融入思政元素的复合材料及加工教学设计探索.pdf

2023年第16期总第592期No.16,2023Sum No.592Journal of Science and Education习近平总书记强调：“要把立德树人的成效作为检验学校一切工作的根本标准，真正做到以文化人、以德育人，不断提高学生思想水平、政治觉悟、道德品质、文化素养，做到明大德、守公德、严私德。”1这一重要论述明确了高校教师不仅是知识的传授者，更是德育的工作者。课程思政建设是高校德育工作的重要内容，肩负着引导当代大学生形成正确思想观念和价值观念，培养大学生良好道德品质和创新精神的重任。高校专业课教师须深入挖掘各门课程的育人功能，将课程中蕴含的政治认同、家国情怀、文化素养、法治意识、道德修养等思政元素与专业课课堂教学有机融合2。复合材料及加工是中南林业科技大学材料科学与工程专业的一门专业课，主要讲解构成复合材料的基体种类、增强体种类、增强体与基体的界面以及聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、水泥基复合材料、碳/碳复合材料的成型加工技术、基本性能与应用。通过学习本课程，学生将获得复合材料的基本理论知识，掌握材料复合的基本原理和方法，学会运用复合材料的先进技术和手段开发新型复合材料。从1940年世界上第一次用玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂制造军用飞机雷达罩以来，经过80多年的发展，现代复合材料品类繁多、技术先进，已经被广泛应用于航空航天、交通运输、工业装备、体育用品等领域，这也使得复合材料及加工这门课程涵盖知识范围广、内容繁杂、知识更新较快。复合材料及加工课程中蕴含的思政元素可以从材料的发展、制备与应用中充分挖掘。然而，思政教育不能“硬融入”，应如同春雨般“随风潜入夜，润物细无声”。因此，思政教育的核心观念与授课内容的有机融合显得十分重要。教师须找对课程各章节思政元素的切入点，并对思政主题融入教学内容进行教学设计。1 课程内容与思政元素有机融合的教学设计1.1 爱国主义教育、民族自豪感与总论部分的融合“明大德”要求高校培养出立志报效祖国、服务人民，堪当民族复兴重任的时代新人3。复合材料及加工总论部分的第一个教学内容就是复合材料的发展概况，教师可以先讲解世界范围内复合材料的整个发展进程与脉络，然后切入我国复合材料行业的发展历程。我国复合材料工业以1958年制备出第一块玻璃钢板作为起点，至20世纪60年代，我国自主研制出了航天耐烧蚀制品，20世纪70年代复合材料逐渐扩展到民用的工业领域。20世纪80融入思政元素的复合材料及加工教学设计探索周蔚虹（中南林业科技大学材料科学与工程学院 湖南 长沙 410004）摘要：为全面落实立德树人根本任务，课程思政建设成为高校德育工作的重要内容。复合材料及加工是材料科学与工程本科高年级的专业课。复合材料发展速度快、应用广泛，复合材料及加工课程中蕴含的思政元素可以从材料的发展、应用等方面进行深入挖掘。文章探讨了如何通过教学设计使复合材料及加工课程各章节蕴含的思政主题与课程内容有机融合，以培养有理想、有本领、有担当的时代新人。关键词：课程思政；复合材料及加工；思政元素；教学设计；有机融合中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16871/ki.kjwh.2023.16.032基金项目：中南林业科技大学教学改革研究项目资助。作者简介：周蔚虹（1979），女，博士，讲师，研究方向为生物质基炭及其复合材料。134年代，我国在自身技术水平较为落后的情况下，陆续从美、日、意等国家引进树脂传递模塑、片状模塑料以及纤维缠绕管道与贮罐生产技术与设备。2000年后，我国复合材料的工艺水平和生产能力得到极大提升。1978年，我国工业复合材料产量只有0.6万吨，到2010年达到了329万吨，位居世界第一4。我国自主研发、生产复合材料的能力、水平在近二十年取得飞速发展。在讲解这部分内容时，可以采用放映短片的形式，并在课件中加入我国复合材料有代表性的生产企业与产品的图片。通过文字、影像与图片全面展示我国复合材料的发展历程，不仅激发学生的爱国主义情怀，增强学生的民族自豪感，而且让学生懂得，暂时的落后并不可怕，只要奋起直追，砥砺前行，中华民族伟大复兴终可实现。1.2 责任感、使命担当教育与基体材料教学内容的融合“个人梦”的实现助力凝聚“中国梦”的内核，“中国梦”的导向寓于“个人梦”的追逐5。复合材料的基体材料这一章主要介绍金属基体、无机胶凝基体、陶瓷基体以及聚合物基体的种类与特性。其中，聚合物基体是品种最丰富、应用最广泛的复合材料基体。在讲解聚合物基体这部分内容时，可以切入我国在相关基体制造方面的技术进展。例如，在讲解不饱和聚酯树脂时，可以介绍：截至 2020年，我国不饱和聚酯树脂产量占全球总产量的50%以上，在新能源汽车、海洋船舶、风电等领域获得大量应用。在讲解环氧树脂时，可以介绍：我国已经是全球最大的环氧树脂消费国和生产国，环氧树脂产量逐年稳步增长，但是高端环氧树脂仍然需要进口。在讲解酚醛树脂时，可以介绍：我国虽然是全球最大的酚醛树脂生产国，产品性能和工艺水平有了巨大进步4，但部分高端产品如电子级酚醛树脂仍然依赖进口。最后，提出目前我国的树脂基体面临的困境：我国先进复合材料树脂体系的设计尚没有系统、可靠的理论保证，在很大程度上仅依靠经验和技术。美、日等发达国家将树脂技术及其工艺作为核心机密，关键和具体的信息几乎完全封锁，因此高性能树脂基体成为我国复合材料发展“卡脖子”的关键基础材料6。由此，激励学生立鸿鹄志，求真学问，练真本事，将来为解决“卡脖子”的关键技术问题贡献自己的力量。通过课程思政，使青年学子的“个人梦”与“中国梦”紧密相连，引导学生自觉将个人的理想追求融入党和国家的事业中，主动肩负起实现中华民族伟大复兴的历史重任，从而激发学生的使命感与责任担当。1.3 艰苦奋斗、自强不息精神与增强材料教学内容的融合艰苦奋斗是党的优良传统，更是实现中华民族伟大复兴的强大助力。增强材料这一章主要讲解玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维的微观结构、性能特点，生产工艺及应用。碳纤维是制造火箭、导弹等尖端军事武器的必备关键材料，在国防军工领域有着重要的战略地位。在讲解完聚丙烯腈基碳纤维的制造工艺流程后，切入我国碳纤维的发展历程。聚丙烯腈基碳纤维生产技术源自日本。20 世纪末，美国、日本凭借其较强的工业基础在聚丙烯腈基碳纤维制造领域占据技术领先地位，并对中国实行了小丝束碳纤维技术的严格封锁和产品的禁运，我国面临着既无法引进技术，又不能进口高性能碳纤维的严峻局面。在老一辈科学家师昌绪院士的多方奔走呼吁以及指导下，在多所高校、科研院所科技人员合力攻坚、坚持不懈的努力下，经过15年的艰难摸索，我国终于完成了高性能碳纤维关键技术突破，并实现产业规模生产7。国产碳纤维的研制过程艰难曲折，曾因项目进展不顺利，专家组汇报时提出“苦海无边，回头是岸”。此时已经80多岁高龄的师院士毅然决然地回应“苦海有边，回头无岸”，表明绝不能轻言放弃。通过对这段鼓舞人心的历程的讲述，激励学生学习老一辈科学家锲而不舍、实事求是、无私奉献的精神，学习并继承前辈科技工作者迎难而上、艰苦奋斗、自强不息、默默奉献的精神。1.4 团结协作、勇于创新与复合材料的界面内容的融合勇于创新、敢于突破是发展的原动力，是实现自我价值的关键。复合材料的界面这一章的重点内容是复合材料的界面结合类型以及增强材料的表面处理方法。复合材料的界面目前尚有许多技术难题需要解决，仍然处于不断发展的过程中，复合材料的界面研究领域相当活跃，相关的文献资料也比较多。在讲解各种复合材料界面以前，可以在课前布置预习作业，要求学生在上课前通过网络或者图书资源收集复合材料界面研究动态的一些材料。在上完课程的相应部分，如陶瓷基复合材料的界面讲完以后，要求学生用自己制作的PPT讲述陶瓷基复合材料界面研究领域的一些最新研究成果并发表自己的看法，这样既可以激发学生的学习兴课程思政135趣，也可以培养学生自主学习、勤于思考的学习品质。教材上对玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维和金属纤维表面处理的普遍性方法进行了概述。而复合材料的基体种类繁多，不同的基体与纤维形成的界面各不相同，因而在讲授增强材料的表面处理方法时，须加入实例分析，以加强学生对界面结合机理的理解。例如，在讲到某种增强材料的表面处理时，可以结合教师本人或所在课题组所做的科研案例，先告诉学生基体材料是什么，然后提问学生基体与某种纤维结合时界面情况如何，该对纤维做什么样的表面处理。从提出问题入手，引导学生分析问题、提出解决方案、分析结果，从而培养学生活学活用、勇于创新的精神。也可以布置复合材料设计与制备的课后作业，让学生分组在实验室完成复合材料的设计与制作，这不仅可以激发学生的学习兴趣，锻炼学生的动手能力，也可以培养学生团结协作、刻苦钻研、积极创新的精神。1.5 专业认同、敬业精神与金属基复合材料内容的融合爱岗敬业、乐于奉献是传承中华美德、推进精神文明建设的重要内容。金属基复合材料这一章主要讲解铝基复合材料、镍基复合材料以及钛基复合材料。在本章的开头，教师可以用“金属基复合材料与传统金属相比，具有较强的比强度与比刚度，与树脂基复合材料相比，具有优良的导电性与耐热性，与陶瓷材料相比，具有高韧性与高冲击性能”这段话引入。然后讲述金属基复合材料的重要性：金属基复合材料与树脂基复合材料相比较，工艺复杂，生产成本高，但在航空航天设备、武器装备、电子器件等领域发挥着重要作用。制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。引导学生思考“中国制造”与新材料发展之间的关系，然后总结出“材料是科技创新和发展的物质基础及先导，对于制造产业发展具有重要的支撑作用”8。“十四五”国家重点研发计划中将先进结构与复合材料列为国家重点专项。号召即将成为材料人的年轻学子勇担历史重任，磨炼自身本领；鼓励学生在校期间努力学习专业知识，积极参与大学生创新创业项目等课外实践。然后，列举材料对装备的影响实例，如中国科学院金属研究所用碳化硅纤维增强钛基复合材料研制了我国第一个复合材料整体叶环，其室温转速达到每分钟15000转，并且在该转速下无损伤。将该整体叶环应用于航空发动机，可大大减轻发动机的重量，提高发动机的效率与推重比9。又如，固体火箭发动机喷管喉衬需要耐2700 K的高温，哈尔滨工业大学采用低熔点、低沸点的金属与多孔石墨制备复合材料，应用于固体火箭发动机喷管喉衬，取得了良好的效果。与传统的C/C复合材料相比，其烧蚀率显著降低，成本只有原来 C/C 复合材料的二分之一，制备周期只有原来的十分之一 10。为了避免文字讲解的枯燥性，可以在 PPT 中插入相关器件照片，如图1为碳化硅/钛复合材料整体叶环，图2为固体火箭发动机喷管喉衬。介绍这些实例，可以展示出我国在研制金属基复合材料方面的科研实力，增强学生对专业的认同感与从业的热情。图1 碳化硅/钛复合材料整体叶环9图2 固体火箭发动机喷管喉衬10新材料的发展离不开材料科学家，最后将讲解内容自然转入介绍哈尔滨工业大学的武高辉教授，他在研制金属基复合材料方面做出了卓越的贡献。为了研究金属基复合材料的压力浸渗制备技术，他在4年内亲自做了300多次实验，这些实验不仅繁重而且有一定的危险性，最终成功总结出一套压力浸渗控制方法，这种材料制备方法与美国报道的真课程思政136空制备方法相比有更多优点11。武教授的事迹向学生传播了“干一行，爱一行，专一行，精一行”的敬业精神。2 结语复合材料及加工这门课程内容多且繁杂，课程中可以挖掘的思政元素较多。在进行课程思政教学设计时，须找到合适的切入点，做到融入内容时不生硬、不突兀。在授课过程中，教师应保持充沛的感情，借助影视资料等媒体资源，使讲解富有感染力。同时，专业课教师也应不断提高自身的思想政治素质和品德修养，切实肩负起“为党育人，为国育才”的光荣使命，通过言传身教，为国家培育出有理想、有本领、有担当的时代新人。参考文献1 习近平:在北京大学师生座谈会上的讲话EB/OL.(2018-05-03)2023-06-30.http:/ 刘湘,蔡雨齐.以党的二十大精神为指导筑牢高校思想文化宣传阵地J.重庆行政,2023(2):95-98.3 韦乔宗.习近平立德树人观的三重探析J.中共伊犁州委党校学报,2023(1):23-26.4 薛忠民,王占东,尹证.中国工业复合材料发展回顾与展望J.复合材料科学与工程,2021(6):119-127.5 刘昕语.习近平关于教育重要论述的理论渊源、精神实质及时代价值J.黄冈师范学院学报,2023,43(2):92-97.6 魏建华.攻坚“卡脖子”关键基础材料,大力发展先进化工材料产业J.张江科技评论,2023(1):24-28.7 徐坚.“从无到有”到“从有到优”的“卡脖子”军民两用关键材料突破:回顾师昌绪先生在高性能碳纤维国产化战略决策中的作用J.科技导报,2018,36(19):26-31.8 洪恒飞,江耘.提升“中国制造”含金量 新材料重任在肩N.科技日报,2021-10-19(3).9 王玉敏,张国兴,张旭,等.连续SiC纤维增强钛基复合材料研究进展J.金属学报,2016,52(10):1153-1170.10 武高辉,匡泽洋.装备升级换代背景下金属基复合材料的发展机遇和挑战J.中国工程科学,2020,22(2):79-91.11 高慧娟.复合材料王国里的精彩人生:访哈尔滨工业大学金属复合材料与工程研究所所长武高辉J.科学中国人,2014(15):88-91.Exploration of Integrating Ideological and Political Elements into Teaching Design of Composites and ProcessingZHOU WeihongAbstract:In order to comprehensively carry out the fundamental mission of fostering virtue through education,the ideological and political construction of specialized courses has become an important part of moral education in colleges and universities.Composites and Processing is a specialized course for senior students of materials science and engineering.The ideological and political elements contained in the course of Composites and Processing can be explored from the development and application of materials.With the goal of training new people with ideals,abilities and responsibilities,this paper probes into how to integrate the ideological and political themes contained in each chapter of the course with the course content organically through teaching design.Key words:ideological and political education in specialized courses;Composites and Processing;ideological and political elements;teaching design;organic integration编辑：顾 杰课程思政137