新工科背景下“非晶合金”课程思政建设.pdf

165-2023 年 6 月第 26 期Jun.2023No.26教育教学论坛EDUCATION AND TEACHING FORUM新工科背景下“非晶合金”课程思政建设黄永江，李 隽，刘 钢（哈尔滨工业大学 材料科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001）摘 要 新形势下，高校思想政治教育格局发生变化，其中对专业课程实施课程思政逐渐成为高校教育工作者的共识。“非晶合金”课程是高等理工院校材料成型及控制工程专业的本科课程，具有较强的基础性与先进性。结合新工科教育理念，通过不断挖掘“非晶合金”课程蕴含的思政元素，将课程思政贯穿教学全过程，不断优化课程的教学方法、教学内容、教学设计，极大地提升了该课程的授课效果，也提高了学生的科研素养，切实落实了立德树人根本任务。关键词 新工科；非晶合金；课程思政；立德树人基金项目 2021年度黑龙江省高等教育教学改革项目“新工科背景下 非晶合金 教学内容改革及教材建设”（SJGY20210029）；2021年度哈尔滨工业大学研究生精品课程培育项目“凝固理论”（JPPY-2021042）；2021年度哈尔滨工业大学研究生教育教学改革研究重点项目“基于产教融合的行业胜任力培养机制”（21ZD001）作者简介 黄永江（1977），男，湖北仙桃人，工学博士，哈尔滨工业大学材料科学与工程学院教授，博士生导师，国家级重点实验室主任助理，主要从事快速凝固新型金属材料、增材/增减材制造研究。中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1674-9324（2023）26-0165-04 收稿日期 2022-11-23课程思政，即在非思政专业课程中开展思想政治教育及全员育人、全程育人、全方位育人1。课程思政建设是落实新时代中国高等教育建设发展的重要工作，将课程教学纳入高校思政育人的总体视域之中，能极大促进教学工作与高校德育工作的有机结合，解决好培养什么人、怎样培养人、为谁培养人这个根本问题。随着科学技术与社会经济的发展，世界各国正经历新一轮科技与产业革命，科技和工业领域的竞争日趋激烈。为适应当前的发展形势，2017年2月，教育部发布了教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知，以一流人才培养、一流本科教育、一流专业建设为目标，抓住技术创新和新产业发展的机遇，在世界新一轮工程教育改革中发挥全球影响力，实现我国从工程教育大国走向工程教育强国的新工科计划2-3。各高校相继开展了新工科的研究探索与建设活动，构建新兴工科和传统工科相结合的新工科学科专业结构，探索实施工程教育人才培养的新工科模式。在新工科背景下，课程思政要做好思政元素的挖掘和融合、时代新人培养等工作，切实提高课程的育人能力，全力发挥课堂教学的育人主渠道作用，使思政教育贯穿人才培养全过程。一、“非晶合金”课程基本介绍哈尔滨工业大学材料科学与工程学院材料成型及控制工程专业是2019年确定的黑龙江省一流本科专业，并于2021年通过全国工程教育专业认证。“非晶合金”是材料成型及控制工程专业的本科课程，该课程是以使学生获得现代材料科学的重要分支新型亚稳金属材料，以及与之相关的非平衡凝固基本知识为目的的课程，为学生正确理解和今后从事与亚稳非晶合金及其复合材料相关的研究工作奠定理论基础。该课程的主要教学内容是新型非晶合金的相关理论及实用知识原理，包括非晶合金的形成理论，主要制备工艺方法，非晶合金的组织结构特征、性能特点与应用，结合本校科研现状着重讲授新型非晶合金的国际前沿研究成果、发展趋势及其在结构材料、功能材料领域的应用前景等；主要任务是让学生掌握非晶合金形成的基础的基本理论框架、重要制备工艺方法及应用前景，使学生具备分析非晶合金制备过程中基本科学问题的能力，筑牢学生进行新材料研究必需的理论知识基础，同时让学生了解新型非晶合金研发方面的新【学生教育】166-教育教学论坛2023 年 6 月理论、新技术及国际前沿热点和发展趋势。为了贯彻中共中央、国务院提出的“三全育人”要求，“非晶合金”课程始终坚持落实立德树人根本任务，深入挖掘课程中蕴含的思政元素，结合课程的主要知识点，在课堂教授过程中，切实融入思政元素，不断改良教学方法，不断丰富教学内容，不断优化教学设计，构建课程思政体系。二、课程思政的建设举措（一）通过理论和实践相结合，不断提高学生求真务实的科研素养如今，我国工科高校普遍存在以理科教育方式培养工科学生的情况，这导致工科学生的实践动手能力亟待加强4，这一现象使得工科高校有必要在教学过程中加大对学生动手实践能力的培养。在讲解非晶合金成分设计时，鼓励学生在遵循金属凝固理论和非晶相形成本质的同时，不断打开思路，结合非晶合金过冷熔体热力学（比热，熔化熵，组态熵，混合热，自由能，固液界面能）、动力学（粘度，临界冷却速度）及拓扑学（固液界面结构，自由体积，配位数，原子堆垛密度，短程有序）特性，自主设计出具有高玻璃形成能力的新成分，勇于试错，形成实践创新的科学精神和理性思维；同时应使学生明白，在成分配制上需要精准，1%的配制差异即可能会导致最终的非晶合金样品制备失败，以此培养学生养成科学、严谨、精细的科研态度。为了验证成分设计结果的有效性，应带领学生走出课堂、走进实验室，实地进行该成分的合金试样制备工作，在实验室完成原材料准备、成分配制、电弧熔炼、铜模铸造、结构表征及热性能表征等全流程的操作，掌握基本的实验步骤。理论和实践相结合，通过客观、直观的科学实验，在提高学生动手能力的同时加深了学生对于非晶合金形成的基本原理、方法和应用前景的理解和掌握，提高了学生的科研素养，促进学生养成求真务实、勇于探索的科学态度和孜孜以求的科学信仰。（二）通过优化教学内容，不断提升学生追求卓越的科学精神新工科背景下，需要增加专业课程的知识性，提升引领性、时代性和开放性，科学合理拓展课程的广度、深度和温度5。21世纪以来，云计算、大数据、物联网、人工智能等新一代信息技术快速融入国民经济和工业各个领域，也深刻地改变了材料研发的格局和范式，必将极大地推动高性能功能材料和结构材料研发与应用的进步。大量研究结果表明，材料基因工程、人工智能、大数据等新理念和新方法，以及中子散射、同步辐射等大科学装置对非晶合金这一类新型金属材料的研发将产生颠覆性影响，亦可极大提高研发和应用效率，降低研发成本6。“非晶合金”课程如果继续以传统工科专业课程的模式进行教学，而没有及时根据社会发展和新型复合型人才的需求进行授课内容的改革与调整，则无法适应新工科建设的基本要求。据此，授课教师应与时俱进，针对当前非晶合金领域的发展现状及未来发展趋势，不断优化教学大纲和教学内容，并结合授课教师正在从事的科学研究最新成果，在教学内容中涵盖非晶合金及复合材料的增材制造3D打印、同步辐射及中子衍射技术原位研究非晶合金及复合材料力学行为、非晶合金成分设计及性能的机器学习、非晶合金在极端条件下（超低温、高速侵彻、强辐照等）的服役行为等最新热点，始终保持课程知识体系的先进性、前瞻性。这有利于学生了解课堂所学理论知识和科研之间的内在联系，有利于吸引学生的注意力，同时也培养了学生的创新能力、前沿趋势预判能力、深度学习与自主学习能力，培养了其追求卓越、勇攀高峰的科学精神。（三）通过本研究领域发展进程的融会贯通，不断提升学生的荣誉感和使命感非晶合金是1960年由美国加州理工学院Duwez教授课题组在AuSi二元体系中率先发现，因其独特的长程无序而短程有序的原子结构排布特征及优异的力学、物理和化学性能而备受国际材料学界和凝聚态物理界广泛关注。我国广大科研工作者把握大势、抢占先机、直面问题、迎难而上，瞄准非晶合金领域亟待解决的关键科学问题，在老一代科学家，如胡壮麒院士、陈国良院士等人的引领下持续攻关，在非晶合金材料的成分开发、结构、性能等方面开展了深入研究，取得了诸多令世界瞩目的成果，例如：室温超塑性非晶合金、高温高强块体非晶合金、非晶合金成分的高通量设计及表征等，其中，哈尔滨工业大学在低成本铁基块体非晶合金成分设计、非晶合金的3D打印、非晶合金力学行为的原位表征、非晶合金167-第 26 期力学性能的“尺寸效应”等方面的研究亦颇具特色（见图1）。近年来，中国主导了第四次全球非晶合金研发高峰，在国家提出碳达峰、碳中和目标及相关部门印发有关能效提升计划的背景下，具有高效、节能、环保等优势的非晶合金获得长足发展，我国非晶合金薄带在基础研究、产业化规模、产品质量等层面均居于世界前列。通过对非晶合金领域研究历史、现状以及未来发展趋势的介绍，让学生了解我国科研工作者在该领域的突出贡献，也加深了学生对于非晶合金材料在国民经济诸多领域处于关键地位的认识，从而引导学生将自己的职业梦想与国家前途、民族命运紧密结合，将个人价值与服务祖国相统一，增加了学生的荣誉感和使命感。图1 哈尔滨工业大学的典型非晶合金研究成果（四）通过创新考核机制，不断提高学生的主观能动性基于OBE（Outcome-basedEducation，成果导向教育）理念，不断优化课程考核方式，将考核分散在课程进度的各个阶段，并增加过程考核的环节和比重，注重学生对课程的理解及解决问题的综合能力的培养，以有助于学生实现学习目标，使学生在学习过程中有获得感。过程考核主要包括课堂互动、课后小作业、主题讨论、大作业等环节，全面而细致地考查学生对于课程知识的理解和掌握程度、学习态度和对课程知识的应用能力，及时调整教学进程，强化过程性学习，并以工匠精神激励学生在大作业中精益求精、追求卓越，充分发挥学生的主观能动性及创新意识，切实提高学生的实践能力和综合素养。三、课程思政的成效在新工科背景下，时刻不忘立德树人根本任务，通过将课程思政不断融入“非晶合金”教学的全环节，不断完善课程体系、创新教学方法，构建能力培养、知识传授与价值塑造三位一体的教学目标，极大地增强了学生对非晶合金相关基本知识的理解，同时切实提高了授课效果。本门课程多年来专家评教均为A，专家指出：“注重多种教学模式的综合运用，授课时准备有非晶合金增材制造3D打印的样件，并使用多媒体视频展示增材成形工艺过程，效果较好。”“善于启发教学，让学生准备PPT讲稿上讲台讲解，注重学生能力培养！”“结合教师的科研进行授课，让学生接触到（a）最大的铁基块体非晶合金成分7（c）力学行为的原位观察9（d）力学行为的尺寸效应10（b）增材制造 3D 打印81.021.0151.0141.0131.011.000.99PairDistributionFunction，g（r）ABC510153.03.13.22000150010005000010155应变（%）应力（MPa）1mm3mm6mmr，AO黄永江，等 新工科背景下“非晶合金”课程思政建设168-教育教学论坛2023 年 6 月学科前沿进展，授课内容具有前瞻性！”“非晶合金”课程思政的具体措施和实施模式现已推广到材料成型及控制工程专业的其他课程，如“液态成形理论基础”等，起到了非常好的示范作用。结语结合新工科新形势，通过在“非晶合金”教学的全环节中融入课程思政，不断优化该课程的授课体系并创新教学方法，真正做到将思政元素之盐融入专业知识之汤，育人于无形，极大地加深了学生对于“非晶合金”基础知识的理解和认识，提高了学生的主观能动性，进而提升了课程的教学效果，并提高了学生的科研能力及人文素养。（课题组其他成员：宁志良、孙剑飞、夏昕）参考文献1 龚丹丹,任嗣利,刘娟,等.新工科专业“课程思政”教学中育人元素的思考：以 环境分析化学为例 J.广东化工,2021,48(16):336-338.2 吴岩.“新工科”：高等工程教育的未来：对高等教育未来的战略思考 J.高等工程教育研究,2018(6):1-3.3 王伟.“新工科”背景下“电子技术”课程教学改革探索J.电气电子教学学报,2021,43(2):12-14+45.4郑国源,王吉林,吉钰纯.无机非金属材料工程专业实验课程改革探讨 J.科技资讯,2020,18(21):123-124+127.5 朱郑州,姜淼,王肖群.“新工科”背景下课程思政教学刍论 J.工业和信息化教育,2021(6):48-52+61.6 汪卫华.非晶合金材料发展趋势及启示 J.中国科学院院刊,2022,37(3):352-359.7 SHENJ,CHENQJ,SUNJF,etal.ExceptionallyhighglassformingabilityofanFeCoCrMoCBYalloy J.Ap-pliedPhysicsLetters,2005,86:151907.8 LUYZ,HUANGYJ,WUJ,etal.Gradedstructureofla-serdirectmanufacturingbulkmetallicglass J.Interme-tallics,2018(103)67-71.9 HUANGYJ,KHONGJC,CONNOLLEYT,etal.Theonsetofplasticityofazr-basedbulkmetallicglass J.InternationalJournalofPlasticity,2014,60:87-100.10HUANGYJ,SHENJ,SUNJF.Bulkmetallicglasses:smallerissofter J.AppliedPhysicsLet-ters,2007,90(8):081919.Ideological and Political Education of Amorphous Alloy Course under Emerging Engineering Education BackgroundHUANG Yong-jiang,LI Jun,LIU Gang(School of Materials Science and Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin,Heilongjiang 150001,China)Abstract:Under the new situation,the the pattern of ideological and political education in universities has undergone changes.Among them,the implementation of ideological and political education for professional courses has gradually become the consensus of college educators.Amorphous Alloy is an undergraduate course of material forming and control engineering major in universities of science and technology,with strong foundation and progressiveness.Based on the emerging engineering education concept,this paper,by constantly excavating the ideological and political elements contained in the Amorphous Alloy course,puts them through the whole teaching process,and constantly optimizes the teaching methods,teaching content,and teaching design,greatly improves the teaching effect of the course,improves the students scientific research literacy,and effectively implements the fundamental task of building morality and cultivating talents.Keywords:emerging engineering Education;Amorphous Alloy;curriculum ideology and politics;building morality and cultivating talents