材料物理性能中“课程思政”的教学实践探讨

＊孟强强 苗萌 薛燕

（合肥师范学院物理与材料工程学院 安徽 230601）

课程思政是一种新的教育理念，目的是让各类课程与思想政治理论课形成协同效应，高校教师对它的认识也从最初是思想政治理论课的延伸探索，发展为高校加强和改进思想政治工作的重要手段。课程思政要推进专业课与思政课协同育人模式，打造学生和老师学习和教学活动的“利益共同体”，而专业教师团队作为参与改革的主体动力，就必须结合课程特点进行思政教育[1]。大学是学生在理想、信念、思想、道德、人格等方面逐步形成、走向成熟的转折点，是培养大学生树立正确的世界观、人生观和价值观的重要时期。作为材料科学与工程专业的大学生在材料物理性能教学过程中，开展思想政治教育是非常必要的，也是提高他们思想道德素质的重要途径。该课程的教学注重使得学生掌握各物理性能的物理基础和物性的表征参量；初步学习材料物理性能与其成分，组织，工艺过程的关系及变化规律，和温度，压力，电场，磁场，辐照，化学介质等环境因素对其性能的影响规律；了解与材料物性相关的测试技术及原理和结果分析方法；了解与材料各物理性能相关功能材料的应用[2]。该课程的教学知识面宽、内容丰富、体系完整，学生兴趣和重视程度高、出勤率高、上课抬头率高、具有良好的教学效果，这些为该课程开展思想政治教育提供了广阔的空间。本文将结合材料物理性能课程特点，谈谈如何开展“课程思政”的教学改革与实践方式，点滴体会希望能为高校专业课程开展思政教育提供有益的参考[3]。

1.材料物理性能“课程思政”元素的挖掘

材料物理性能课程介绍了材料热学性能、电学性能、磁学性能、光学性能、力学性能等方面知识，阐述了各种材料物理性能的重要微观及理论机制、各种材料的组成成分、组织结构与物理性能关系及主要制约的影响规律，以及各种性能实际应用等内容。通过本课程的学习为后续课程《材料科学基础》《材料工程基础》等专业课的学习和科学研究打下基础。本课程教学设计追求提高理工科专业学生具有运用材料物理性能解决实际问题的能力，把知识与技能，过程与方法，情感、态度与价值观紧密结合起来，构建本课程的基本框架。在课堂教学中，教师先要着重讲授专业理论，帮助学生理解、掌握专业知识和技能，同时采用灵活多样的授课方式、教学方法，借助现代信息技术，恰如其分地开展思想政治教育，引导学生坚持正确的政治导向和价值取向，把社会主义核心价值观悄然无声地融入课堂教学全过程[4]。材料物理性能课程介绍的材料六大物理性能，分别从其物理本质，发现和发展历程，实际应用，影响因素和测量方法等方面进行了阐述和解读。以材料的热学性能中材料热熔为例，分别从材料热熔的基本概念和物理本质以及温度影响，热熔的一些经典理论和经验定律，热熔理论的发展（量子理论），影响材料热熔的因素，热熔的测量方法，最后介绍热分析及其工程应用。从内容上看可以分为五大块：材料物理性能的基础知识，材料物理性能相关理论的发展，材料物理性能的影响因素，材料物理性能的测量方法发展，材料物理性能的应用。根据其热熔性能的教学内容可以将其分成三大类即基础知识，理论发展及影响因素，测量方法和应用。因此，在课程思政元素挖掘中我们可以从以下三个方面开展课程思政的教学：一、解读材料的物理基础知识，渗透唯物辩证法；二、通过物理性能理论发展过程和影响因素中的案例科学故事讲述，培养学生科学品质；三、介绍物理性能测量及相关生活和国防科技应用，增强爱国情怀。此外，对比材料的各种物理性能教学内容基本是相同的，基本上都是按照上面提到的五大块讲解的而且有很多内容具有相似和衔接性，对于这些内容，可以采取“对分课堂”的模式[5]，调动学生为主体的自主学习积极性，强调生生和师生互动。因此我们可以增加一条课程思政的新教学模式；四、采取“对分课堂”的新教学模式，从教育理念出发培养学生作为新时代材料人的工匠精神。因此，笔者将从以上四个方面出发，针对《材料物理性能》课程教学中如何进行课程思政教学开展研究。

2.材料物理性能“课程思政”教育实践的探讨

(1)解读材料的物理基础知识，渗透唯物辩证法

唯物辩证法作为马克思主义哲学的重要组成部分，是重要的世界观和方法论。唯物辩证存在于材料物理性能的产生、形成和发展等过程中，而作为唯物辩证法最根本的对立统一规律，在材料物理性能知识中是普遍存在的。例如，晶格热振动的形成，晶体的稳定存在，铁磁体的磁化和退磁，材料吸收热量与放出热量等等，这些例子体现了唯物辩证法中矛盾双方统一与斗争、以及互相转化的结果。否定之否定规律是指任何事物都是肯定和否定的对立统一，材料物理性能的一些概念，如德拜温度、居里温度、超导、光电催化等理论的建立、发展与完善过程就体现了这一规律。材料物理性能的一些基础知识内容可以采用提问式的教学法，当讲授完某一知识点后，可以向学生提问“该知识点符合唯物辩证法哪一条规律？”然后启发学生思考，接着指导学生共同探讨对问题的解决方案。例如，在讲到晶格热振动这一知识点时，可以提问让学生回忆大学物理中关于光波振动的形式，让学生自我联系统一光波振动和晶格热振动之间的统一性，然后再引导学生分析晶格热振动声频支和光频支振动的不同点，即振动形式导致振动能量不同的机理，最后引导学生思考影响晶格热振动能量的可能因素（掺杂，空位等）。这样，不仅有助于学生用唯物辩证的思维去理解相关的物理机制、理论原理和性能影响的变化规律，更有助于激发学生学习知识的主动性和积极性，提高学生分析和解决问题的实际动手能力。

(2)讲述理论发展和影响因素的案例及科学故事，培养学生科学品质

材料物理性能课程的难点是对理论发展过程和影响因素的理解，尤其是量子力学和固体物理方面的发展知识直接讲解会显得很枯燥，也容易导致学生对其无印象和不理解。因此，在教学过程中教师需要充分运用现代多媒体教学手段，将多媒体课件设计得生动活泼，图文并茂，尽可能将原本抽象的物理知识和内容形象化，使学生更容易理解和掌握[6]。例如在一开始讲述材料热学性能时，对于一些基本的物理概念：晶格热振动，格波，声子等概念，就要系统并图文并茂的讲述晶格热振动的物理本质是晶体点阵中的质点（原子或离子）总是围绕着平衡位置作微小振动。格波是多频率振动的组合波，讲到格波时可以通过动画形象地展示声频支和光频支两种格波在振动频率和形式上的差异，从而联系到两者在能量上的差异。此外，关于声子的概念，我们就要详细介绍其不仅生动反映了晶格振动能量的量子化，而且在分析与晶格振动有关的问题时也带来很大的方便，晶体热振动就是热激发声子。进而引导学生们通过晶格热振动，格波，声子等基本概念的介绍，阐述其材料热熔，热膨胀，热传导，热稳定性等物理性能差异的本质所在。再比如，在介绍半导体材料的导电性一节时，其基本的知识点就是对半导体导电机理能带理论和光电效应及太阳能电池应用的理解，能带理论的讲解可以结合光电效应的一个重要应用光催化，引入光催化的概念可以通过对日本科学家Fujishima的科研经历介绍讲述，通过光合作用和半导体光催化的对比使学生了解到利用太阳能进行环境净化和能源转化的新技术。然后结合当前光催化研究的前沿知识，可以讲授笔者本人在光电催化领域相应的科研工作，比如实验上通过对半导体材料进行掺杂，缺陷和复合等形式来提高其材料的光电效率等物理性能问题，讲述能带理论的本质和光催化电子激发，光生载流子参加反应和复合等知识点，让学生对半导体光催化能带工程具有更深入的理解。然后结合P型，N型半导体的能带结构和电子分布特点，引入PN结的形成过程和工作机理从而延伸到太阳能电池的工作原理，使同学们了解P型和N型杂质半导体的能带结构特点及它们作为太阳能电池材料时应该满足的基本条件。这部分内容可以通过短视频形式向学生展示光催化和太阳能电池的基本理论和应用，激发学生对相关物理性能知识深入探索学习的热情和信心，进而参与到关于光催化和太阳能电池材料的科技创新的研究中，做到学以致用，在培养创新能力的同时培养学生的专业知识学习成就感及相应的科学素养。此外，在讲到离子导电性章节时，还可以介绍锂离子电池领域的著名科学家John B.Goodenough教授，作为2019年被授予诺贝尔化学奖的二战老兵，他传奇而又励志的一生激励着当代青年人应该不断奋斗进取，进而让学生思考锂离子电池在日常生活中有哪些应用以及锂离子电池充放电的基本原理和基本构造，培养学生独立思考和科学研究的基本素养。

(3)介绍生活和国防科技应用，增强爱国情怀

材料是国家科学技术和经济发展的基础。在材料物理性能的教学内容中，材料物理性能主要研究材料的结构与基本物理性能的关系，为材料设计和优化提供理论依据，材料的各种物理性能的应用都可以重点介绍其在信息、航空航天等高精尖技术领域发展。比如说我国的飞机制造商，C919客机就是面临材料的制造问题，怎样把大的机器做出来，C919客机最大的问题就是制造最大的机翼又不会增加太多飞机的重量，因此他们必须制造出非常好的材料，比如钛和铝的合金，怎样开发出高温的超合金以便为四个发动机提供更多的动力，所有这方面都是材料的问题。在我们的日常生活当中，我们也获益于材料科研方面的成果，可以举例说明材料可以改善我们的生活。比如关于介电材料在实际生活和科技等方面就有很多的应用，可以介绍铁电体作为信息存储、图象显示用于仪器仪表、工业控制、家用电器、复印机、打印机、机顶盒、网络设备、游戏机、计算等领域的应用。而作为介电材料的另一个重要成员压电材料的应用就更为广泛了：扬声器、送话器、拾声器等电声器件；水声换能器和鱼群探测等水下通讯和探测设备；雷达中的陶瓷滤波设备、陶瓷鉴频设备等器件；导航中的压电加速度计和压电陀螺等；陶瓷压力计、压电流量计、压电厚度计等精密测量仪器；超声探伤、超声清洗、超声显像中的陶瓷超声换能器；高压电源的陶瓷变压器等。通过讲解这些介电材料的应用机理和方向，增加了学生学习的自豪感。更重要的是当前科技的发展如何进一步提高各种材料在光、电、磁、热等方面的性能，就需要掌握先进材料功能性设计及优化的方法，发展新材料，进而增加学生学习的责任感与使命感，引导学生立足当下，努力学习。

(4)采取“对分课堂”教学模式，培养学生作为新时代材料人的工匠精神

“对分课堂”是通过对内化和吸收教学内容过程的强调，教学过程中可以合理安排教师讲授和学生讨论讲述的配比，实现两种模式交叉互补的教学效果。而关于“工匠精神”首次出现在政府工作报告中，是2016年3月政府工作报告中提到，对于当代大学生要“培育精益求精的工匠精神”。这为高校培养新时代劳动者指明了方向，提供了根本遵循，教师应当注重引导学生课前预习、按时上课、全神贯注听课、独立完成作业等，培养学生严谨做事的态度，以及掌握知识体系的前后呼应，是培养学生“工匠精神”的基础。例如，课外要求学生根据所学内容展开讨论，对于一些具有相似性概念物理知识，比如在介绍材料铁磁性时，有关铁磁体磁化的现象，磁畴结构，自发磁化，技术磁化等概念在讲授到介电材料铁电性的相应概念时可以让学生自己拓展并做简要的回顾对比两者之间的异同点。此外，材料物理性能的应用领域很多都贴近我们的日常生活，可以给学生们分配几个专题小组，比如半导体导电性应用，强磁材料的应用，铁电材料和压电材料的应用，让学生课后通过查找文献，观看视频等方式，整理阐述它们在我们日常生活中的例子并通过PPT在课堂上汇报展示，学生在这一环节中学到了很多和材料物理性能相关知识，同时也可以意识到其在我们日常生活中的重要性。作为材料科学与工程专业二年级本科生的一门专业拓展课程，采用这种生生互动，师生互动，课上课下相结合的教学模式将作为材料人的“工匠精神”渗透到学生的头脑和实际行动中，引导学生传承和弘扬“工匠精神”。

3.课程思政教学的经验总结

（1）要讲政治，把讲好课程思政课当作一项事业来做。在课程教学过程中，能够结合材料科学与工程专业的特点，将社会主义核心价值观的基本内涵、主要内容等有机、有意、有效地纳入材料物理性能课程整体教学布局和课程安排，做到专业教育和核心价值观教育相融共进，引导学生做社会主义核心价值观的坚定信仰者、积极传播者、模范践行者。课程思政课的根本目的是价值引领，要有信仰，有担当，有情怀，把讲好课程思政课当作毕生的一项追求。

（2）要重视教学研究。要想讲好课程思政课，必须有深厚的学术涵养，良师必定是学者。教学是一门艺术，教师必须重视教学研究，要认真学习教学规律、教学方法，掌握教学艺术，并根据学生的特点，来精心设计和组织教学，做到真正增强学生的获得感，切实提升思想政治理论课的教学实效性。课程思政课要有理论深度，从学理上把理论讲透，展现理论的魅力，做到以理服人，同时拿事实说话，增强理论的现实说服力。同时要有“讲故事”的本领，得把有意义的事情讲的有意思、有温度、有色彩，不枯燥、接地气，学生爱听，把高深的理论讲成家常话。

（3）要完善合理的教学评价方式，以学生在教学过程的参与程度作为评价的基本标准；以课程标准目标作为评价的重要标准；以学生运用本课程知识解决相关理论和实际问题为参照标准。平时成绩评定以书面作业、课堂参与度、考勤为主，评价内容不仅包括知识的理解掌握情况，还包括考察学生的各方面的能力，考察学生的综合素质。评价的方法可通过课堂作业、总结报告、小论文等形式测试学生所学知识基本概念，原理和应用等各个方面的理解和掌握程度。布置作业的数量应以课堂讲授与学生完成作业的时间为2:1为宜，所布置的作业要具有拓展和开放性，教师应对学生作业进行讲评，指出典型错误，以便加深学生对所学基本概念的理解和理论的掌握，提高学生分析和解决问题的能力。期末成绩评定可以采用相关材料物理性能研究报告的考核形式，结合课程特点，由老师罗列相关性能的热点应用领域，将学生分成若干小组，每个小组选取自己感兴趣的领域，通过查阅文献，视频，形成研究报告，并在课堂上由学生讲述材料相关物理性能相关应用的发展现状及问题，最后由老师和同学们共同形成综合评分，这一考核方式有助于培养学生的协调组织能力及团队意识。

4.结语

课程思政不是一门或一类特定的课程，而是一种新的教育教学理念，作为高校教师要根据所授专业课程特点，深入挖掘和提炼教学内容中与思政相关的资源，多方位多渠道探索实施专业课“课程思政”的途径，充分发挥课堂教学的作用，将思政工作融入课程教学主渠道的全过程，进而实现专业知识传授、学生能力培养和个人价值引领的全方位“三位一体”教学目标，引导学生要坚守理想信念，提高自我道德修养，丰富专业知识及素养，努力使自己成为德智体美劳全面发展的社会主义接班人和伟大祖国建设者。