàng)目，分別是緒論+安全培訓(xùn)及測試、金屬晶體中的原子排列、金屬熱處理及硬度測試、熱處理后金相樣品制備與觀察、金屬的拉伸性能與加工硬化、聚合物鏈結(jié)構(gòu)對拉伸性能的影響、聚合物的沖擊、硬度及熔體流動指數(shù)測試、Sn-Bi/Sn-Zn合金二元平衡相圖等實(shí)驗(yàn)。作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程思政內(nèi)容面廣，包括實(shí)驗(yàn)室制度、實(shí)驗(yàn)室操作規(guī)范、實(shí)驗(yàn)室安全與環(huán)保、實(shí)驗(yàn)倫理及工程倫理、學(xué)術(shù)道德規(guī)范、工匠精神、科學(xué)素養(yǎng)以及創(chuàng)新實(shí)踐科學(xué)方法等。課程將專業(yè)知識和思政育人元素貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，同向同行培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞男鹿た迫瞬?。下面主要介紹其中三個(gè)實(shí)驗(yàn)的課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)施方法。

2.1.1 金屬晶體原子排列實(shí)驗(yàn)

在講解晶體學(xué)相關(guān)概念之前，引入對晶體學(xué)作出巨大貢獻(xiàn)的科學(xué)家如Weiss(韋氏晶帶定律)、Miller(米勒指數(shù))和Bravais (布拉維格子)，學(xué)習(xí)先輩們堅(jiān)持不懈的科研精神。介紹材料非晶和晶體概念時(shí)引入碳的同素異形體，在此切入“無序到有序”“常見到罕見”的育人元素，教育學(xué)生由“質(zhì)變到量變”的具體過程，需要特定的環(huán)境條件，應(yīng)該付出努力，克服各種困難，迎接挑戰(zhàn)，鼓勵學(xué)生養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

結(jié)合慕課和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，線下實(shí)驗(yàn)采用“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)方式，以學(xué)生為中心，教師為引導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生課上積極思考，參與課堂討論，打破傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)“教－學(xué)”模式，有效地提升教學(xué)質(zhì)量。在“金屬晶體的原子排列”實(shí)驗(yàn)中，課前學(xué)生已經(jīng)對晶體學(xué)的概念和背景知識有了一定的了解，結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)完成情況，教師在課中強(qiáng)調(diào)重難點(diǎn)，和學(xué)生一起討論，鼓勵學(xué)生多提問，多思考，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。例如：利用乒乓球在金屬B板上堆垛面心立方(FCC)結(jié)構(gòu)得到一個(gè)五面錐體，實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生用晶體學(xué)知識標(biāo)定這五個(gè)面的晶面指數(shù)。在晶面標(biāo)定的教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師需要通過引導(dǎo)，鼓勵學(xué)生動腦筋，勤思考，進(jìn)而加深學(xué)生對晶體學(xué)理論知識的理解。

2.1.2 金屬熱處理、硬度及金相樣品觀察實(shí)驗(yàn)

金屬熱處理、硬度及金相樣品觀察實(shí)驗(yàn)是課程中一項(xiàng)金屬材料“加工工藝-性能-應(yīng)用”的綜合性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生了解常見的熱處理工藝、掌握顯微硬度計(jì)的使用、熟悉金相樣品制備和顯微鏡觀察、學(xué)會分析材料加工工藝-性能的相互關(guān)系。實(shí)驗(yàn)課程中蘊(yùn)含著豐富的課程思政內(nèi)容，熱處理學(xué)史、顯微鏡發(fā)展史、科學(xué)家精神、科研創(chuàng)新精神、探索材料內(nèi)部組織，領(lǐng)略材料之美。

介紹熱處理學(xué)史時(shí)，從學(xué)生感興趣的“鑄劍”畫面引入，將鐵件放入紅通通的爐子加熱，取出大力敲打，俗稱“打鐵”，不時(shí)還將紅通通的劍放入冷水中，“嗤”的一聲，還冒著“煙”。劍的制作與熱處理緊密關(guān)聯(lián)，受限于落后的科學(xué)，古時(shí)候人們對熱處理知識和原理不了解，僅限于經(jīng)驗(yàn)。科學(xué)發(fā)展歸功于先輩科學(xué)家的無私貢獻(xiàn)，鐵碳相圖給鋼鐵熱處理奠定了理論基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)使用生活中常見的鋸條(T8鋼)，在900 ℃高溫爐加熱轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體組織，然后進(jìn)行四種不同熱處理方法制備得到不同的鋼件?？諝庵欣鋮s得到正火細(xì)珠光體組織，爐子里緩慢降溫得到退火粗珠光體組織，水中快速降溫得到淬火馬氏體組織，將淬火鋼在400 ℃回火得到回火索氏體。由于形成的金屬組織結(jié)構(gòu)不同，其力學(xué)性能也不同，因而得到的材料應(yīng)用領(lǐng)域也不同，讓學(xué)生充分領(lǐng)會“材料加工工藝-性能-應(yīng)用”的關(guān)系。

我國著名的熱處理專家雷廷權(quán)院士，亦是國際熱處理協(xié)會主席，他是材料科學(xué)與工程領(lǐng)域著名學(xué)者，長期從事材料及熱處理研究，奠定了形變熱處理的理論基礎(chǔ)，開創(chuàng)了形變化學(xué)熱處理新領(lǐng)域，建立了雙相鋼強(qiáng)韌化新理論，提出了陶瓷相變韌化與復(fù)合韌化以及金屬表面陶瓷化的新機(jī)制。雷院士治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、勤奮刻苦、一絲不茍、堅(jiān)韌如鋼、身先士卒的科學(xué)家精神傳承給下一代的材料人。

金相實(shí)驗(yàn)中，介紹顯微鏡的發(fā)展史，胡克利用凸透鏡組合搭建了簡易的顯微鏡，觀察到細(xì)胞結(jié)構(gòu)，從此發(fā)展了微生物學(xué)科，后來光學(xué)顯微鏡應(yīng)用于各行各業(yè)。本實(shí)驗(yàn)利用金相顯微鏡觀察了熱處理后T8鋼的顯微組織，學(xué)生首次觀察材料的顯微組織，打開了學(xué)生探索材料微觀世界之門，領(lǐng)略了材料之美。通過研磨拋光金相樣品，培養(yǎng)了學(xué)生正確面對失敗、持之以恒、堅(jiān)持不懈的科學(xué)精神。鼓勵學(xué)生參加校級、省級和國家級金相技能大賽和微觀攝影大賽，近兩年學(xué)生先后獲得了省級和國家級金相大賽一、二等獎的優(yōu)秀成績。

2.1.3 高分子沖擊、硬度及熔體流動測試實(shí)驗(yàn)

隨著科技的日益更新，高分子材料的應(yīng)用已經(jīng)從人們生活的衣食住行拓展到航空航天和生物醫(yī)藥等高科技領(lǐng)域，對人類的生活產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。建國之初，我國高分子科學(xué)一片空白，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外高分子科學(xué)。我國高分子化學(xué)事業(yè)的主要奠基者王葆仁教授帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)率先在國內(nèi)完成了聚甲基丙烯酸和聚己內(nèi)酰胺的研制和工業(yè)化生產(chǎn)，在我國首次研制出了有機(jī)玻璃和尼龍6，同時(shí)他也是有機(jī)硅化學(xué)及聚合物的創(chuàng)始人之一[8]。王葆仁教授從國計(jì)民生出發(fā)選擇科研課題，為高分子事業(yè)鞠躬盡瘁三十余年，學(xué)生深深地感受到老一輩科學(xué)家的家國情懷和科學(xué)品質(zhì)。高分子材料行業(yè)的高速發(fā)展，離不開幕后的科研人員刻苦鉆研的科研精神，科研團(tuán)隊(duì)共同協(xié)作、艱苦奮斗、精益求精的工匠精神。弘揚(yáng)社會主義核心價(jià)值觀，鼓勵學(xué)生投入到我國高分子材料事業(yè)的建設(shè)中來，為國家的富強(qiáng)與民族振興而奮斗。

講述高分子的特性時(shí)，高分子的鏈運(yùn)動具有溫度依賴性特點(diǎn)，隨著溫度升高，聚合物經(jīng)歷玻璃態(tài)、高彈態(tài)到粘流態(tài)，不同溫度下形變不同，運(yùn)動的主體從鍵長鍵角改變到鏈段/長鏈的運(yùn)動。由此給學(xué)生引入“環(huán)境適應(yīng)性”育人元素，引導(dǎo)學(xué)生思考在社會不斷進(jìn)步的大環(huán)境下，應(yīng)該成為怎樣的人。雖然我國科技正快速發(fā)展，但是一些關(guān)鍵的核心技術(shù)受到遏制，因此如何培養(yǎng)學(xué)生成為有責(zé)任、有擔(dān)當(dāng)、有專業(yè)技能的未來接班人，面對前所未有的困難和挑戰(zhàn)，教導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識靈活應(yīng)用、適應(yīng)瞬息變化的社會，只有不斷學(xué)習(xí)、改變自己、勇于挑戰(zhàn)自我，成為新一代的材料工程新工科人才，解決更多的卡脖子技術(shù)，為社會作出更大的貢獻(xiàn)。

高分子沖擊、硬度和熔體流動指數(shù)測試實(shí)驗(yàn)中，材料的性能測試都有其特定的測試標(biāo)準(zhǔn)，例如美國材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會ASTM標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制備測試樣品，按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，所測數(shù)據(jù)才賦予一定的意義，可作為材料性能的參考數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)過程中，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)科學(xué)計(jì)數(shù)的方法。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析時(shí)，取平均值并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，掌握使用Origin軟件進(jìn)行繪圖。用英文書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，學(xué)會查閱中英文文獻(xiàn)，分析討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)課程各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)處處都蘊(yùn)含著思政育人元素，教師應(yīng)將思政教育融會貫通，恰如其分地滲透到課堂教學(xué)中，真正做到專業(yè)教學(xué)和思政育人同步同行，拓展專業(yè)教育的深度與廣度，提升專業(yè)教學(xué)的水平，培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞男鹿た迫瞬拧?/p>

2.2 “材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”課程思政的教學(xué)方法

提高教學(xué)隊(duì)伍的思想道德素養(yǎng)。師者，傳道授業(yè)解惑也，必先明道、信道[9]。因而高等院校教師要堅(jiān)持先接受師德師風(fēng)教育，努力成為思想政治先進(jìn)思想文化的傳播者，言傳身教，堅(jiān)持教書和育人相統(tǒng)一，做到以德立教。

將思政教育與材料專業(yè)課程相融合，深入挖掘?qū)I(yè)課程中思政元素，優(yōu)化專業(yè)課程教學(xué)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)人文素養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)課程的理論知識介紹部分，充分挖掘材料中包含的歷史背景及現(xiàn)實(shí)意義，通過介紹和分析這些歷史背景或經(jīng)典人物故事，培養(yǎng)學(xué)生的人生觀、價(jià)值觀，學(xué)習(xí)材料先輩們的工匠精神、刻苦勤奮的意志力，引導(dǎo)學(xué)生們要有理想、有抱負(fù)，同時(shí)也要腳踏實(shí)地、勤奮學(xué)習(xí)，增長飛揚(yáng)的動力。

在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)過程中，做到“全員育人、全過程育人、全方位育人”，多方面、多角度、多維度地對學(xué)生進(jìn)行教育。實(shí)驗(yàn)安全教育及培訓(xùn)，增強(qiáng)學(xué)生對生命安全至上的意識，珍惜生命，規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作。培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的條理性、合理性、團(tuán)隊(duì)合作精神、領(lǐng)導(dǎo)力、分析問題解決問題的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、規(guī)范書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的科學(xué)素養(yǎng)，杜絕纂改數(shù)據(jù)、學(xué)術(shù)造假等作弊現(xiàn)象。培養(yǎng)學(xué)生正確面對實(shí)驗(yàn)失敗，找出問題，分析問題。

充分利用互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)教育技術(shù)，結(jié)合當(dāng)代大學(xué)生的特點(diǎn)，采取多元化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。結(jié)合課程慕課和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，線下實(shí)驗(yàn)采用翻轉(zhuǎn)課堂，以學(xué)生為中心，教師為引導(dǎo)，鼓勵學(xué)生課上積極思考，參與課堂討論，打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)“教－學(xué)”模式，有效地提升教學(xué)質(zhì)量，進(jìn)一步打造“三全育人”模式。

2.3 “材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”課程的考核評價(jià)

該課程考核評價(jià)分過程性考核評價(jià)和終結(jié)性考核評價(jià)。過程性考核評價(jià)包括安全測試、課前預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、課堂討論、“勞育”表現(xiàn)等。終結(jié)性考核評價(jià)由課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告和一份課程思政報(bào)告組成，詳細(xì)的考核評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見圖1。學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)安全知識，培養(yǎng)安全意識，通過院系實(shí)驗(yàn)室安全測試。課前學(xué)生完成慕課學(xué)習(xí)及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，課中雨課堂答題檢查預(yù)習(xí)情況，引入思政教育元素，激發(fā)學(xué)生互動討論。實(shí)驗(yàn)課上，學(xué)生積極完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)操作要有條理性、合理性，主動完成實(shí)驗(yàn)室公共衛(wèi)生的清潔工作。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完整性、真實(shí)性、條理性和規(guī)范性將是課程終結(jié)性考核評價(jià)的重要組成。此外學(xué)生需完成“我心中的一名國內(nèi)材料科學(xué)家”論文報(bào)告，介紹科學(xué)家典型事跡，以及他對學(xué)生產(chǎn)生的重要影響，學(xué)習(xí)材料學(xué)家大國工匠精神，弘揚(yáng)中華民族文化精神，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。

圖1 “材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”課程的考核評價(jià)

3 結(jié)語

專業(yè)教學(xué)是課程思政的重要載體，課程思政亦為專業(yè)教育注入了靈魂，使之更加生動易懂。在材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程中全面推進(jìn)課程思政建設(shè)，深入挖掘?qū)I(yè)課程中思政元素，優(yōu)化專業(yè)課程教學(xué)設(shè)計(jì)，在實(shí)踐教學(xué)過程中，做到多方面、多角度、多維度地對學(xué)生進(jìn)行教育，構(gòu)建真正的全員、全過程、全方位育人格局，為培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞男鹿た迫瞬抛鞒龈蟮呢暙I(xiàn)。