自然科学专业课程思政元素案例教学资源包开发探索

金枚

摘 要：本文从科学品质、哲学视角、科研方法这三方面的思政元素，开发探索自然科学专业课思政元素案例教学资源包。资源包以典型案例的形式呈现，为自然科学专业课程融入思政元素的教学实践起到举例示范的作用。

关键词：自然科学专业课;案例教学资源包;科学品质;哲学视角;科研方法

中图分类号：G641  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2021）11-0071-05

习近平总书记2016年在全国高校思想政治工作会议的讲话、教育部2017年《高校思想政治工作质量提升工程实施纲要》和教育部2020年《高等学校课程思政建设指导纲要》都一再强调把立德树人作为高校思想政治工作的中心环节，高校各类课程要与思想政治理论课程同向同行，以形成协同效应。用好课堂教学这个主渠道，把高校各类课程中蕴含的思想政治教育元素融入课堂教学环节，以实现知识传授与立德树人的融合统一。本论文作为思政专项课题的研究成果之一，正是在这样的政治背景下，专门讨论高校的自然科学类课程如何在专业课教学中融入思想政治元素的。

我国现行的学科分类和学术体制把所有的学科习惯地分为自然科学（理工科）和人文社会科学（文科）两大类。自然科学是研究自然界的物质形态、结构、性质和运动规律的科学，它包括数学、化学、物理学、天文学等基础科学和医学、农业科学、生物学、材料科学等实用科学。按照常见的学位授予的分类，包括学术性学位的理学、工学、农学、医学和专业学位的工程硕士、农业推广硕士等。本文讨论的自然科学专业课指的就是我国普通高校这些理工科专业课程。

自然科学类课程从微观视角探讨某个专业或某门课程思政元素的融入及实现途径等的文献，例如夏莹（2020）、汪猛（2020）、刘艳萍等（2020）、周焱（2020）、贾兴飞（2020）、张俊丽（2020）、姜兆权（2020）、翟硕莉（2020）等探讨了物理、生物、医学、财务、化学等，大都是专业课教师思政教学的个人经验体会，尚缺乏理论上的提升以及规律的总结。从宏观战略高度探讨课程思政理论体系构建的忻平（2016）、高德毅和宗爱东（2017a/2017b）、虞丽娟（2017）等论文，探讨课程思政推進的价值与意义的曹文泽（2016）、邱伟光（2017）、闵辉（2017）、陆道坤（2018）等论文，从理论高度及管理者的角度探讨课程思政涉及到的关键问题与实现路径的高燕（2017）、李国娟（2017）、何红娟（2017）、刘淑慧（2017）、陈道武（2017）、吴月齐（2018）等论文，这些宏观视角的研究常见视角雷同，少见创新。

本文试图弥补学术界的这些研究弱点。本文引入“资源包”的思路来讨论高校专业课教学如何融入思政元素。在学术届五十余篇关于某一课程资源包的研究文献中，资源包并没有一个统一的概念界定，作者依据研究需要而自行界定课程资源包的内涵与外延，但能够统一的共识是：资源包就是关于某一课程内容各种类型教学资源的集合体、备用库。本文引入的是其中的一种资源包形式——“案例教学资源包”的思路，来讨论自然科学专业课教学是如何融入思政元素的。

案例教学是由美国哈佛大学商学院首创并快速传播到世界的，被认为代表未来教育方向的一种教育方法。教师于教学中扮演着设计者、引导者和激励者的角色，教师在课堂教学提供一个为一定的教学目的编写的，具有代表性、普遍性、典型性、启示性、指导性的客观真实的案例故事，针对案例提出的问题，启发学生独立自主地进行思考、争论和探索，一般不提供绝对正确的答案，基于问题和探索问题是这种教学方法的核心特点。老师和学生、特别是学生和学生相互之间就自己和他人的方案发表见解，充分体现了学生主体性、过程互动性及学习的合作性。德国教育家克拉夫基说：“案例教学是这样的教学：使学生能够依靠特殊来掌握一般，并借助这种一般独立地进行学习。”案例教学符合教育家施腾策尔的范例教学理论所言的从“个”的范例到“类”的范例的认知迁移规律，是从具体到抽象的思维发展过程。本论文将从自然科学专业中找出几个课程思政的教学案例，通过典型示范而起到举一反三，触类旁通的作用。

自然科学的任务在于通过对自然界发生的现象和过程的把握，揭示自然科学的规律性，从而预见新的现象和过程，为社会实践合理而有目的地利用自然界规律提供可能。自然科学专业课的首要思政元素就是追求真理、报效祖国、自信创新、专注耐心、锲而不舍、爱岗敬业、职业伦理等科学家品质，还有为探索科学客观规律所需要的辩证唯物主义及自然辩证法等哲学方法论视角，以及客观、理性、公正、严谨的科学研究所需要实验、系统、数学等研究方法。本文将从科学品质、哲学视角、科研方法这三方面思政元素，以例举典型案例的方式，开发探索自然科学专业课思政元素案例教学资源包。

1 自然科学专业课融入科学品质思政元素的案例教学资源包探索

高校的课程思政充分发挥课堂育人主渠道作用，一般来说，人文社科类专业课程比较容易获得丰富的人文精神思政元素资源，而以阐释科学原理、传授工程技术等科学知识为主体内容的自然科学类专业课程，该如何挖掘其中的科学精神的思政元素？本文打算以翟硕莉（2020）《食品化学课程中融入“课程思政”元素初探》为教学案例，探索食品化学课程这一食品类专业基础课融入科学品质思政元素之课堂教学设计。

1.1 培养民族自豪的文化自信

翟硕莉（2020）介绍红糖制造工艺时，首先特别强调这项工艺已被评为“非物质文化遗产”。教师课前让学生查找在《千金要方》《食疗本草》中的文献相关记载，课堂教学引导学生讨论海南遵谭镇、浙江义乌、贵州各自不同的红糖制作工艺特色，使学生弄清红糖工艺的历史传承。

在“蛋白质的组织化”内容的课堂讲解时，教师引导学生列举哪些食品是利用了豆子里蛋白质的组织化性质，然后很自然地引出腐竹的中国创造。

必须特别强调这些传统食品是中华民族对人类的贡献，怎能不自豪自信呢？

1.2 培养专业报国的爱国情怀

翟硕莉（2020）在讲解“脂肪的氧化”内容时，及时插入专业故事——抗美援朝时期，志愿军干粮储藏变质出现哈喇味，该怎么办？教师要引导学生在课堂中讨论应对措施。之后告诉学生王应睐教授那时研究出利用粗黄豆油里的天然抗氧化剂来抑制脂肪的自动氧化等应对办法。

解放初期上海解放军普遍舌头糜烂，是什么原因呢？教师插入故事的同时向学生提出专业问题。当时王应睐与候祥川两位教授及时指出这是维生素B2缺乏造成的。

这些由某教学点诱发而增添拓展的专业故事，不仅培养了学生专业报国的爱国情怀，而且强化了专业知识与生活实际相联系的专业品质。

1.3 培养食品安全的社会责任感

翟硕莉（2020）指出食品化学专业课教学必须树立食品安全的社会责任感。课堂教学教师可适时插入社会热点问题，例如个别商家为减少脂肪含量在猪饲料中添加瘦肉精以提高瘦肉率，个别商家为增加蛋白质检出率在原料奶中加三聚氰胺，反复使用的街边油炸类食品用油含有致癌物……教师引导学生讨论这些不良做法会引起怎样的社会后果。警示学生作为未来的食品从业者，应树立“做食品，做的是诚心和良心”的道德理念，绝不可违反法律法规，以此培养食品安全的社会责任感。

1.4 培养勇于创新的科研精神

讲解“酶促氧化”时，教师可首先介绍学术界传统观点，引导学生讨论对错。之后再说明王泽农教授通过严谨的研究否定了这一学术界传统观点，认为红茶制作不过是茶叶中茶多酚的氧化过程而已。从而引导学生实事求是、敢于质疑、追求真理、勇于创新的科学品质。

1.5 培养专注顽强的工匠精神

讲解“色素”时，教师可先让学生讨论色素对健康造成的不良影响。之后引入正面的典型——“面点大王”王志强，他历时12年把面点的形状、颜色、口感做得和水果一样。最后强调：把一件工艺做到极致正是我们国家当前倡导的工匠精神：专注、顽强、精益求精。

1.6 培养爱岗敬业的就业观念

翟硕莉（2020）讲解“绪论”中食品各组分发生的变化影响食品品质时，介绍北大毕业后卖肉为生的陆步轩，他不仅卖猪肉分量足斤足两，还有一手辨別猪肉好坏的绝活。教师和学生讨论陆步轩的择业观，引导学生无论做哪一行，都力图把这行做到最好，干一行爱一行，培养爱岗敬业的就业观念。

科学探索的道路经常是曲折艰辛的，没有坚韧顽强的科学品质是难以攻克科学难关的，所以自然科学专业课的首要思政元素就是追求真理、报效祖国、自信创新、专注耐心、锲而不舍、爱岗敬业、职业伦理等这些科学家品质。翟硕莉《食品化学课程中融入“课程思政”元素初探》这一教学案例可作为示范参考，探索适合自然科学各个专业课程融入科学品质思政元素的各自案例教学资源包。

2 自然科学专业课融入哲学视角思政元素的案例教学资源包探索

恩格斯在《自然辩证法》导言中指出，自然科学与哲学从来都处于相互影响的密切关系中。自然辩证法是关于自然界及其发展规律的科学观，也是认识并改造自然的方法论，从马克思主义之辩证唯物主义世界观与方法论角度研究自然界的普遍规律，是马克思主义哲学的重要组成部分。自然科学专业课就涉及到许多重要的哲学问题。本文以陈雄一（1989）《在浅谈“热学”中几个问题的对立统一关系》作为教学案例，探索自然辩证法的哲学视角在自然科学专业课教学中的应用。

2.1 必然性和偶然性的对立统一

陈雄一（1989）讲解理想的气体压强是大量个体气体分子对器壁无规则碰撞的结果，引导学生思考这体现怎样的自然辩证法？教师需强调一方面没有组成大星分子的个别分子对器壁无规则碰撞，就不会产生气体压强;另一方面这个别分子对器壁的碰撞也要受气体压强规律的支配。引导学生联想到这是哲学的对立统一的必然性和偶然性关系造成的。在统计规律中，大量事件整体的必然性在事物发展过程中虽然居支配地位并起决定作用，但是离不开个体事件的偶然性，大量事件的必然性是通过大量偶然性表现出来的，没有脱离必然性的偶然性。引导学生认清统计规律的必然性和偶然性是相互联系的、相互依赖而对立统一的。

教师仍需进一步引导：必然性和偶然性的对立统一还表现在它们能够在一定条件下相互转化。例如气体系统中的单个气体分子的运动是遵循力学规律的，其各自的力学运动不尽相同，具有偶然性;但当系统中分子出现大数量时，其运动规律并不是众多力学规律的累加，而是从量变到质变的飞跃，在质上全新运动规律——统计规律的出现。相反，系统中分子数减少到极少时，统计规律退化，一个个的分子运动遵循力学规律。

2.2 “冷”与“热”的对立统一

陈雄一（1989）讲解热传导过程，强调物体之间温度不均匀是产生热传导的宏观条件，消除这种不均匀的微观机制却是无序的分子热运动和分子间碰撞，而温度不均匀的分子会按一定的梯度有序排列。“有序”和“无序”的斗争结果是温度由不均匀向均匀过渡，最终趋于一致。教师讲完热传导原理，需引导学生讨论这其中体现怎样的自然辩证法？

冷热不同的两个物体，接触前各自处在各自的平衡态。但接触后，对立的“冷”与“热”相互吸引，平衡打破，热物体吸收是冷物体的“冷”，变得越来越冷，而冷物体吸收热物体的“热”，变得越来越热，直至两物体达成新的同一平衡态。引导学生理论提升：热传导过程是“冷”与“热”的对立统一。

2.3 “量”和“质”的对立统一

陈雄一（1989）讲解热力学第一定律和热力学第二定律之后，进一步进行理论提升，引导学生讨论这其中体现的自然辩证法。

教师需强调一切自发过程中，“能”都具有热力学第一定律规定的“量”的守恒和热力学第二定律规定的“质”的衰减两重性，说明这两个定律分别是自然界中的一个独立定律。但这两个定律统一于“能”上：第一定律是关于“能”的“量”关系问题，第二定律则关于“能”的“质”的变化问题。引导学生得出结论：这两个定律是能的“量”和“质”的对立统一。

哲学探索的是具体事物背后的抽象本质，哲学是真理大臣的皇帝，爱因斯坦认为：如果把哲学理解为在最普遍与最广泛的形式中对知识的追求，哲学显然可被认为是全部科学之母。自然科学和自然辩证法的发展是相互促进的。陈雄一《在浅谈“热学”中几个问题的对立统一关系》善于用引导的教学方法探索马克思主义的自然辩证法在专业课教学中具体应用，教师都应善于探索马克思主义哲学视角在自然科学专业课教学上的理论提升，开发探索自然科学各个专业课程各自独特融入哲学视角思政元素的案例教学资源包。

3 自然科学专业课融入科研方法思政元素的案例教学资源包探索

自然科学的任务在于揭示自然界发生的现象和过程的实质，进而把握这些现象和过程的规律性。自然科学研究一般都要经历从具体到抽象的认知过程，自然科学的科研方法既有科学实验、田野调查这些具体的研究方法，也有数学思维、系统论的宏观视角等抽象研究方法。本文以科学实验法作为具象研究方法的代表，以系统论方法作为抽象研究方法的代表，各举一教学示范案例，开发探索自然科学专业课融入科研方法思政元素的案例教学资源包。

3.1 自然科学专业课融入科学实验法的案例教学资源包探索

自然科学是研究自然界的物质形态、结构、性质和运动规律的科学，是人类改造自然的实践经验之总结。实践是理论的源泉，也是检验理论正确与否的惟一标准。科学实验是自然科学理论的源泉和检验标准。现代自然科学研究中的新发现、新发明、新理论都必须以实验结果为依据，否则不能被接受，即便已发表的学术论文都可能被质疑或者撤稿，因此科学实验是自然科学极为重要的科研活动和研究方法。本文打算以宗国庆（2017）《化学史教学资源包开发模型的构建——以“化学能与电能”为例》作为案例，讨论科学实验法在自然科学专业课教学中的基础性与关键性作用。

宗国庆（2017）对学生讲解的化学史教学资源包是指满足化学史课堂教学需要的具体化、系统化的化学史资源的集合，资源类型主要有化学史素材、教学设计、课件与思考题等。开发“化学能与电能”化学史教学资源包，首先引导学生选择主题资源包——围绕特定问题而有目的地开发的化学史资源包。其后引导学生素材的收集：根据教学目标和课程标准，多渠道收集能够引起学生认知冲突和共鸣的化学史素材。然后带领学生进行素材甄选，因为记录化学史的文献浩如烟海且各有侧重。

接着，选择教学设计理论，并依此教学设计。学情分析后，根据《普通高中化学课程标准》（实验）设计教学目标：知识与技能目标——明白原电池的工作原理;过程与方法目标——通过原电池的实验探究过程，发展实验探究能力，体会科学家探究的艰辛历程;情感态度及价值观目标——培养大胆质疑、严谨求实、探索创新的科学品质。依据教学目标后确定教学重点、难点，并制作课件，设计习题。最后采取师生讨论的形式，进行教学评价、反思和改进。

科学探究是课程标准要求的一个重要内容，学生只有科学实验，亲身参与整个探究实验过程，才能明白实验结果的科学性。科学实验是自然科学基础研究方法之一，自然科学专业课教师可效仿宗国庆《化学史教学资源包开发模型的构建——以“化学能与电能”为例》的做法，开发探索自然科学各个专业课程各自融入科学实验法的案例教学资源包。

3.2 自然科学专业课融入系统论方法的案例教学资源包探索

20世纪40年代理论生物学家路？贝塔朗菲创立的系统论，被认为是20世纪科学发展史上彻底改变了世界科学图景和当代科学家思维方式的伟大创举，很大原因是系统论后来广泛应用于社会科学和自然科学的研究。本文以杨杰（2011）《运用系统论研究石油地震地质学》作为教学示范案例，探索系统论这种科学探究思维视角与方法在自然科学专业课教学中的应用。

3.2.1 系统论的整体性思维之应用

杨杰（2011）认为应对学生强调石油地震地质学的综合性构成特征决定了其有机整体性，引导学生系统地规划整体学科与分支学科及其他学科的核心研究内容，要处理好三个学科层次的关系：整体学科（石油地震地质学）与其下属各分支学科（地震储层学与地震沉积学等），以及与其他学科（如层序地层学）的关系。避免这些学科在核心研究内容发生机械重复，以确保各类学科研究内容目标明确，重点突出。对学生强调在研究方法手段上，凡系统问题都用系统方法来解决。既然石油地震地质学是一門涉及构造地质学、石油地质学、沉积学、勘探地震与开发地震学、计算机图形图像学等的综合性交叉学科，决定了对其研究是综合系统性。引导学生认识到只有将地震勘探与石油地质二者有机结合，多学科协同作战，多种技术方法互相配合，才能解决具体科学应用问题。

系统论的核心思想是系统的整体性。世界上的事物和过程都是有机的整体，既自成系统又互成系统，系统是一种普遍存在。系统内部诸要素之间存在内在的有机联系，同时系统是更高一级系统的组成部分，与外部环境也存在有机联系。钱学森先生创新了系统论思想，把系统定义为：由相互联系、相互作用的若干要素以一定结构形式联结构成的具有某种功能的有机整体。即系统与要素、要素与要素、系统与环境之间因相互联系而相互影响、相互作用，形成一个有机整体。系统的性质和规律只有从整体上才能显示出来，整体功能不是各部分功能的简单相加，正如亚里斯多德所言"整体大于部分之和"。引导学生在认识、处理系统对象时，应把研究对象放在系统中加以分析处理，从整体着眼综合系统地考察，从而达到最佳效果。

3.2.2 系统论的层次性思维之应用

杨杰（2011）对学生强调石油地震地质学这门系统综合学科，只有正确划分其层次结构，才能正确把握各层次研究的目的和尺度，才能抓准各层次研究的核心内容，才能在进行研究任务安排时摆脱与本层次研究关系不太紧密、甚至可忽略不计的因素的影响。引导学生进一步认清这些层次的区分对专业人才的合理使用及学科建设部署均有益处。

系统是有序的、分层次的联系着构成这种整体性的，这种结构形态体现了系统的层次性特征。世界是关系的集合体。引导学生在整体全局的视野下，对局部逐一分层有序进行分析，最后归纳得出规律性认识。

3.2.3 系统论的动态性思维之应用

杨杰（2011）对学生强调石油地震地质学应遵从袁秉衡教授所言：如果各分支学科或部分研究得出色而从总体上却不好，这种做法并不可取。但如果分支学科效果不好而整体系统效果好，这样做法依旧可取。引导学生明白这就是系统论思维的动态最佳化，也只有用系统论动态性思维视角研究石油地震地质学，才能实现整个学科的协调恒动发展。

世界还是过程的集合体。系统始终处于动态变化发展之中，一刻不停地寻求相对稳定的动态平衡，这体现出系统的动态性原则。教师应引导学生在动态中协调系统整体与部分的关系，使部分的功能目标服从于总体的功能目标，最终在总体目标上体现最佳效果，使系统达到最优化。

系统论为人们认识世界与改造世界提供了新视角、新方法，自然科学一般都要在整体关系中才能准确考查个体的变化发展规律，自然科学专业课教师可以参照杨杰《运用系统论研究石油地震地质学》这一示范案例，开发探索自然科学各个专业课程各自融入系统论研究方法的案例教学资源包。

4 结论

本文从科学品质、哲学视角、科研方法这三方面的思政元素，開发探索自然科学专业课程有机融入思政元素的案例教学资源包。资源包以典型案例的形式呈现，为自然科学专业课程融入思政元素的教学实践起到举例示范的作用。

参考文献：

〔1〕李证博，曹红波，郑月龙，胡京波.哈佛大学商学院案例教学运行模式及对我国的启示[J].学位与研究生教育，2018，29（11）：51-53.

〔2〕翟硕莉.食品化学课程中融入“课程思政”元素初探[J].绿色科技，2020，19（05）：117-119.

〔3〕陈雄一.浅谈“热学”中几个问题的对立统一关系[J].零陵师专学报（自然科学版），1989，36（04）：5-9.

〔4〕宗国庆.化学史教学资源包开发模型的构建——以“化学能与电能”为例[J].化学教与学，2017，25（07）：171-180.

〔5〕杨杰.运用系统论研究石油地震地质学[J].新疆石油地质，2011，35（06）：99-104.