区域行业史和课程史融入课程思政的教学模式研究——以电路原理课程为例

李墅娜, 焦枫媛, 宋小鹏, 杨 风

(1. 中北大学 创新创业学院, 山西 太原 030051; 2. 中北大学 信息与通信工程学院, 山西 太原 030051)

课程思政是指将思想政治教育融入课程教学和改革的各个环节, 实施全课程、 全方位、 全员育人的一种教学理念和教学模式, 是新时代高校反思教育意识形态属性与挖掘课程德育功能的一种理念和实践探索。[1]2020年5月28日, 教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》指出:“落实立德树人根本任务, 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。 全面推进课程思政建设, 就是要寓价值观引导于知识传授和能力培养之中, 帮助学生塑造正确的世界观、 人生观、 价值观, 这是人才培养的应有之义, 更是必备内容。 ”[2]因此, 推进课程思政研究与实践是党和国家对高校实现“立德树人”根本任务的必然要求, 也是高校提升教育质量、 实现内涵式发展, 落实为党育人、 为国育才的必然要求。

本文以中北大学的电路原理课程为例, 研究课程思政教学新模式, 将区域行业史与课程史有机地结合, 融入课堂教学环节中, 借助山西地区区域行业发展历程, 让学生全方位的感受晋商是如何将山西电力工业从无到有、 逐渐走向辉煌的历史过程, 体会三晋人甘于奉献的敬业精神以及学习电路课程的重要性和必要性, 再结合整个课程的发展历史, 让学生们重温科学家的科研路程, 激发同学们的好奇心和创造力, 一步步推动课堂知识教学, 实现全新的课程思政教学模式。

1 电路原理课程思政现状

电路原理课程是理工科院校重要的学科基础教育课程, 课程绝大多数的知识点都是在大约100年前由西方的科学家或工程师发现或发明的, 从20世纪70年代开始, 整个课程的理论体系基本成熟, 课程内容上侧重逻辑, 偏重推理。[3]由于其课程知识点之间的逻辑关系严密, 需要投入相对较多的时间和精力才可以熟练掌握, 因此, 对于理工科专业学生来说学好电路课程并不容易。 类似电路原理这样的理工科专业的课程还有很多, 由于课程的局限性, 使得开展课程思政教学成为难题。 作为理工科院校的技术基础课, 为落实立德树人的根本任务, 培养全方位人才, 寻找合适的教学模式对电路原理这样的基础课进行课程思政研究非常有必要。

目前, 电路原理课程思政教学的现状是: 第一, 思政元素设计内容较少, 整个教学内容普遍注重具体知识点和例题的讲解, 忽略科学家研究这些知识的背景及过程, 因此, 不能很好地激发学生学习电路知识的积极性。 第二, 课程知识点与思政元素结合不贴切, 如在知识讲解过程中生硬加入一些哲学思想, 其涉及到的社会主义核心价值观等德育部分不够饱满, 对学生的道德观和世界观的提升基本起不到任何作用。[4]

本文在将具有山西区域特点的电力发展史和电路课程史融入电路原理课程中, 联系辩证唯物法系统教授电路理论知识, 培养科学方法论的思维方式、 学习工匠精神、 提升学生整体素养。 在教学中融入情感态度及价值观目标, 体现在通过爱国主义教育等方面增强学生学习的源动力, 使得课程知识变得“有故事”。

2 融入区域行业史和课程史的电路原理课程思政方案

2.1 电路原理课程中融入山西电力行业史

中北大学坐落于山西省太原市, 结合山西省区域特色, 通过讲好山西故事, 进行课程思政通识课程的研究与开发是落实立德树人的具体化、 特色化实践, 具有很强的可操作性和重要的现实意义。 以山西省地域特征为坐标中心, 以历史沿革、 发展现状、 前景规划为经线, 以政治、 经济、 文化、 人文、 地理等内容为纬线交织而成的区域信息, 是自然历史与社会发展的有机融合。 以区域特色为教育内容, 引导学生全面掌握我省的历史文化、 人文地理、 资源禀赋、 区域定位、 产业发展、 经济结构等社会经济现状, 将知识教育、 价值观念、 能力培养、 乡土情怀、 文化自信等要素有力、 有效、 有机结合, 并将进一步涤荡学生心灵, 增强区域自信, 提升综合素养, 激发热爱家乡、 报效家乡的志向和情怀。

结合山西资源型经济转型发展和中北大学的工科背景, 锚定高校立德树人的根本任务, 坚持知识传授和价值引领相结合, 以山西电力之路为时间纵贯, 既包括从1908年山西省点亮第一盏电灯到“点亮全国一半灯, 暖热华北一半房”的辉煌历史和从单一模式的火力发电到风、 火、 水、 氢能、 光伏发电并驾齐驱, 清洁能源方兴未艾的伟大转变, 也包括抗日战争和解放战争时期山西电力工人同日寇和国民党反动派的顽强斗争以及新时代山西电力砥砺前行、 服务能源革命的转型改革等内容。[5]

让同学们感悟山西作为全国重要的能源和原材料供应基地, 为全国经济社会可持续发展做出的突出贡献, 以及由于支柱产业单一粗放、 生态环境破坏严重带来的环境污染问题, 激发作为山西学子的自豪感以及实施环境保护和可持续发展的紧迫感和使命感。 熟知山西电力工业的发展历程和重大历史事件, 树立正确的科学史观, 坚定理想信念和政治方向, 强化工作作风, 端正科学态度。

19世纪末期, 在洋务运动的推动下, 西方发达资本主义的先进科学技术逐渐流入国内, 山西布政使胡聘之在1892年奏请清政府批准开发山西煤炭, 振兴山西工业。 1897年至1898年间, 由于清政府的腐败无能, 山西煤矿的开发权落入英商手中, 爱国晋商代表掀起历史上著名的“护矿运动”, 山西各地的晋商受到“护矿运动”的影响, 纷纷走实业救国的路线。 在晋商刘笃敬的奏请之下, 清政府批准在山西太原南肖墙建立山西第一个公用电灯公司, 1908年, 电灯公司建设山西省第一座发电厂, 受到当时爱迪生直流电技术的影响, 第一台60千瓦的直流发电机组开始建成发电。[6]在优越的自然条件之下, 山西发电主要是靠煤炭进行火力发电。

太原电灯公司的成立, 标志着山西电力工业的创立。 由于清朝末年的腐朽统治、 民国初期的军阀混战、 日本侵略者的掠夺以及阎锡山官僚资本的统治, 山西电力工业发展缓慢。 该部分内容可引入电路原理课程的绪论部分, 在介绍电力工业从无到有的发展的基础上, 将重点介绍山西电力工人维护民主权益和自身利益以及反日寇侵略和国民党统治的艰苦卓绝的斗争。

1949年4月24日太原解放后, 山西电力工业在中国共产党和人民政府的领导下获得了新生, 开始了辉煌的征程。 这一时期确定了50 Hz的统一频率, 太原第一、 第二热电厂等一批重大工程开启, 太原电力学校应运而生。 文化大革命的爆发, 山西电力工业受错误思潮的干扰也没有停止脚步, 仍在艰难的发展, 电力建设由中心城市转向边远地区, 大容量火电机组增多, 220千伏线路出现。[7]此部分内容以山西电力事业从建国初期的高速发展到文革中的曲折前进为主要内容, 主要反映山西电力人坚韧不拔的积极进取精神。

改革开放后, 山西电力逐步走上了持续、 稳定、 协调、 高速发展的道路, 全省形成了统一电网。 山西电力行业逐渐发展壮大, 1990年, 全省发电机容量已由建国初期的4.08万千瓦提升到到589.14万千瓦, 35千伏及以上输电设备构成的输电线路也由286公里增长到1.75万公里, 发电量由建国初期的0.4亿千瓦时增长到341.16亿千瓦时, 增长了约490倍。[6]山西电力的发展也促进了机械、 化工、 纺织等工业的发展。 为了充分发挥山西煤炭资源和地理优势, 加快山西经济上新台阶, 山西从单一输煤变成了输煤输电并重, 立足电力外送基地的战略定位, 为华北乃至全国的经济发展做出了重要贡献。 以煤为绝对主体的电力能源结构, 使得山西的污染问题日益突出。 此部分内容借助山西煤电辉煌历史, 引导学生正视历史局限性, 形成绿色协调的永续发展观。

获于2010年12月的山西省资源型经济转型综合配套改革试验区在2017年6月习近平总书记视察山西后上升为国家战略, 在山西省委省政府的坚强领导下, 山西驶入了资源型经济转型发展、 打造能源革命排头兵的快车道。[8]此部分内容可以融入三相交流电路部分, 给同学们展示山西省以风力、 水力、 氢能和光伏发电为主资源转型的发展新路。 引导学生认识到创新是传统产业转型升级的必然要求, 能源技术创新是应对当前能源、 环境和气候变化挑战的重要途径, 也是实现能源生产和消费革命的关键。

2.2 电路课程史与电路学科知识的有机结合

电路原理课程研究的内容是各种电路的基本分析方法, 包括直流、 交流、 时域、 频域等。 整个课程在山西故事的脉络基础上, 融入具体科学家的人物故事及研究相应科学知识时的应用背景及研究过程, 可以让学生了解科学知识的发展历程, 激发学生的学习热情和创造精神, 通过追溯名人事迹, 让学生感受科学家严谨的学术态度。

电路理论的发展最早是源于电力工程, 早在19世纪20年代初期, 电力工业和早期的通讯行业的兴起推动和酝酿了电路学科的形成。 这一时期, 随着电流磁效应和电磁感应现象的发现, 电动机、 发电机、 电话、 电灯等一系列用电设备应运而生, 因此, 也打开了世界电气世界的新篇章。 一些重要的定律也在解决实际问题的驱动下逐一被科学家提出, 例如, 著名的基尔霍夫定律。 19世纪40年代, 随着电力工业的迅速发展, 电路变得愈来愈复杂, 单单借助欧姆定律已经很难解决网格状的电路问题。 1845年, 刚从大学毕业的基尔霍夫率先发表论文提出适合这种网格状电路计算的两个定律, 即著名的基尔霍夫电流定律和电压定律, 该定律能够迅速快捷的求解当时的复杂电路问题, 为电力工业的发展解决一大技术难题。

我们的生活中电能无处不在, 电的神奇和伟大成就了我们今天的世界。 这些研究成果的背后承载了许多的研究经历, 例如, 电能的远距离传输的承载方式的争论就长达半个世纪。 在介绍正弦交流电路部分时, 可以通过爱迪生与特斯拉的交直流之争的故事, 让学生对直流电和交流电的发电机制及其特点有更深刻、 更全面的认知和理解。 这样不仅可以让同学们学到相关知识, 还可以激发学生的学习热情, 让同学们感受到科学研究没有捷径, 需要不断探索研究。 其间, 还可以借助重大学术失范和科技发展误判的案例, 课堂上展开讨论和讲授交流电的发展过程, 引导学生树立正确的价值观、 人文素养、 学术典范, 形成正确观念和道德评价能力。

在交直流之争期间, 交流电逐渐被人们所认可, 因此, 交流电路的分析计算也成为有待解决的关键问题。 英国物理学家亥维塞1886年在英国《电学家》杂志发表文章首次提出“阻抗”的概念, 并将阻抗定义为外加电动势振幅与电流振幅之比, 用符号Z进行表示。[9]当时的“阻抗”概念已经基本等同于现在电路课本中的“阻抗”, 这一概念的提出有助于建立交流电路的欧姆定律, 对分析和计算交流电路起着重要的推动作用, 为了更好地运用和计算, 电气工程师肯涅利进一步研究了阻抗运算问题, 于1893年在《美国电机工程学会会刊》中发表了关于“阻抗”的论文。[10]文中首次用复数表示正弦交流电路的阻抗, 率先将电路术语“阻抗”与数学术语“复数”建立起联系, 说明它们存在一一对应的关系, 肯涅利的这些研究成果和交直流大战密不可分。 由于“阻抗”概念的启发, 施泰因梅茨提出了相量法概念[10], 使用复数表示交流电流和电压, 首次建立了复数形式的欧姆定理和基尔霍夫定律, 使得正弦交流电路的求解成为可能, 而且他成功地解决了三相系统难以对故障进行定位的问题, 这些都大大推动了电路理论的快速发展, 促使交流设备商品化。 相量法的提出, 解决了长期困扰人们的正弦交流电路的分析求解问题, 将正弦交流电用复数表示, 建立了复数形式的欧姆定律, 大大简化了交流电路的分析计算, 降低了电力系统的建造成本, 对交流电的普及起到了决定性的作用。

通过科学家前辈们应用数学工具解决工程应用问题的实例, 修正学生头脑中数学和工程实际问题之间割裂的状态, 帮助学生建立用数学思维模式来描述和解决工程问题的工程意识, 建立起数学是解决工程问题的工具, 工程问题要用数学语言来表述的概念, 将学习的知识体系做到前后贯通, 立体关联, 提升学生的科学素养。 从交直流的发展史我们可以看出, 科学的发现不是某个人的单独行为, 而是多人研究的结果, 现代科学发展至今蕴含了许多科学家的智慧结晶。 工程技术的发展与理论科学知识是分不开的, 两者之间相互制约, 相互促进。 通过科学家发明或发现这些定理的过程, 让学生感受先贤严谨的科学态度和知识的来之不易, 挖掘学生的创新能力。

3 结 语

高等教育不仅仅是学科教育, 更重要的是德育教育即能力培养和人格培养, 因此, 高校课程学科教育可以成为思政教育的载体, 传递严谨的科学态度及正确的人生观价值观, 《高等学校课程思政建设指导纲要》为课程思政建设指明了方向, 明确了建设目标和重点内容。 电路原理课程作为理工科院校电类专业的技术基础课, 将思政元素与电路原理课程内容有机结合, 可以实现从知识教育到德育教育的引导, 为培养有知识、 有信仰、 有情怀的社会主义建设者和接班人奠定坚实的基础。