基于CDIO理念的“材料科学基础”课程思政设计与实施

李福平 白力静 汤玉斐 赵康

摘要“材料科学基础”是材料类专业一门极为重要的专业基础课，主要讲授材料科学的基本概念和理论。为了实现价值塑造、知识传授和能力培养的统一，本文基于CDIO工程教育理念对“材料科学基础”课程思政进行了改革，提出了“工程案例牵引、体现校院特色、授课方式混合、学生主体参与”的教学设计原则，根据近年的思政效果提出了一定的持续改进意见。

关键词 课程思政 材料科学基础 CDIO 教学改革 持续改进

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.23.048

Design and Practice of Curriculum Ideological and Political Education in Fundamentals of Materials Science Based on the CDIO Idea

LI Fuping， BAI Lijing， TANG Yufei， ZHAO Kang

（Department of Materials Science and Technology， Xi’an University of Technology， Xi’an， Shaanxi 710048）

Abstract"Fundamentals of Materials Science" is one of the most professional foundation courses. It mainly consists of fundamental concepts and theories of materials science. In order to achieve integrating goals of value construction， knowledge imparting and competence developing， Curriculum ideological and political education in the course of " Fundamentals of Materials Science" is reformed based on the idea of CDIO engineering education in the present work. Design principles of "leading by engineering cases， reflecting features of school and department， mixing teaching methods， subjective participation of students" is proposed. Some suggestions for continuous improvement are put forward according to teaching results in recent years.

Keywordscurriculum ideological and political education； Fundamentals of Materials Science； CDIO； teaching reform； continuous improvement

0引言

“課程思政”是一种教育教学理念，要求专业课程需具有知识传授、能力培养及价值塑造的多重功能，要体现培养大学生世界观、人生观、价值观的作用。教师在教学设计中要把人的思想政治培养作为课程教学的目标放在首位，教学过程中要积极主动地对学生进行思政教育，在知识传授中隐形融入思政内容，实现理想信念的显性提升。习近平总书记在《求是》杂志第17期上指出：“思政课是落实立德树人根本任务的关键课程”。

“材料科学基础”是材料科学与工程专业一门重要的专业基础课，主要讲授材料专业的基本概念与理论，主要内容包括晶体学、扩散与相变理论、凝固与结晶理论以及形变与再结晶理论。在“材料科学基础”的教学过程中，发现学生的学习主动性和积极性普遍不高，主要原因是课程内容理论性强、知识点抽象枯燥、传统的教学方法存在理论知识与工程实践脱节的问题。传统授课时，教师往往只讲授理论知识，没有将理论知识融入工程实践中，学生没有真正体会和了解到理论知识的落脚地，导致课程结束后学生没有具备利用所学知识解决复杂工程问题的能力。因此，有必要对“材料科学基础”的教学模式进行改革创新，培养学生的工程实践能力，同时有效融入思政元素，实现知识传授、能力培养和价值塑造的有效统一。

CDIO工程教育理念和教育模式是以构思、设计、实施及运作四个环节为载体来培养学生的工程能力，注重理论知识与工程实际的结合。CDIO工程教育理念以能力培养为导向，注重过程考核和形成性评级，在授课过程中引入与理论知识密切相关的工程案例，剖析案例中涉及的概念和知识，通过工程案例的引导和剖析找到理论知识的落脚地，引导学生积极思考和讨论，从而使学生真正具备利用所学知识解决复杂工程问题的能力。

如果将CDIO理念运用到“材料科学基础”的教学过程中，则有可能解决传统教学中忽视学生工程应用能力培养的问题。教学过程中引入工程案例，增加学生的思考个讨论环节，不仅可以促进学生对理论知识的掌握和理解，而且有助于使抽象枯燥的知识点更直观生动，有利于促进学生学习的积极性和改善教学质量。另外，基于CDIO理念，以工程案例为载体，深挖其中所体现的思政元素，如科学家精神、马克思主义哲学思想和中华优秀传统文化等，将其融入“材料科学基础”课程教学中，可以极大地提升课程思政的效果。

1基于CDIO理念的课程思政教学设计

基于CDIO理念的“材料科学基础”课程思政教学设计原则为“工程案例牵引、体现校院特色、授课方式混合、学生主体参与”。以“材料科学基础”中“单组元晶体结晶的特征和热力学条件”教学内容为例（图1），介绍教学设计理念的内涵与教学方法：

1.1工程案例驱动

“材料科学基础”是一门专业基础课，主要讲授材料科学与的基本概念和理论，课程内容枯燥抽象且难于理解。例如“单组元晶体结晶的特征和热力学条件”，授课内容中存在一定的理论推导。根据上述课程特点，采用了案例教学法，引入了与单组元晶体结晶相关的“单晶炉设计制造和单晶硅制备”的工程案例。通过工程案例的驱动，激发学生的学习兴趣，使枯燥抽象的内容有落脚地，更加直观生动，加深学生对理论知识的理解，同时提升解决复杂工程问题的能力，即工程案例驱动学生对专业知识的理解和工程实践能力的提升。

授课过程中，通过工程案例隐形渗透融入思政元素，使学生的思政和德育素质在潜移默化中得到显性提升，从而使课程思政真正达到“春风化雨、润物无声”的效果，即工程案例的隐形渗透驱动学生思政和德育素质的显性提升。例如，通过介绍“单晶炉设计制造和单晶硅制备”过程涉及的“凝固和结晶理论”等材料科学知识，隐形渗透融入思政元素，引导学生形成“钟爱材料专业、勇担材料重任”的价值观。

1.2体现校院特色

教学设计注重体现学校和学院特色，重点挖掘与学校校训精神、科研成果、专业历史传承和杰出校友等相关的思政元素，激发学生对学校的荣誉感，同时了解荣誉感背后材料专业应当具备的责任感和使命感，培养学生善于用材料科学知识践行“祖国、荣誉、责任”的校训和“淬砺成材、料琢成器”的院训。另外，课程思政中注重学校和学院特色，可以使学生感知课程思政不是脱离于知识传授和能力培养之外，而是无形体现在知识运行和能力发挥过程中。例如，采用“单组元晶体结晶理论”等知识指导“单晶炉设计制造和单晶制备”的复杂工程问题，促进我国光伏和半导体行业的发展，其实在无形之中就践行了校训和的院训，同时又体现出了“理论与实践相结合，理论指导实践”的辩证唯物主义世界观。

1.3授课方式混合

对于“单组元晶体结晶的特征及热力学条件”，授课内容既存在基本概念，又包含公式理论推导。因此，授课方式采用多媒体教学和板书相结合，基本概念以PPT为载体，采用学生最易于接受的方式呈现知识点，如以文字结合视频或图片讲解概念；公式推导以板书为主，使理论推导内容逻辑化，显著提高学生学习的积极性和主动性。

1.4学生主体参与

教学方法秉承“以学生为中心，学生主体参与”的理念，课堂教学中增加与学生的互动环节，注重问题的提出，引导学生积极思考，激发学生的学习兴趣，使学生始终处于学习的中心地位。

课程思政过程注重学生的主体参与。一方面，课程思政通过教师将思政元素融入知识讲解过程中，潜移默化提升学生的思政和德育素质；另一方面，适当鼓励学生挖掘课程中可以体现思政和德育目标的其他思政元素，以考核学生对思政内容的理解和掌握程度，同时适当引导学生从学生的角度思考如何将课程思政更好地融入专业课程教学，达到“春风化雨、润物无声”的效果，使学生真正作为主体参与课程思政。

2基于CDIO的课程思政的实施与效果

基于上述教学理念和教学设计，对“材料科学基础”的教学模式进行了改革实践。根据学生反馈和调查结果，课程改革取得了一定的成效，课程思政对学生的价值观塑造起到了积极促进作用，主要体现在：

2.1学生对材料专业的认可度显著提升

采用问卷调查的形式对教学改革前和改革后学生对材料专业的认可度进行了调查。调查结果显示，与教学改革前相比，改革后学生对材料专业的认可程度增加，“很喜欢”和“比较喜欢”的比例由改革前的84.4%增加到了改革后的90.5%，“不喜欢”的比例由1.7%降到了0.9%，如图2所示。基于CDIO理念对课程思政教学改革后，学生对材料专业的认可度得到了较大的提升。专业认可度的提升主要得益于基于CDIO理念的“工程案例驱动、体现校院特色”课程思政教学设计原则。通过引入材料科学中的工程案例隐形渗透融入思政元素，学生了解了材料专业对人类文明和社会发展的重要作用，真正認同和热爱材料专业，并认识到了材料专业承担的重任以及如何去担当，学生形成了“钟爱材料专业、勇担材料重任”的价值观。

2.2学生的课堂参与度和学习积极性显著提高

基于CDIO对“材料科学基础”课程思政教学改革时，由于工程案例的驱动，充分激发了学生上课的积极性，学生的抬头率也得到了明显的提高。另外，课程改革注重了学生在课程思政中的主体地位，鼓励和要求学生课后进一步挖掘材料科学基础中的思政元素，同时引导学生从学生的角度思考如何能使课程思政达到“春风化雨、润物无声”的效果。这些教学环节设计极大地激发了学生的课程思政兴趣，学生的课堂参与度和学习积极性得到了显著提高。学生课后提供的部分新的课程思政要素及融入方法：

“钟爱材料专业、勇担材料重任”：两次工业革命的出现都以材料的进步为基础：第一次工业革命得益于冶金和钢铁材料的发展；第二次工业革命得益于新型半导体材料的发展。

“功成不必在我，功成必定有我”的辩证唯物主义思想：结合铁碳相图的绘制和完善过程，讲述Roberts-Austen（奥氏体的发现者）、Sauveur（第一个铁碳相图的绘制者）、Bakhuis-Roozeboom以及Bain（贝氏体的发现者）等科学家在铁碳相图绘制和完善过程中所做的接续工作，培养学生摒弃急功近利的思想，养成“功成不必在我，功成必定有我”的辩证唯物主义思想。

2.3学生的爱国情怀和责任感显著增强

通过“工程案例驱动、体现校院特色”这一课程思政教学设计和实施，帮助学生形成了正确的价值观，大大增强了学生的社会使命感和主人翁意识，学生的爱国情怀和责任感显著增强。通过介绍学院和学院的典型科研成果，激发学生对学校的荣誉感，同时了解荣誉感背后材料专业应当具备的责任感和使命感，培养学生善于用材料科学知识践行“祖国、荣誉、责任”的校训和“淬砺成材，料琢成器”的院训，同时学生感知到了课程思政不是脱离于知识传授和能力培养之外，而是无形体现在知识运行和能力发挥过程中。

3总结

基于CDIO工程教育理念，本文提出了“工程案例牵引、体现校院特色、授课方式混合、学生主体参与”的教学设计原则，对“材料科学基础”的课程思政教学进行了改革、设计、实施和评价，取得了一定的改革成效。为了更好地使课程思政达到“春风化雨、润物无声”的效果，专业基础课的课程思政教学改革需要注意的持续改进内容有：

教师在课程思政上要做到“知行统一”，既要思想上重视，更要行动上落实。教师要认识到课程思政不是游离于知识传授和能力培养之外，而是通过课程思政的价值塑造促进学生的知识理解和能力提升，在教学过程中要积极思考、主动实施课程思政。另外，教师要以身作则，在行动上给学生的指引，给学生潜移默化的隐形教育。

课程即将结束时，学生普遍反映课程思政内容有积极的促进作用，但是生搬硬套、牵强附会的思政内容，会引起学生的反感，反而会降低思政效果。因此，今后的课堂教学需积极探索基于CDIO理念的课程思政隐形渗透方法，以达到“春风化雨、润物无声”的效果。

课程思政教学改革要更加突出学生的主体地位，鼓励学生积极思考和深入挖掘课程中的思政元素，充分调动学生的积极性和参与度，同时需进一步探索课程思政的考核评价方法。

基金项目：西安理工大学教育教学改革研究项目（编号：xqj1801、xjy0801、JY007009）；陕西省高等教育教学改革研究项目“面向新工科的‘材料++’创新人才培养模式改革与实践”（编号：19BY045）；陕西省新工科研究与实践项目“‘医工交叉融合’创新型本科人才工程教育組织模式研究与实践”（编号：陕教〔2020〕75）

参考文献

[1]习近平.思政课是落实立德树人根本任务的关键课程[J].求是， 2020.17.

[2]李燕.基于CDIO理念的《无机材料科学基础》课程教学改革探索[J].教育教学论坛，2018（4）：138-139.

[3]刘洪丽，高波，李婧.《材料科学与工程基础》课程思政建设及评价[J].高教论坛，2020（11）：31-33.

[4]麻琳.新工科背景下材料科学基础课程思政的设计与实践[J].教育现代化，2019（6）：247-248+267.

[5]欧平，齐亮，汪志刚，等.基于“材料科学基础”开展课程思政的探讨[J].课程教育研究，2019（40）：65.