关键材料“卡脖子”背景下“金属材料及热处理”课程思政探索与实践.pdf

第44卷 第4期2023 年 8 月江西理工大学学报Journal of Jiangxi University of Science and TechnologyVol.44 No.4Aug.2023关键材料“卡脖子”背景下“金属材料及热处理”课程思政探索与实践蔡志勇，彭翔，彭健，胡小清，李志成（中南大学材料科学与工程学院，长沙410083）摘要：关键材料的自主保障是攻克“卡脖子”技术的关键所在，而材料类科技人才培养是关键材料研制与应用的重要基础。针对中南大学材料科学与工程专业“金属材料及热处理”课程存在的理论知识与社会需求脱节、教学方式单一、考核效果差等突出问题，将思政元素巧妙地融入教学过程，丰富课程教学内容和教学方式，建立线上线下混合教学模式和全过程考核管理模式；结合多种信息化手段，充分发挥思政协同育人的作用，探索一条具有中南大学特色的材料类科技人才培养道路，为攻克“卡脖子”关键材料提供创新型卓越人才支撑。关键词：“卡脖子”技术；金属材料及热处理；课程思政；人才培养中图分类号：G642 文献标志码：A一、引言随着我国综合实力的不断增强，西方国家对我国实行更加严密的技术封锁，导致我国在某些关键科技领域出现被“卡脖子”的突出问题。2018年，在 科技日报 报道的我国35项“卡脖子”技术中，材料类占据了10余项，还有多项技术也是与材料相关的1。由此可知，关键材料技术的攻关、突破和创新是我国战略技术领域的重要发展方向之一。人才培养是解决“卡脖子”技术问题的基础，特别是创新型卓越人才的培养。制造业人才发展规划指南 预计2025年新材料领域人才需求达到1 000万人，而人才缺口达到400万人2。2020年9月，教育部在举行的新闻发布会上提出，将聚焦关键领域核心技术，以超常规方式加快培养一批紧缺人才，为国家解决“卡脖子”问题和推进科技创新作出贡献3。高校作为研究科技这一第一生产力和一流人才培养的主阵地，应当面向社会需求，承担为实现中华民族伟大复兴培养高质量人才的重要使命4。2020年，教育部印发的 高等学校课程思政建设指导纲要 指出，高校要深化教育教学改革，充分挖掘各类课程思想政治资源，发挥好每门课程的育人作用，全面提高人才培养质量5-6。实践证明，课程思政将思想政治教育潜移默化地渗透到其他各类课程中，实现知识传授、价值塑造和能力培养的多元统一，对高校坚持立德树人和培养高水平人才具有重大而深远的意义7-8。在金属材料制备过程中，热处理是提高材料综合性能和服役可靠性的重要途径。“金属材料及热处理”作为材料专业一门理论兼应用性较强的专业基础必修课，课程结合相图和相变知识，解析金属材料的成分、热处理、组织和性能之间的关系，并利用这些关系来改变金属材料的性能。在“金属材料及热处理”专业课程教学和实践中，将知识和技能的传授与理想、道德教育结合起来，实现专业课和课程思政协同育人相辅相成，这是该课程建设的必要举措9。收稿日期：2023-04-07基金项目：湖南省高校思想政治工作精品项目（编号：20JP03）；中南大学新工科教改项目（编号：2020jy029）作者简介：蔡志勇（1983），男，博士，副教授，主要从事铝合金及其复合材料研究。E-mail：文章编号：2095-3046（2023）04-0070-05 DOI：10.13265/ki.jxlgdxxb.2023.04.010引用格式：蔡志勇,彭翔,彭健,等.关键材料“卡脖子”背景下“金属材料及热处理”课程思政探索与实践J.江西理工大学学报,2023,44(4):70-74.第 44 卷 第4 期蔡志勇，等：关键材料“卡脖子”背景下“金属材料及热处理”课程思政探索与实践二、教学现状“金属材料及热处理”是中南大学材料科学与工程学科的重要基础课程。课程目标主要是培养学生运用金属材料热处理知识，分析材料热处理过程的组织演变及其性能关联性。该课程是一门材料科学基础知识与实践技能相结合的课程，涉及的热处理原理知识繁多又比较抽象，比如：课程要求学生掌握不同金属在加热和冷却过程中的组织转变特点、力学和电学性能变化等。然而，该部分内容又具有较强的实用性，对学生工程应用能力的要求较高，要求学生能够通过适当的热处理方法和选择合适的工艺参数来调控合金组织和性能，并掌握相关原理和方法。实际上，学生由于缺乏实践经验，对金属材料之间和热处理方法之间的差异往往无法深入理解，比如：同一材料在不同服役条件下的热处理工艺控制难以区分，热处理原理与实际工业化应用无法有机联系起来。中南大学材料专业的历史传统，现有教学内容仍然偏重传统金属“四把火”的讲解和应用，虽然对标培养的人才基础扎实、口径宽广，但是在应对市场需求转变方面存在滞后性，导致课程培养实施在某些关键技术领域的深度和精度不够。此外，材料“卡脖子”技术对人才的实践能力要求较高，然而现有课程对培养学生运用知识分析和解决问题的能力锻炼不足。虽然高校已通过配备相关实验课程来提升学生的实践能力，但是实验内容与前沿技术脱节，导致培养的学生缺乏对前沿技术直观的认识，不利于创新型人才培养。中南大学作为研究型大学，教师普遍存在重科研、轻教学的现象，学校对教师的评价也存在以科研指标为主，缺乏对教学和人才培养系统的评价体系。首先，教师在人才培养层面的重视程度不够，在教学能力和水平提升方面的关注度偏低。其次，理论课程主要采用PPT与板书相结合的讲解模式，导致教学内容和教学模式仍然比较传统，难以充分调动学生学习的积极性和主动性。再者，学生对基础制造业的兴趣不够，对专业信心不足、情怀不深，缺乏学习的动力和挑战难题的勇气。部分学生对课程学习采取应付式态度，通过考前突击就可以获得学分。这种终期考核导致培养的人才无论在专业知识层面还是实践操作方面，都难以满足国家产业发展对创新型卓越人才的需求。为了充分发挥课程育人育才的作用，需要将思政贯穿到“金属材料及热处理”课程教学全过程中，通过加强课程思政教育改革和实践，从专业知识、实践能力和价值引领等方面实现全员、全程、全方位育人，完成立德树人的根本任务10。三、“金属材料及热处理”课程思政教学实践路径解决我国关键材料“卡脖子”问题，需要培养具有完整知识体系、较强实践能力和创造能力的创新型人才，要求高校推行课程思政的创新教育理念，构建知识传授、价值引领、能力培养和人格养成的全方位育人格局。“金属材料及热处理”作为材料类专业培养方案中的主干课程，可以从课程内容、教学模式、实验形式和考核方式等方面入手，将课程思政的理念贯穿整个教学过程。（一）革新课程内容，巧妙融入思政元素“金属材料及热处理”课程从金属材料显微组织入手，解析其在热处理过程的演变规律及其性能关联性，是理论与实践相结合非常紧密的一门课程。本文根据材料专业培养目标，并结合国家重大需求，对课程内容进行以思政教育为目标的教学改革，以潜在的、隐性的形式将思政教育融入课程教学的全过程，在教学中实现知识传授和价值引领的有机统一。（1）根据课程教学大纲，深入挖掘课程中的思政元素，全面整合课程涉及的具有中南大学特色的思政资源，建立“金属材料及热处理”课程思政案例库，用思政内容来润色、强化热处理知识，打造精彩课堂，在传递知识的过程中实现价值引领。（2）从钢铁、铝合金等典型金属材料的实践应用背景出发，引导学生对其中蕴含的理论知识进行了解，多尺度剖析“材料成分组织结构宏观性能制备工艺”之间的内在关系，通过契合课程内容的思政案例来激发学生的学习兴趣，推动学生深入思考。（3）跟踪近年热处理新技术前沿，关注市场对关键金属材料和产品的需求，在掌握金属材料理论知识的基础上，将热处理技术在新材料中的应用和热处理新工艺开发等加入教学内容，构建适合时代发展的综合课程体系。课程部分知识点内容、思政元素和思政目标如表1所列。将贯穿教学全过程的思维导入、价值引领、实践体验等思政元素与专业知识相融合，让71江西理工大学学报2023 年 8 月学生充分认识到金属材料热处理的重要性，在课程学习中通过掌握所学课程知识，获得解决实际复杂工程问题的能力，从而为培养国家关键材料领域需要的高质量人才打下基础。（二）丰富教学模式，有效助力思政创新新科技革命促使人类进入数字化时代，同时带动教育领域进入信息化时代。信息化技术的运用可以丰富课堂内容，也可以促使课程思政的形态多样化，大大提高教育的效率。针对传统理论课程以教师讲授为主的单一教学模式，可以根据教学大纲优化理论教学模式，充分利用当前信息技术来弥补传统教学手段的不足，提升学习成效11。具体途径包括：（1）依托中南大学在线图书馆、超星学习通、钉钉课堂等网络学习资源，建立“金属材料及热处理”在线课堂。线上课堂展示思政教学所需文献资料及视频素材，如通过展示中国有色金属产业发展取得的伟大成就、研究成果等典型实例，结合为材料事业进步做出伟大贡献的人物故事等导入课程相关内容，增加学生的学习兴趣，同时让学生感受中国强劲增长的科研实力和不断传承的工匠精神，提升文化自信。（2）教师通过网络课堂发布与课堂相关知识讨论话题，让学生自发在学校图书馆网络资源上查找相关资料，之后在线下教学过程中以翻转课堂的形式讲解该知识内容。学生在学习过程中可以透过专业知识感受到热处理改变材料性能的魅力，从而认识课程的本质，提高学习的主动性，拓展对专业知识的理解。（3）通过学习通等学习平台发布针对国家发表1“金属材料及热处理”课程部分内容及思政元素和目标知识点课程概述我国典型的金属材料及其热处理技术铝合金固溶和时效工艺的开发热处理在金属材料生产中的作用热处理过程组织结构演变的现代表征技术铸态合金的组织性能特征临界变形程度、二次再结晶均匀化过程枝晶偏析消除与非平衡相溶解的关系再结晶温度和再结晶晶粒尺寸的影响因素第二相粒子半径与强度的关系时效析出序列思政元素我国是最早掌握金属热处理技术的国家之一中南大学钟掘院士团队铝合金锻环的研制案例C919国产大飞机的研制案例在金属材料制备、成型实践中认识科学求真精神，形成实事求是的科学品质认识事物的根本性质与外在表现的联系和发展，不断学习新知识，锻炼学生的开放创造新思维发挥优势，补短板；人生得意不骄傲，失意时亦不气馁坚定理想、信念，锻炼坚毅的意志和品质把握学习或工作与生活的平衡认识事物之间的相互关联、相互影响认识事物的两面性理解无规矩不成方圆教学过程设计线上文献阅读、线下教师讲授、学生在线讨论线上视频学习、线下教师讲授、课堂学生分组讨论线上视频学习、线下教师讲授、学生课堂发言讨论线上文献分享、线下学生讲授、教师补充评论线上案例讨论、线下教师讲授、学生在线讨论课前学生分组讨论、线下教师讲授、学生在线报告线上文献阅读、线下教师讲授、学生在线讨论线上案例分享、线下教师讲授、学生课堂讨论线上案例讨论、线下学生讲授、学生在线讨论、教师补充评价线上视频学习、线下教师讲授、学生在线讨论线上案例分享、线下教师讲授、学生在线讨论思政目标提升爱国主义情怀和增强社会责任感培养科学精神提高个人品德坚定对立统一、相互联系的辩证唯物主义观形成规则意识，遵纪守法72第 44 卷 第4 期蔡志勇，等：关键材料“卡脖子”背景下“金属材料及热处理”课程思政探索与实践展战略中金属材料相关的分组讨论，学生以小组形式收集资料、讨论当前金属材料在国家重大研究领域中的重要性和亟待解决的问题等，让学生主动了解热处理在现今材料行业发展中的地位等，提高学习兴趣，建立专业自信。（4）多种形式教学模式相结合，调动课堂气氛、增加课堂的趣味性；推行互动式教学，营造教师与师生互动式课堂氛围，提升学生学习的主体性，实现对学生云端价值引领，充分发挥专业课程的思政育人功能。（三）优化实验形式，虚实结合强化实践应用“金属材料及热处理”课程教学应重在“术”的掌握和运用，除了需要掌握理论知识之外，更需要进一步掌握热处理工艺设计与开发应用，将理论知识应用到材料的设计、开发和生产过程中。因此，课程思政不仅体现在理论学习中，更需要融入学生实践应用中12。热处理实验需从材料热处理到组织性能检测，涉及加热设备、大型检测仪器，实验工序多、周期长，需协调的设备多，空间和时间安排复杂，教师跟进指导的难度大。因此，需打破原有仅通过线下实践操作的模式，努力开展线上、线下实验相结合的模式。（1）针对线下实验周期长的特点，开展线上虚拟仿真平台实验，将各个工序所需的设备仪器都整合到平台上，缩短实验周期，简化实验流程，从而提升学生的整体观和全局观。（2）线下实验结合创新平台，以国家需求和市场目标为背景设计实验，实验内容瞄准科学前沿开展创新项目式实验。除保证学生对实践操作的掌握外，同时融入科学严谨态度、实验室安全生产规范及诚实记录实验数据等思政育人元素。另外，项目式实验也可以与教师科研课题相结合，既能保证实验的先进性，提高学生的兴趣，又能激发教师的教学积极性。“金属材料及热处理”课程线上线下混合教学设计案例如图1所示，线上线下相结合，采用虚实相补的热处理实验新形式，为培养学生的科学思维、锻炼学生的创新实践能力等综合素质提供助力。（四）注重过程环节，教考融合突出综合素养传统“金属材料及热处理”课程注重专业知识的考核，学生通过死记硬背、临时突击等方式就可应对考试，但是难以考核学生真正理解理论知识的程度和评价学生解决实际热处理工艺问题的能力，限制了学生创造性思维的发展。因此，为了课程思政取得实效，考核不能再局限于期终考试的方式，应当在优化教学方式过程中加大过程考核的比例。（1）为了提高学生创造性使用知识的能力，将传统的以考试为主的期终考核改为翻转课堂进行分组报告。教师挖掘现今科技前沿中的热处理问题，在线上发布报告题目，学生们在课外查阅文献、分析问题、撰写报告并在课堂上陈述解决方案，以这样的方式考核前半学期理论学习效果，从而培养学生自主应用知识的能力。（2）在课程结束前对标实际应用情景，以“以赛助教、以赛促学”为目标，开展热处理创新大赛。学生组队选题金属材料热处理前沿方向，从应用背景分析现今存在的问题，利用所学知识设计解决问题的方法和工艺，然后根据设计方案进行实验，并通过性能测试进行验证，最后总结分析，以报告形式在课堂上将整个流程呈现出来。通过全流程、全方位锻炼学生灵活运用理论知识解决问题的能力，同时培养创新精神并强化实践能力。（3）将线上学习、讨论及课堂表现、讨论都纳入虚拟仿真模拟C919用铝合金锻件热处理实验C919大飞机研制案例线上视频铝合金固溶和时效教师多媒体讲授专业知识重点、难点发布在线讨论学生课后完成作业全过程考核思政育人目标学生分组讨论教师总结评价教师批阅评分学生在线实验学生分组交流报告发布在线测试导入图1“金属材料及热处理”课程线上、线下混合教学设计案例73江西理工大学学报2023 年 8 月过程考核，并提高过程考核比例。在期末考试中增加工程实践应用相关的开卷考试部分，试题结合教学相关的思政问题，采取开放性主观论述题的形式，不设标准答案，让学生根据所学理论知识发表观点，考核学生对知识的灵活运用及课程思政的成效，考核体系分配如表2所列。通过课程考核方式改革，构建一个以培养学生综合素养为目标的全过程课程考核模式，为培养专业创新人才提供支撑。四、结语人才培养是高校的核心职能，人才培养的质量关乎民族振兴和国家发展。“金属材料及热处理”是培养材料专业学生的科学创新思维和工程实践能力的重要课程，对学习后续专业课程等起到关键的桥梁作用，是落实创新型卓越人才培养的重要环节，也是专业人才课程思政建设的重要载体。深化“金属材料及热处理”课程教学改革的关键在于：从不同角度和深度挖掘课程蕴含的思政内涵，丰富教学内容，让学生深度体验专业课程的魅力，润物细无声地实现价值引领；融合现代化信息技术统筹教育教学全过程，构建多元化的教学模式，充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用；通过线上、线下混合型实验，培养实践能力、发展创造性思维、强化创新精神；建立全过程评价考核体系，以考促学、以评助教。通过以上措施，不断提升课程建设质量，实现培养有理想、有信念、有担当、勇于开拓进取和创新思维的新时代大国工匠的专业目标，从而突破我国高层次和后备人才培养不足的双重困境，为我国摆脱关键材料“卡脖子”问题提供高质量的人才保障。参考文献：1 刘亚东.35 项“卡脖子”技术(连载三)J.大学科普,2019(4):90-94.2 教育部,人力资源社会保障部,工业和信息化部.关于印发 制造业人才发展规划指南 的通知EB/OL.(2017-02-14)2023-03-28.https:/ 教育部,国家发展改革委,财政部.关于加快新时代研究生教育改革发展意见EB/OL.(2020-09-22)2023-03-28.https:/ 龚金花.新时代高校思政课教学学术特征分析与语境重构J.江西理工大学学报,2023,44(2):74-79.5 教育部.关于印发 高等学校课程思政建设指导纲要 的通知EB/OL.(2020-06-06)2023-03-28.https:/ 卢月美,邓将华,邓丽萍.课程思政融入“金属学及热处理”教学的实践探索J.机电技术,2023,46(2):111-113.7 李宗帅.工科专业课程教学中课程思政的探索与实践J.中国现代教育装备,2020,335(7):80-82.8 刘亦晴,梁雁茹,许春冬.“课程思政”教学改革的调查和探索J.江西理工大学学报,2020,41(4):88-92.9 韦伟峰,周亮君,陈立宝.材料科学与工程学科专业教学与课程思政、创新教育的融合思考J.科教文汇,2021(32):93-95.10 王志远,王丹郑,郑润国.基于“三全育人”的本科生导师制教学模式优化J.大学（教学与教育）,2022(2):61-64.11 李小军,郭伟明.论翻转课堂教学实施效果的提升:情景因素与权变路径J.江西理工大学学报,2019,40(2):72-78.12 马啸,王湖坤,余松林,等.新工科背景下环境工程专业大学生创新创业能力培养探索J.中国现代教育装备,2021(11):127-130.（责任编辑：刘炜娜）表2“金属材料及热处理”课程全过程考核体系分配考核方式线上学习课堂讨论、分析报告热处理大赛期末测试实验考核考核内容自主获取知识能力基础理论和分析实际问题能力，专业自信和社会责任实践与基础理论结合能力、解决实际问题能力、创新意识、团队协作意识掌握分析和解决问题能力，价值观实践技能与解决实际问题能力，工匠精神分数占比/%10102040（闭卷20+开卷20）2074