课程思政在新冠肺炎疫情期间的教学设计案例——以新型炭材料课程为例

滕 瑜,陈福亮,李悦熙薇

(昆明冶金高等专科学校 a.冶金与矿业学院，b.工程训练中心,云南 昆明 650033)

课堂教学是立德树人的主渠道，关系到国家核心竞争力的提高和中华民族的伟大复兴[1]。习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上提出要利用好课堂教学，把思政理论融入到各类课程中，形成协同效应。所以，“思政课程”与“课程思政”的教学目标是一致的。作为高等教育者，育人是教学的终极落脚点[2-3]。课程思政是将这一目标和原则落实到大学教学课堂的有效途径。在此过程中，培养学生社会主义核心价值观、新时代青年人应具有的远大理想和家国情怀，仅仅依靠思政类课程教育是远远不够的，还需要深度挖掘专业课程中的思政教育元素，充分发挥课程思政育人功能，把专业知识同课程思政融合起来，无缝对接，激发学生的情感共鸣，引导学生铭记时代使命和责任担当。2020年全球爆发的新冠肺炎疫情中，新型炭材料在其中发挥着重要作用。本文以新型炭材料“石墨烯模块”的教学设计为例，分析探讨课程思政和专业知识的融合教学方案。

1 课 程

1.1 课程地位

炭材料是国民经济发展必不可少的材料，但不被大众所熟知。随着新型炭材料的发展，炭材料逐渐走入人们的生活和视野。新型炭材料是炭素加工技术专业的一门专业必修课，是学生经过学习专业基础课程之后的延伸课程，在整个专业课程的学习中具有完善作用。其主要目的是使学生了解除冶金用炭素材料外的其他炭材料，如炭纤维、石墨烯、碳纳米管、富勒烯、活性炭等材料的结构、性能、应用以及最新发展前沿，拓宽学生的专业知识面和就业面。

在此次突如其来的新冠肺炎疫情之际，口罩成为稀缺产品。大多常见的医用口罩都是一次性口罩，使用 4 h 后就需要更换，因此口罩的需求量非常大。应防控工作之所需，各大企业纷纷加入到生产口罩的队伍中，其中，“黑”科技——石墨烯口罩逐渐进入了人们的视野，石墨烯口罩使用效果好，单个使用的时间长，一个石墨烯口罩有效使用时长至少相当于12个传统口罩。为什么石墨烯口罩如此神奇？石墨烯是一种由碳原子组成的具有六角形蜂窝晶格的二维晶体材料，它最初是从石墨材料中剥离出来。正因为这种稳定存在的特殊结构，石墨烯具有比普通石墨更多的性能，是目前人类发现的最薄，强度最大，导电导热性能最强的新型材料，因此被冠以“新材料之王”的称号。石墨烯具备优异的力学、热电性能，因此其应用非常广泛。通过课程学习，使学生掌握石墨烯的结构、性能、制备方法及应用等方面的知识，理解石墨烯口罩强于普通口罩的原因，调动学生的学习、研究和创新热情，激发学生疫情期间贡献自己力量的意愿和爱国情怀，学好专业知识，为将来从事炭材料相关工作打下良好的基础。

1.2 教学思路

本教学案例的内容选自炭素加工技术专业新型炭材料课程中的模块6——石墨烯。该课程是炭素加工技术专业的一门专业拓展课程，对拓展学生专业知识面和就业面起到关键的作用。教材选用高职高专教材《新型炭素材料加工技术》。

新型炭材料课程的教学以炭材料的“结构—性能—应用”为主线，即结构决定性能、性能决定应用。依据该主线，本模块教学内容分为3个部分：1)石墨烯材料的概述，包括材料的发展历史、结构与性质、进展等；2)石墨烯材料的制备方法，如比较成熟的机械剥离、化学气相沉积、氧化石墨还原、SiC外延生长等；3)石墨烯材料的应用，石墨烯材料的应用非常广阔，包括储能、柔性显示、生物医药、传感器、环保、散热等众多领域。

授课对象为炭素加工技术专业大二学生。他们已经掌握了一定的专业基础知识，能使用网络等信息化手段获取知识，形象思维强于抽象思维，动手能力较强，但学习情绪波动大，语言表达能力较为薄弱，不善总结，学习目的性不强，学习能力和自学能力相对较弱，对未来就业方向也存在一定的困惑。

根据教学大纲和前面学习的知识，教学重点为石墨烯的应用领域的探究，难点为石墨烯的结构及性能和典型炭材料之间的联系与区别。

本模块从知识、情感、能力3个方面确定了教学目标，如图1所示。通过构建石墨烯教学模块的知识目标，使学生掌握最新的炭材料石墨烯的性能特点、制备技术以及前沿应用，辩证地看待它与其它炭材料的应用发展历程的关系和区别；通过分析情感目标，融入我国炭材料的发展过程的艰辛历史和多代炭材料人的辛勤付出，激发学生励精图治、奋发向上、攻克难题、突破瓶颈，从事该领域工作的决心和爱国情怀；通过明确能力目标，使学生未来能够通过自主学习、探究、团队合作，掌握新型炭材料的前沿资讯，紧跟发展，精准定位，为未来从事该领域工作作好铺垫。

2 设计与实施

2.1 教学设计

根据课程培养目标，结合学情分析，本次教学设计的理念为“先学后教、学生主体，教师引导、合作学习、多维课堂、素养培养”。通过在课前、课中和课后采用任务驱动、直观演示、分组学习、成果演示、课后练习、答疑讨论等教学和学习方法解决问题。

信息化教学过程依托网络教学平台，融合动画、微课、工程录像、教学录像等信息化手段解决了传统教学知识讲解缺乏直观性、课堂教学难开展等问题。

2.2 教学实施

新型炭材料课程导学中，教师向学生推荐众多炭材料及石墨烯相关的微信公众号，为学生日后资料收集、了解前沿资讯和自学提供了良好的平台,如图2所示。

图2 石墨烯微信公众号Fig.2 WeChat official account of graphene

新冠肺炎疫情期间，采用直播和云课堂网络教学平台相结合的方式进行授课。课前，教师在网络教学平台上生成个性化课程，包括课件、动画、视频资源、测验、讨论、头脑风暴等学习模块，为课中和课后作准备。教师通过平台发送预习通知和布置任务，学生在平台上自学、观看相关视频，思考教师提出的问题，并初步完成任务。全班同学分为4个小组，但要求组内成员独立完成预习，并提交预习成果1.0版，教师考核打分并掌握学生预习情况(图3、4)。

图3 课前任务发布：网络学习平台和手机AppFig.3 Task release before class: e-learning platform and mobile App

图4 预习成果(1.0版)Fig.4 Prepare lessons before class(version 1.0)

课堂实施，具体分为以下5个环节。

第一，创设情境。为严肃学习态度，教师在课前1～2 min 迅速查看学生出勤情况，并自动计入平时成绩。上课开始，通过新闻视频情境导入，向学生提出问题，新冠肺炎中表现卓越的石墨烯口罩为何如此耐用？从而引出课堂材料主角——石墨烯。根据课程预习主线，教师通过多种方式抽取学生作答课前提问(图5)。

图5 石墨烯口罩新闻报道Fig.5 News report of graphene mask

新闻视频情境引入：播放新冠肺炎疫情发生后，东南大学孙立涛教授将自己团队研发的45万只石墨烯口罩以远低于市场的价格发往武汉的新闻，并提出思政问题：石墨烯材料成本多少？孙教授为何这样做？

第二，具体任务。教师引导学生明确学习目的和内容，系统解释石墨烯的基本情况。通过动画、视频等直观演示的方法，建立石墨烯与已学炭材料，如石墨、碳纳米管、富勒烯等之间的关系以及石墨烯的结构、性能和应用的关系。因石墨烯材料的发展日新月异，其制备技术、应用领域不断更新，提出思考题，引发学生进行自主学习(图6、7)。

图6 石墨烯的结构动画 图7 石墨烯的性能视频Fig.6 Structure animation of graphene Fig.7 Function video of graphene

教学环节主要有：

1)石墨烯材料是什么？学生根据课前自学，分享石墨烯材料的由来，发展情况等内容。

2)石墨烯为什么可以在口罩中使用，基于什么性能？除此之外还有哪些性能？学生进行石墨烯结构和性能的讨论。

3)教师补充讲解，系统解释石墨烯的结构—性能—应用的关系。

4)通过学习，引导学生归纳石墨烯在口罩中的应用要点。

5)布置课堂具体任务：结合教师讲解，对课前学习成果进行补充。

第三，任务实施。任务实施即以学生为主导，教师引导各小组补充要点，个性化引导和教学，并探讨石墨烯和其他新型炭材料的区别与关系。根据4个小组学生对石墨烯材料的掌握情况和课前预习完成并提交的成果，教师引导学生小组讨论并完成问卷调查并生成组内演示成果2.0版。教师对每组成员表现进行综合评分，组内外学生互评打分，最终评选优秀小组。

第四，内容升华。本环节建立在前面对石墨烯材料基础知识的学习上，通过引入思政视频，使学生了解我国炭材料的发展历程，学习一代又一代炭材料人在我国炭材料制造史上的艰辛与突破(图8)。

图8 《大国之材》系列纪录片Fig.8 Materials of Great Powers documentary

然后设置头脑风暴教学环节，与学生探讨“从炭纤维的发展看石墨烯产业发展”这一主题。从基础条件、人才构建、政策支持、专利布局等多重角度分析目前我国石墨烯产业发展过程中的成就与不足，引导学生看待石墨烯产业发展与中国科技竞争力、工匠精神之间的关系。

第五，课堂评价。学生学习效果如何，教师通过课前准备的小测验，便可知晓；之后组内成员学生进行互评、课内知识小结和布置课后思考题及作业(图9)。

图9 课堂测验结果Fig.9 Classroom test results

3 案例成效和创新点

3.1 案例成效

1)学生获取的知识、情感及能力的提升远远大于4个学时的课上学习。课堂教学时间是短暂的，尤其对新材料的学习来说，通过课前预习自学以及课后提升，能够强化和巩固所学知识。教师通过翻转课堂，让学生分享课前学习成果，将被动学习转变为主动学习。课后，教师布置作业并设置提交时间截点，学生提交后教师第一时间进行批改，通过作业反馈及时了解学生的知识掌握情况。师生在微信共学群中进行交流讨论，学生也可通过网络课程平台提出拓展问题，教师进行解答。

2)普通课堂向“战役课堂”的转变。因为疫情期间教学条件的特殊性和教学内容的针对性，如何将社会主义核心价值观、新时代青年人应具有的远大理想和家国情怀融入课程教学之中是教学的难点。本次课程巧妙地将石墨烯口罩在防疫战中发挥的作用引入课堂，结合新闻视频案例、动画、课上师生讨论、头脑风暴等多种教学方式，实现本节课的思政目标：

①新闻视频案例。孙立涛教授为什么将售价较高石墨烯口罩通过合作企业以远低于市场的价格发往武汉？如果是你，你会怎么做？

②石墨烯视频动画。石墨烯的性能如此之强，我国石墨烯的发展速度很快，如何制备出性能优异的石墨烯材料？如何打开其应用领域？为何是我国石墨烯的发展领跑世界？

③对比石墨烯材料的发展和之前课程学习炭纤维，面对国际新材料的研究竞争较量，我国石墨烯的发展将何去何从？作为学习者应如何做？

3)从事新型炭材料领域的毕业生逐年增加。从2017年起，炭素加工技术的毕业生由以往的主要从事冶金、铝用炭素行业逐渐转型，陆续走进新型炭材料的加工制造以及下游企业，尤其进入到炭纤维等高端前沿的企业工作的毕业生越来越多，对新型炭材料领域感兴趣的学生越来越多。尤其是2020年，新型炭材料在新冠肺炎疫情中的出色表现，让学生看到了炭材料的大好发展前景，增加了他们的专业自豪感和荣誉感，从事新型炭材料工作的毕业生从2017年的4.4%增加至2020年的11%。

本课程通过思政元素的融入，尤其在疫情期间，激发青年学生众志成城、无惧无畏、勇于拼搏、乐观向上的爱国情怀，培养了学生的专业荣誉感和努力学习专业知识，回报学校、祖国的培养，投身与专业相关工作的学习热情。

3.2 案例创新点

1)石墨烯的性能在许多方面都非常优异，如热、电、光、力学等，但理解其性能与应用的关系具有一定的难度。本次课程正值新冠肺炎防疫战的关键时期，人们急需优质抗菌口罩。石墨烯口罩在抗疫斗争中发挥了重要的作用。教师课前通过引入疫情期间新闻、视频等，引发学生对石墨烯口罩优异性能的好奇心和思考，激发学生，将传统的被动接受知识转变成主动获取知识的积极性。

2)疫情特殊时期，教师结合疫情防控的要求，向学生普及防控措施、方法及原理，鼓励学生居家学习，提高学习效率，克服学习困难，为国家、社会、学校防疫防控工作作出自己的努力和贡献。

3)通过对比石墨烯和炭纤维的产业发展进程，使学生进一步了解到我国取得的研究成果是几代人艰辛付出才能得到的，我们学习炭材料要把握机会，为实现新材料从“跟跑”到“并跑”再到“领跑”而不懈努力。

4 结 论

新型炭材料课程教学的开展正值新冠肺炎防疫战的关键时期，医用口罩是疫情期间必需的医用耗材，需求量很大，市面上不同口罩产品质量参差不齐，但有一类口罩质量非常优异，一个可以顶十几个口罩，它就是石墨烯口罩。教师通过引入新冠肺炎相关口罩案例，从而激发了学生探索一种新材料——石墨烯的浓厚的学习兴趣。

我国炭素行业起步较晚，很多航天航空等关键领域的炭材料都受制于国外技术封锁，如炭纤维等新型炭材料。近年来，石墨烯的研究在国内外如火如荼，我国石墨烯的研究处于全球领先水平。通过学习石墨烯这种新型炭材料，尤其是了解石墨烯在当下新冠肺炎疫情期间的优异表现，使得学生获得了专业荣誉感，激发了学生自主学习，将来投身炭素材料的生产甚至研发工作当中，将家国情怀、工匠精神根植于心，能够学有所成，服务社会的热情。