环境与能源材料课程的课程思政实现

李松 秦高梧

摘  要：课程思政将思想政治与价值观教育融入专业课程教学，回归了教育立德树人的初心。文章介绍对环境与能源材料课程通过顶层设计重构课程教学内容，挖掘课程中的思政教育资源，平衡知识目标、能力素质目标及价值观目标，实现“立德”与“树人”的有机统一。通过促成思考、开放讨论的方式培养学生的批判精神、创新素质和终身学习意识。以结果导向模式实现知识与价值融合的课程育人，有力支撑“新工科”建设中的人才培养目标，为工科教育中的课程思政建设提供了一个样本。

关键词：课程思政;材料专业;课程设计;教学实施

中图分类号：G641       文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2021）26-0177-04

Abstract： The curriculum ideology and politics line up with the original aspiration of education that is fostered and nurtured by integrating ideological， political， and value education into the major courses. In this paper， to interfuse the  fostering and nurturing seamlessly is exemplified in the course of Environment and Energy Materials course by the syllabus  reconstruction. Such a reform promotes a balanced development in theoretical knowledge， professional skills， and outlook on values. During the teaching-learning process， critical spirits， creative mind， and awareness of lifelong learning of the engaged students would be shaped by open discussions and independent thinking. In addition， the outcomes-based modelis utilized to improve the quality of the course structure. It is believed that the reform supports the goals set in the direction of "new engineering and technical disciplines" and provides an example for curriculum ideology and politics.

Keywords： ideological and political education in all courses; materials program; curriculum design; teaching practice

課程思政将教书与育人融为一体，目的是在知识传授和能力培养的同时开展理论传播、思想引领、价值引导、精神塑造和情感激发[1]，帮助学生养成正确的价值观、塑造健全的人格，而这正是教育工作的本质。因此，在专业课程中融入思政教育是新时代高等教育回归“立德树人”的初心之举。环境与能源材料课程是材料科学与工程专业重要的专业方向课，我们根据课程特点实施了课程思政教学，坚持学生中心、产出导向、持续改进，不断提升学生的课程学习体验，力求让学生在思想和专业知识上都有所收获。

一、课程简介与思政教育实施必要性

作为当代中国和整个人类发展所面临的重大问题，“环境、能源”在两个层面上与材料科学发生交叉。狭义上，环境与能源材料指在环境或能源领域发挥相应功能的材料，如修复被污染环境所使用的吸附材料、降解污染物的催化剂材料及能源转换中的太阳能电池材料、热电材料等。由于新材料研发在为解决环境能源问题中发挥着关键作用，这类材料已成为当前多学科交叉领域中的热点研究方向。从广义角度，环境与能源材料包含所有材料及其相关过程的环境和能源属性。以基础材料钢铁为例，须考虑从矿石开采、冶炼、加工、使用到回收再生循环整个生命周期内各个环节上的环境资源效率和能源效率。相应的，以节约资源和能源、减少排放、易于循环为出发点的制造过程绿色化已经成为钢铁工业创新发展的重点[2]。

材料科学与工程专业重点培养材料及交叉高技术领域的一线工程技术人才。传统上，人们对材料科学与工程学科的认知是研究材料的组分与结构、合成制备、性质与使役性能、测试与表征四个基本要素及其相互关系。这些以科学和工程原理为主的相应内容构成了专业教学的重点内容。随着社会进步对工程师要求的提高，在本科教育阶段就应该让未来的材料工程师理解工程决策还受制于环境、法规等非技术因素，从而有助于其获得从公共政策、社会价值的角度进行工程技术决策的能力。为此，《华盛顿协议》和《工程教育认证标准》规定培养的学生要了解工程解决方案对环境和社会背景的影响[3]，毕业要求中“工程与社会”“环境和可持续发展”两个一级条目均与此相关[4]。

为有力支撑上述培养目标，东北大学开设了以材料科学与工程专业为主、面向广泛理工科专业的环境与能源材料课程，主要从可持续发展角度讲授材料制备过程、用途、能耗和其环境负荷之间的关系，同时介绍监测和修复环境、发展及建立各类能源系统所需要的关键材料。教学内容包括基础理论、应用研究和评价系统。目标是使学生了解环境与能源材料的发展概况，掌握典型环境与能源材料的制备、技术特点。更为关键的是，课程培养学生建立材料全生命周期的设计理念和可持续发展思想，在从事新材料研发或材料工艺设计时能够关注材料对环境的影响并注意节能减排技术的应用。使培养的未来工程技术人员不仅具备专业知识，还要有强烈的社会责任感、人文关怀意识和奋进精神。

该课程科技与人文兼具的特点决定了其中蕴含大量的思想政治教育元素。有必要对其进行系统梳理和提炼，进而通过合理有效的课程设计将其融入到专业知识教育中，有利于更好地实现价值引领与知识传授并行，并提升教师的专业、政治素养，满足“双一流”建设对培养高素质人才的要求。

二、课程中思政内涵与元素分析

实现专业课程与思想政治教育有机融合的基础在于将挖掘课程中的思想政治教育元素作为契合点，以无缝对接和有机互融的方式建立内成性契合关系[5]，释放课程的思政教育功能。环境与能源材料课程具有科技与人文兼备的特点，蕴含了大量的思想政治教育元素。在正常的教学环节中实现思政教育，避免“插入段子”式的生搬硬套，使学生自然地认为思政教育内容是课程体系的一部分，实现了价值引领与知识传授并行。综合而论，该门课程的思政教育内涵主要体现在如图1所示的六个方面。

（一）以史为鉴，谋定未来，塑造课程思政的灵魂

在人類社会的发展过程中，材料发展水平始终是社会文明和时代进步的标志。以唯物史观分析能源和材料在文明发展中的作用。第一次和第二次工业革命表面上看是能源结构更替推动了工业体系生产组织方式的变革，实际上材料的进步发挥了更为基础的作用。第二次工业革命时期英国是全球钢铁工业中心便是一个有力的证明。当下，以能源洁净化和互联网化为核心特征的新能源结构正在推动新的工业革命[6]，融合纳米技术的新材料研发在这一进程中扮演关键的角色。结合历史演变讲授未来能源结构中的关键材料有助于青年学生理解自身所处的伟大时代浪潮，并激励他们思考自己的人生定位。

（二）课程内容涵盖了丰富的工程伦理问题

当代工程教育所培养的人才不仅要有深厚的专业积淀，还要对工程的生态环境、公众健康等社会影响有足够认识，尤其是要具备依照伦理标准对专业工作进行道德价值判断的能力。作为未来的材料工程师，在进行材料选择或工艺方案设定的时候，有大量的机会面临忠诚于股东或是社会公众利益的道德困境，只有遵循相关的伦理标准才能做出正确选择。没有正确的伦理指导，教育只不过是技能训练的低级工具，培养出来的人只能是“精致的利己主义者”。而工程伦理教育正是工科教育解决“培养什么人”“为谁培养人”等教育根本问题的有效途径之一。《中国工程教育认证通用标准》有12条毕业要求指标点，多处与此相关，如要求学生关注工程与社会的关系，在设计/开发解决方案时考虑社会、健康、安全、法律、文化及环境等因素，并能理解和评价专业工程实践对上述内容及社会可持续发展的影响[4]。课程中设置了材料环境协调性的单独章节，重点学习材料从制备、服役到循环全生命周期内的能量消耗与环境影响。

（三）课程中涉及的专业知识与社会主义核心价值观有众多契合之处，适合作为课程思政教育的切入点，实现润物细无声的价值观自然渗透

首先，在介绍材料制造和使役周期内对环境影响时，将其置于“文明”建设、特别是生态文明建设的时代背景下，强调人类命运共同体与自然的“和谐”共生，把科学发展观与材料的制造、服役、循环全生命周期结合起来。历史上的材料进步主要由性能进步和成本降低驱动。在生态文明建设重要性凸显的当下，材料科学的进步还要考虑资源消耗、环境影响。

其次，大量科研前沿的方向是在价值观指引下确立的。以能源材料研究前沿之一的光电化学技术为例，将太阳能直接转化为化学能的关键材料是光电极材料，其选用准则之一就是基于地球高丰度元素而非贵金属，是因为唯有如此才能使其成为惠及大部分人的技术。通过阐释这些研究方向的建立初衷，能体现科学精神中服务人民、造福社会的伟大情怀，培养学生运用科学技术造福人类的志向。

此外，课程在介绍环境评价和能源消耗时，依托相关的法律法规和国家标准如《中华人民共和国环境保护法》《大气污染物综合排放标准》等，使学生理解法治的重要性，培养学生的法律意识;在介绍新能源体系的材料开发时，将其与生产力的解放及“平等”等概念联系起来。

（四）概念正本清源，维护国家利益

国家之间的竞争格局往往由话语权奠定基础。由于科学发展过程中大量概念兴起于西方，更多地体现了发达国家的利益。有必要在教学过程中加强此类概念的辨析，如可持续发展的概念。可持续发展思想是全人类的共同理念，在1987年联合国世界环境与发展委员会的报告《我们共同的未来》中进行了定义，指既满足当代人需求，又不损害后代人满足其自身需求的能力。由于概念的模糊性，后续研究在此基础上围绕人类需求和价值观演绎出各种其他定义，但主要依托时间序列强调对未来的影响。在教学实践中，我们将时间维度上的可持续发展概念进一步叠加空间维度的内涵，引导学生思考代际公平之外的国际公平。从而为厘清发达国家和发展中国家所应承担的环境责任、维护我国在国际上的正当发展权益提供理论基础。

（五）教学内容中涉及许多可以被引申为人生哲理或方法论的科学概念

自然过程大部分都伴随着自由能降低，包括燃料燃烧、金属腐蚀退化;而材料制备则往往意味着注入能量以提升物质自由能状态，如冶金过程使用大量能量将矿石变为金属、光电化学将水或CO2转变为燃料。这些过程与人生进退有很强的比照类似性，不作为就会退步，只有吸取知识不断努力才能进步为品质更优秀的人;由此来激励学生“在奋斗中释放青春激情、追逐青春理想”[7]，产生学习内动力。在介绍能源传输材料时借助电阻、热阻的概念说明人生会不可避免地遇到重重阻力，如懒惰、散漫、拖延等，靠强大的心智减小或消除这些阻力才能获得提高[8]。在介绍人工光合作用时，借助光合作用原理中高能电子分两步产生，阐述宏伟目标也要逐步实现的道理或方法。从能量视角观察材料过程会因摩擦产生不可逆的熵产，使得系统的混乱度增加，由此启发学生减少人与人之间的摩擦，建设和谐社会、和谐校园。

（六）课程包含大量有利于增强文化自信的材料案例

如我国特高压输变电在能源传输领域堪称技术独步全球，一方面是因为我国有集中力量办大事的制度优势;另一方面也离不开中国科研人员在电磁设计、高压绝缘材料、高强度高导电材料等世界级难题上的突破。再如，钢铁工业是环境负荷较大的工业门类，以王国栋院士为代表的科技工作者在钢铁流程绿色化、智能化方面作出了卓越贡献。同时，介绍中国科学家在知识创新和技术创新过程中的“实干、实效、实绩”精神有助于鼓励青年学生坚定信心、埋头实干，以中国智慧贡献世界发展。

必须指出的是，在专业课程的教学中实施课程思政并非简单地挖掘思政教育元素并将其植入教学。更为关键的是以此为依托实施“立德树人”，即追求育人与育才相统一。

三、课程思政教育的实施安排

为实现环境与能源材料课程的课程思政教育，教学团队以毕业要求为根本依托，梳理课程内容及关键的知识点并进行取舍，挖掘课程中的自然哲学和辩证法等思政教育资源，结合科研进展更新教学内容。针对本课程知识性强、体系性弱的特点，深入挖掘学科逻辑，通过顶层设计重新架构系统化的逻辑体系，把控课程内容、教学组织、教学评价的具体内容，构建课程思政的实施路径，重点体现在：

1. 在教学内容设计和课程实施上，以学生学习为中心、以学习效果为导向、以“立德”与“树人”有机统一为目标。针对环境与能源材料课程知识点多的问题，大胆取舍，将大部分内容化为课外阅读作业。教学实施上以深入浅出地阐释基础性概念理论和直观性物理图像为重点，拒绝以新鲜、实用、有趣作为选取教学内容的标准。从而实现平衡知识目标、能力素质目标及价值观目标。

2. 在教学方式的组织上，打破过往单向讲授、强力灌输的模式，不但促进学生的知识获得、能力发展、素质养成，提高了学生综合素养的全面发展。课程是“一个情境化的社会过程”，由师生交互作用而产生“不断生成的建构”[9]。为此，教学中采用促成思考、开放讨论的研究小组形式，选择钢铁、水泥、电池电极等典型的结构或功能材料，分析不同工艺方案在采冶、加工、使用、回收材料链上的资源、能源消耗与废弃物排放，既培养学生的资源节约与绿色可持续发展意识，提高其工程伦理修养，又培养学生的批判精神、创新素质和终身学习意识。

3. 体现学校特色，适应学校定位。由于每个大学在发展路径、资源禀赋、传统风格方面的不同，本科生课程往往有自己的特点。而且越是优秀的大学，特点越是鲜明和突出。以东北大学为例，曾长期在前冶金部指导下办学，人才培养和科学研究都重点围绕在经济建设中发挥基础性作用的钢铁、有色金属等材料，形成了工业生态学方面的研究优势和特色[10]。学校章程中定位为“在中国新型工业化进程中起引领作用的高水平研究型大学”。在本课程的教学过程中注重反映这些特点，重点讲述与新型工业化进程、新工业革命相关的材料体系。

4. 重视教学效果评价，设计合理的考核形式以助力课程实施。课程考核不但是评价学生学习效果的重要形式，更关键还是学习的重要环节。将学习成效评估与教学活动保持一致性是提高课程设计水平的重要保障[11]，本课程采用结果导向模式，利用阅读报告、案例分析、方案设计、调研报告等形式体现学习产出，并将结果用于课程自身的持续性改进。

四、结束语

从目前的教学实践看，在材料科学与工程专业开设的环境与能源材料课程实施课程思政，将专业知识与价值融合，有利于培养未来工程技术人员造福人类和服务社会的意识，也适用于环境、新能源、机械等相关专业的本科生，有力支撑了工程教育认证相关的毕业要求，全面落实专业育人目标。未来，我们将长期跟踪评价学习效果，通过持续改进的方式不断提升教学效果。

参考文献：

[1]杨国斌，龙明忠.课程思政的价值与建设方向[J].中国高等教育，2019（23）：15-17.

[2]王国栋.钢铁行业技术创新和发展方向[J].钢铁，2015（5）：1-10.

[3]林健.新工科人才培养质量通用标准研制[J].高等工程教育研究，2020（3）：5-16.

[4]中国工程教育专业认证协会秘书处.工程教育认证通用标准解读及使用指南（2018版）[Z].2018.

[5]陆道坤.课程思政推行中若干核心问题及解决思路[J].思想理论教育，2018（3）：64-69.

[6]劉建平，杨健，刘涛，等.中国能源革命的目标与路径——从能源互联网到智慧能源[J].能源，2017（7）：84-86.

[7]习近平.在北京大学师生座谈会上的讲话[EB/OL].https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1599405562274773460&wfr=spider&for=pc.

[8]杨昆，罗小兵，冯晓东，等.能源动力专业基础课程教学中开展“课程思政”的探索[J].高等工程教育研究，2019（S1）：116-118.

[9]张华.课程与教学论[M].上海：上海教育出版社，2001：89.

[10]陆忠武.对工业生态学的思考[J].环境保护与循环经济，2010（2）：4-6.

[11]朱征军，李赛强.基于一致性原则创新课程思政教学设计[J].中国大学教学，2019（12）：24-28.