课程思政建设的内涵与实践

杨振国　龚嶷　徐珂

摘 要：为适应教育部提出的高校课程思政建设要求，落实立德树人根本任务，本文基于复旦大学材料科学系本科生专业选修课“材料失效分析”多年授课经验，针对课程思政建设中普遍存在的“两张皮”问题展开深入讨论以求破解之道。创新地归纳出“四有四求”的思政理念和基于“三大教育”的思政元素，即以有人、有料、有情、有果的“四有”教学案例为载体，以求真、求新、求深、求用的“四求”教学理念为目标，以科学精神教育、工程伦理教育、实践能力教育的“三大教育”为思政元素。经多年实践，课程取得了预期的育人成效，达到了课程思政集价值塑造、知识传授、能力培养三位一体的育人目标，希望对高校理工科专业开展课程思政建设具有借鉴意义和参考价值。

关键词：立德树人;课程思政;材料失效分析;科学精神;工程伦理;实践育人

一、课程思政建设的背景和现状

教书育人是教师的基本职责，也是应尽的义务。党中央历来十分重视高等院校的人才培养和教育，在新时代又提出了全新的要求。

2016年12月，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上指出，高校思想政治工作关系高校培养什么样的人、如何培养人以及为谁培养人这个根本问题。2017年10月，他在党的十九大报告中又再次强调，要全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务，发展素质教育，推进教育公平，培养德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人。一个“根本问题”、一个“根本任务”，总书记用两个“根本”归纳了中国特色社会主义高校立德树人的办学初心和为党育人、为国育才的办学使命。

国与国之间的竞争归根结底是教育和人才的竞争。当今世界正经历百年未有之大变局，新一轮科技革命和产业变革方兴未艾，故孕育符合当下时代需求的高素质人才显然是对“培养人”这一根本问题的最佳诠释，也可视为高校人才培养的最终目标。对于综合性高校的理工科专业而言，则是要面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，培养科学基础厚、工程能力强、综合素质高的“新工科”人才[1]。简而言之，就是要加强学生专业知识、技术能力和综合素质的培养。然而，目前采用的方法主要是专业课这一传统形式。

司马光在《资治通鉴》里所述“才胜德谓之小人”，这是指有才无德是危险的，只有“才德全尽谓之圣人”。可见仅有专业知识是不够的，还要加强思想政治教育，以帮助学生塑造正确的世界观、人生观和价值观。所以高校在瞄准人才培养“终点线”的同时，更要抓牢思想政治工作的生命线[2]，即立德树人。通常情况下，这项工作由各高校的马克思主义学院等负责思想政治教育的院系以思政课的形式实现。但思政课教师一般不懂理工科专业知识，而理工科专业教师又不擅长思政教育，于是长久以来一直存在着思政课和专业课相互割裂的问题[3]。

为解决上述问题，2014年起上海市在教育部指导下，在国内率先开展了课程思政的试点工作，复旦大学也成为首批建设高校。目的就是要促使知识传授与价值观教育同频共振[4]，在诠释好培养人的根本问题的同时，也要落实好立德树人根本任务。随着课程思政建设的持续深入和在其他省市的不断推广，教育部在2020年5月正式印发了《高等学校课程思政建设指导纲要》（简称《纲要》）[5]，进一步阐明了“课程思政建设是落实立德树人根本任务的战略举措”，明确了“必须将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体、不可割裂”，也就是“要寓价值观引导于知识传授和能力培养之中”，并提出了“要紧紧抓住教师队伍‘主力军’、课程建设‘主战场’、课堂教学‘主渠道’”，从而“解决好专业教育和思政教育‘两张皮’问题”。

所谓“两张皮”问题，用材料科学与工程专业术语来说，就是专业教育和思政教育这“两张皮”因界面结合差而无法起到协同增效的作用，也就是上文提到的思政课和专业课的相互割裂问题。虽然近几年对课程思政开展了大量的宣传、培训和实践，然而“两张皮”问题目前仍是困扰理工科专业课教师开展课程思政建设最大的“拦路虎”。通常为了完成课程思政建设任务，要么生搬硬套自己一知半解的政治理论，要么不断重复学生从小就耳熟能详的历史人物，让原本就枯燥复杂的专业知识更加晦涩難懂和兴味索然，导致学生提不起学习的兴趣。由此不但无法起到价值引领作用，实现“1+1>2”的目标，反而使正常的知识传授和能力培养也受到影响，产生“1+1<1”的副作用，违背了课程思政建设的初衷。

为此，本文将基于复旦大学材料科学系开设的“材料失效分析”本科生专业选修课及其课程思政建设的经验，针对目前我国高校在开展课程思政建设时普遍存在的“两张皮”问题，提炼并归纳出一套独具特色的破解之道——以有人、有料、有情、有果的“四有”教学案例为载体，以求真、求新、求深、求用的“四求”教学理念为目标，以科学精神教育、工程伦理教育、实践能力教育的“三大教育”为思政元素，通过精心挑选和设计案例，使思政教育和专业教育实现“界面相容、协同增效”的效果。本文旨在抛砖引玉，帮助我国高校理工科专业更好更快地适应课程思政建设的要求，进而为培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人做出应有的贡献。

二、“材料失效分析”课程思政建设的内涵

众所周知，失效事故遍及各行各业，经济损失和人员伤亡巨大，典型案例包括英国“泰坦尼克号”邮轮与冰山相撞后不到3小时就沉没于北大西洋的特大海事事故、美国“挑战者号”航天飞机因O形橡胶密封圈泄漏导致升空爆炸的特大航天事故等。这些特大事故与社会安全、公共安全密切相关，故失效问题一直受到各国政府的广泛关注和技术人员的深入研究。当今国际学术界存在共识，失效引起的经济损失每年占各国GDP的2%～4%。我国近两年的GDP分别是98.7万亿元（2019年）和101.6万亿元（2020年），若以4%估算，这两年由各种失效引起的损失达到3.9万亿元和4.1万亿元，均超过了上海市2020年全年的GDP（3.8万亿元），经济损失巨大。因此失效分析意义重大，不仅被赋予重要的社会责任，而且能产生很大的经济效益。

材料失效分析是以材料为载体，通过综合分析找到产品失效的根本原因，并提出有效措施以防止同类事故的重复发生。它的主要作用有四项：（1）查明事故的根本原因，确定事故的主要责任;（2）防止同类事故重复发生，保障人员财产安全;（3）吸取经验教训，提高人员素质和管理水平;（4）促进材料的技术进步，从理论上指明方向。因此，材料失效分析的目的是明确失效模式、失效形式、失效缺陷、失效机理与失效原因的相互关系及其解决对策，具体内容包括明确失效模式、辨认失效形式、确定失效缺陷、鉴别失效机理、判定失效原因、提出解决方案六个方面。其中，失效模式属于宏观尺度范畴，指构件失效后的外观形貌，即可观察且可测量的失效宏观特征，比如脆性断裂、疲劳开裂、接触磨损、超载变形等;失效形式属于细观尺度范畴，指构件失效后保留的具体形态特征，比如以齿轮失效为例，包括齿根左侧裂开、齿轮节圆凹陷、齿轮表面磨损、齿轮顶部脱落等;失效缺陷则涉及多种尺度，指引起构件局部开裂或损伤的初始缺陷或原始缺陷，比如夹杂物、大气孔、表面划痕、腐蚀坑等;失效机理属于微观尺度范畴，指构件失效所经历的物理与化学的变化过程，即失效的微观机制，比如腐蚀失效模式下的电偶腐蚀、缝隙腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀等;失效原因指导致构件失效的根本原因，比如超载、疲劳载荷、电化学腐蚀、冲刷磨损等;解决对策指提出具体的解决方案以防止同类失效事故的重复发生，不仅解决方案要简单，而且实施后结果要有效。材料失效分析既是一门综合性学科，涉及材料、机械、物理、化学、腐蚀等多种学科，又是一项系统性工程，涵盖设计、选材、制造、安装、检验等多个方面，所以对开展失效分析工作的从业人员也提出了极高的要求。一方面要技术水平高超，分析时不仅能够宏微观相结合，综合运用各种知识，而且整个过程系统、完整、严谨，提出的解决对策快速、正确、有效。另一方面更要道德品质高尚，既能够秉持品德高于技术的理念，做到客观公正、实事求是、敢于担当;又能够坚持调查重于理论的方法，做到深入现场、观察迹象、寻找旁证;还要有产学研合作的团队协作能力，因为个人能力有限，集体智慧无限。可见，材料失效分析的学科特点与《纲要》里对课程思政建设的要求不谋而合，具有开展课程思政建设的先天条件和优势。

“材料失效分析”是复旦大学材料科学系2011年起开设的一门本科生专业选修课，2013年被评为复旦大学精品课程，2016年获评为上海市精品课程，2018年起开始进行课程思政建设，2021年获评为复旦大学课程思政优秀示范课程、金课、金例和标杆课。课程针对理工科专业开展课程思政建设时普遍存在的“两张皮”问题，创新地提出了“四有四求”的思政理念和基于“三大教育”的思政元素，从而实现集价值塑造、知识传授和能力培养三位一体的课程思政育人目标。下面对其内涵进行详细的论述。

1.以“四有”教学案例为载体

“四有”指的是课程选取的教学案例要有人、有料、有情、有果。其中，“有人”是指教师自身的专业素养过硬，能做到为人师表、率先垂范，从而在案例教学中能对学生进行全方位指导，事实上这不仅是课程思政，更是所有课程的基本要求;“有料”是指课程选取的案例复杂多样且具有前沿性、新颖性、现代性，切忌泛泛而谈已知结果复现过程的简单案例，或是“炒冷饭”大家耳熟能详的历史人物和经典案例;“有情”是指课程选取的案例中师生配合默契，样品取样和分析过程有趣，整个过程绝非教师个人的独角戏，也非学生机械地重复劳动，而是两者间师生情深、团结协作、共克难题的感人故事;“有果”是指课程选取的案例中，取得的研究结果有用，解决的实际问题有效，而非空洞地照本宣科。

2.以“四求”教学理念为目标

“四求”指的是课程以求真、求新、求深、求用为教学理念。其中，“求真”是指引导学生追求真理、客观公正、品行端正，在学习与研究过程中能保持初心，不受外界干扰，而是用事实说话、用数据说话;“求新”是指激发学生探索未知领域的创新意识和研究热情，能学会思考如何进行技术创新，并将新技术和新工艺应用到工程实践中去;“求深”是指加强对学生独立思考能力的培养，能够发现问题和提出问题，鼓励学生批判质疑，不盲从书本和权威，而是在理解的基础上有自己独立的见解和观点;“求用”是指授课时经常把科研中刚完成的真实案例向学生及时讲解，使学生感到新鲜、实用，直观地认识到所学专业知识并非空洞乏味的理论，而是能用来切实解决工程实际问题，由此训练和培养学生理论结合实际的实践能力。

3.以“三大教育”为思政元素

“三大教育”指的是科学精神教育、工程伦理教育和实践能力教育。

科学精神教育的内涵是引导学生追求真理和真实、敢于质疑和探究、善于分析和创新，达到《纲要》里提出的“要注重科学思维方法的训练和科学伦理的教育，培养学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感”的目的。首先教师自身须对基本概念和基础理论有自己的看法，陈述不同的观点，并对不完善的概念和理论提出修正和改进，从不同视角对一些概念进行诠释和纠正。而在授课时，须针对实际案例进行批判性讲授，切忌泛泛而谈，并且必须结合实际进行科学诠释，以及采用新颖的思维和方式。

具体来说，“材料失效分析”课程对现有的材料失效分析知识体系进行了重新梳理[6]，并得到了国内外学术界广泛认可。包括批判性地诠释了材料失效的新定义[7]，将其精炼为“失效是产品因微观结构或外观形态发生变化而不能满意地达到设计规定的功能”;创造性地提出了失效模式的新分类，将现有教材里表述不完整的机械构件的四种失效模式“断裂、腐蚀、磨损、变形”拓展为“断裂、腐蚀、磨损、畸變、衰减”五种失效模式;系统性地归纳了材料失效分析的一般方法——失效模式的判定、失效形式的界定、失效缺陷的认定、失效机理的鉴定、失效起因的确定;创新性地提出了安全设计模式的新理念，论述了安全设计模式与设计安全模式的相互关系[8];概括性地总结了材料失效分析与预防内在关系的新颖表述法[9]，即“六品（制品、成品、半成品、物品、次品、废品）”，“五件（零件、部件、组件、元件、器件）”，“四化（劣化、退化、脆化、老化）”，“三P”（Prevention预防、Protection防护、Prediction预测）;完整地建立了失效原因的鱼骨图综合分析法，即材料失效分析必须考虑设计、材料、制造、安装、检验、运行、维护、环境、运输、贮存等至少十个方面的因素。由此通过科学精神教育，可加强对学生独立思考和批判质疑能力的培养，让学生自我评判、比较和分析，不盲从书本和权威，养成凡事必躬行的科研思维习惯。

工程伦理教育的内涵是培养学生具有良好的品德行为、敢于担当的责任和科技报国的使命感，以达到《纲要》里提出的“要注重强化学生工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当”的目的。具体将选用学生熟悉的人和事进行深入阐释，也就是在讲好经典励志故事和历史人物的同时，还要讲述学生身边发生的真人真事，让他们更有代入感和效仿感，从而树立知行合一的处世之道和遵纪守规的行为准则[10]。

具体来说，“材料失效分析”课程基于主讲人负责的团队最近十多年在核电、火电、风电、石化、化工、冶金、交通、电子电路、城市管网九个行业完成的一百多项重大失效案例，从中遴选近三十个典型案例进行深入讲解和讨论。例如，通过讲解新材料研发案例，介绍采用反应加工工艺制备耐磨耐蚀三元复合管以适应复杂工况下工艺管道的长寿命使用问题，以及采用加成制备工艺制备柔性电子以解决环境污染和材料浪费问题，促进学生学会思考将技术创新应用于工程结构件的失效预防，激发学生探索未知领域的创新意识。通过讲解多起不合规的工艺处理方式导致一些热交换器异常泄漏的失效案例，表明结构件在使用中发生失效并非完全是材料、介质、环境等所引起，有时是由于操作不当等人为因素所造成，告诫学生做事必须合规合法、时刻树立行为规范意识。针对多起重大工程设备突发性失效案例，讲述团队如何克服困难，在规定时间内快速找到失效的根本原因，提出的解决方案简单有效，为企业保护了人身和财产安全，培养和提高了学生为人处事的责任意识。通过讲解工程实践中遇到的复杂失效案例，让学生切身感受到我国重大工程领域仍存在一些“卡脖子”技术问题，鼓励学生树立为我国在新一轮科技革命和产业变革中做出贡献的使命意识。由此通过工程伦理教育，可加强对学生创新意识、规范意识、责任意识、使命意识等思想品质和职业操守的培养，为今后所从事的事业筑牢思想底线。

实践能力教育的内涵是培养学生的动手能力和实践能力，以及能干事、干成事的综合素养，以达到《纲要》里提出的“要注重学思结合、知行统一，增强学生勇于探索的创新精神、善于解决问题的实践能力”的目的。主讲教师采用项目制形式让学生参与课程，避免传统教学模式下将实践能力培养仅局限于课程实验、参观学习或企业实习的不足。

具体来说，“材料失效分析”课程从第一课堂和第二课堂两个方面进行实践[11]。第一课堂里，每位学生期末前都会被分派一篇国际期刊上最新发表的失效分析英文论文，要求学生先译成中文，撰写读书报告，检验对所学知识的掌握程度;然后按材料失效分析的一般分析流程，用幻灯片的形式将论文作为一个真实案例向全班同学演讲并答辩。并且分析案例时不能仅就事论事，而是需要对检测手段的合理性、分析方法的正确性、所得结果的可信性、预防对策的有效性等进行评判，发表自己的看法和见解，并在演讲过程中接受教师和同学的提问，从而在互动中搞清楚案例的特点和存在的问题，进而培养独立思考能力和批判质疑精神。第二课堂里，鼓励有志于从事材料失效分析工作的学生提前进入课题组参与相关的实际科研项目，并从中选拔优秀学生代表复旦大学参加每年举行一次的“全国失效分析大奖赛”。2016年至今，选修过“材料失效分析”课程的学生和担任过课程助教的学生中，共有12人次在大奖赛中获奖，复旦大学学生更是连续4届获得同一组别的唯一特等奖。由此通过实践能力教育，有效训练了学生的动手能力、团队协作、演讲表达、临场应变、人际交往等综合能力，并通过真实课题的参与，引导学生树立服务国家和社会的科技报国意识。

三、经典案例和育人成效

“材料失效分析”课程开设10年来，尤其是开展课程思政建设以来，已建立一系列的经典案例。通过采用案例教学的模式，既向学生呈现了所学知识在实际工程中的重要性和实用性，又能鼓励学生今后开展相关的前沿研究以更好地为失效预防服务。由此可使学生同时感受到正向教学（理论指导实践）和逆向教学（实践促进理论发展）的乐趣，提高学生对理论知识和工程实践间相互促进、协同发展的辩证关系的认知和觉悟。

其中，最具特色的无疑是前文提到的“泰坦尼克号”豪华邮轮因冰山撞击发生沉没的经典案例。众所周知，“泰坦尼克号”是20世纪初世界上最大的豪华游轮。它全长260米、宽28米、高51米、吨位46 328吨，设计航速24节，载客量3000余人，耗资7500万英镑建造。船体采用双壳层结构设计以防止撞击，并在船体前缘两侧布置了16个互相隔开的水密舱。凭借这些安全措施，当时被认为是一艘“永不沉没的”的巨轮。它的首航于1912年4月10日，从英国南安普顿出发前往纽约，航速22节（约40.7km/h）。但4月14日23时40分，它在北大西洋与漂浮的大冰山意外相撞。由于船体右侧6个前舱壳体发生裂开，2h 47min后沉没于海中。船上共有2208人，仅705人获救，1503人葬身海底，这也是迄今为止世界上发生的特大海事事故。

对于这起广为人知的失效案例的产生原因，国际上一直存在着许多说法。除冰山撞击这一直接因素外，有的认为船体焊接不良是主要原因，也有的认为建造过程质量不佳是主要原因，更多的则认为船板材料脆性是主要原因，此外还有认为航行速度过快是主要原因。为此，我们在课堂上向学生提出了这一事故的溯源问题，引导学生自己去查阅文献开展深入研究，分析事故发生的真相，不要轻易迷信权威，而要独立思考和探究。

通过课堂上的系统分析和授课教师的实地考察，最终给出了“泰坦尼克号”快速沉没的根本原因，从而纠正或否定了以往一些片面的结论。据考证，在对“泰坦尼克号”船体材料的备用件进行性能复检后，发现船板和铆钉中均含有大量超標的硫化锰（MnS）夹杂物及磷元素，使得船板的韧脆转变温度大于32℃，而当时的海水温度则是−2℃。因此可以推定，由于航速过快（接近设计上限），“泰坦尼克号”与冰山相撞时的失效特征是脆性断裂（失效模式）。于是在冰山撞击力的作用下，船板的一些固定铆钉发生断裂、铆钉孔边缘开裂以及撞击处船板裂开（失效形式）。随后，在冰山的持续碰撞下，铆钉孔处的夹杂物、孔边缘的机加工缺陷和冰山撞击处的裂口（失效缺陷），因船体材料的脆性特征而发生快速扩展，形成了几十米长的大裂口和更多的裂缝。结果船体右侧的1—6号水密舱先后灌水，而裂缝间又连体形成更多、更大的裂缝，从而导致六个水密舱大量进水、偏心受载，由此引发了整体倾斜（失效机理），“泰坦尼克号”最终也断裂成多段并快速沉没于海中。综上，“泰坦尼克号”的失效是在冰山撞击力、铆钉及船板的断裂韧性低和航速过快三种因素相互作用下发生的低应力脆性断裂（失效原因）。

通过对这起经典案例的深入阐释，帮助学生构建了失效模式、失效形式、失效缺陷、失效机理和失效原因的相互关系，培养和训练了学生的严谨科学态度。同时，通过指出他人的片面分析，培养了学生敢于探究和质疑的科学精神。此外，通过讲述生死抉择时船上官员及男性乘客舍己为人的牺牲态度，培养学生乐于奉献的崇高品德和敢于担当的职业精神。

在育人成效方面，本课程取得了令人满意的效果。2016年至今，选修“材料失效分析”课程的5届学生共有140人，除仍本科在读的57人外，其余83人中本科毕业后选择继续深造攻读研究生的有58人，占70%;进入国家重点单位从事材料相关技术工作的有14人，占17%。以上数据充分说明，有理想的学生是自愿从事材料研发工作的，愿为国民经济建设和发展做贡献。而通过本课程学习，也为他们今后开展本学科的理论研究和实际工作打下了坚实基础。此外，学生中还涌现出自主创新创业的成功范例。2018届博士毕业生唐晓峰，初期带领几名研究生自主创业，创办了上海朗亿功能材料有限公司，以开拓创新的精神开展新材料研发和市场应用，践行“科技中国”的使命担当。

四、结语

课程思政是落实立德树人和价值引领根本任务的战略举措，通过精心设计案例，可以解决思政教育与专业教育“两张皮”的问题，达到界面相容、协同增效的教学效果。“材料失效分析”课程以“四求”教学理念为目标、以“四有”教学案例为载体，把科学精神教育、工程伦理教育、实践能力教育的思政元素有机融合于课程中，把价值引领自然贯穿于教学过程中，起到“盐溶于水”“润物细无声”的育人成效。同时，采用批判性讲授，给出材料失效分析的一系列创新概念和理念，从而引导学生崇尚科学精神，培养和提高批判质疑、科学探究、技术创新等原创能力。最后，通过典型案例和实际案例的深入分析，展现“材料失效分析”课程思政建设的内涵和实践，促进学生踐行工程伦理和报国奉献的使命与担当，取得了明显的育人效果。

参考文献：

[1]龚嶷. 面向“新工科”的研究生辅导员“六化”工作理念[J]. 教育现代化，2018，5（11）：282-284.

[2]习近平. 坚持中国特色社会主义教育发展道路 培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人[N]. 人民日报，2018-09-11（1）.

[3]孔翔，吴栋.以混合式教学改革服务课程思政建设的路径初探[J].中国大学教学，2021（1/2）：59-62.

[4]虞丽娟. 从“思政课程”走向“课程思政”[N]. 光明日报，2017-07-20（14）.

[5]教育部. 高等学校课程思政建设指导纲要[Z]. 2020.

[6]毕彤彤，杨振国. 批判性教学——《材料失效分析》新诠释 [J]. 中国高校科技，2017（S1）：86-87.

[7]杨振国. 论失效分析的本质及其内在关系[C]// 2013年全国失效分析学术会议.理化检验-物理分册，2013，49（S1）：3.

[8]杨振国. 论设计安全模式与安全设计模式的相互关系[C]//2019年全国失效分析学术会议. 金属热处理，2019，44（S1）：1.

[9]杨振国. 材料失效分析新诠释及其工程应用[C]. 第25届国际热处理及表面工程联合会大会，2018.

[10]杨晓蕾，杨振国. 培养创新复合型人才——材料失效分析课程教学探索与实践[J]. 大学教育，2017（10）：39-41.

[11]杨振国，毕彤彤. 《材料失效分析》课程互动式教学的实践与拓展[J]. 教育教学论坛，2017（45）：142-145.

[责任编辑：余大品]