工科课程思政建设及其作用研究

孔德慧 李敬华 王立春 张勇

摘  要：新形势下高等教育改革势在必行。以课程思政建设为手段，提升工科学生复杂工程问题的综合解决能力是实现三全育人目标的新思路之一。文章在开展计算机图形学课程思政建设教学实践的基础上，探讨一般化的工科课程思政建设方案;并结合课程思政的实施体会，总结其对于学生能力培养的作用;为开展工科课程思政建设提供借鉴。

关键词：工科课程;思政建设;复杂工程问题解决能力;计算机图形学

中图分类号：G641 文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）14-0082-05

Abstract： Under the new situation， the reform of higher education is imperative. It is one of the new ideas to improve the engineering students' comprehensive ability to solve complex engineering problems by means of curriculum ideological and political construction. Based on the teaching practice of course ideological and political education in the course of Computer Graphics， this paper discusses the ideological and political construction scheme of general courses in the engineering courses， and summarizes its role in the cultivation of students' ability combined with the implementation experience of the course ideological and political education in order to provide reference for the effective development of the ideological and political education in the engineering courses.

Keywords： engineering curriculum; the ideological and political construction; ability to solve complex engineering problems; Computer Graphics

适应新形势下高等教育的改革需要，教育部提出了以“三全育人”为核心的综合改革框架.以此框架为引领，针对工科学生的大学教育在教学模式、教学目标及教学定位方面的改革势在必行并日益深化。目前，已逐渐形成了以课程思政模式引领、立德树人为目标、定位为终身学习能力培养的高等教育改革之路[1-2]。藉此，可以逐渐转变目前以知识传授为主的一元化教学方式，实现知识传授、价值塑造和能力培养的多元统一;从而将各门类学科专业课程与思想政治理论课形成育人合力，保障“立德树人”这一根本育人目标的顺利达成。

针对工科学生的培养而言，知识的传授與解决问题能力的养成二者不可偏废，前者是后者的基础，后者是前者的目标;而从更为长远的目标来看，工科学生未来终究会成长为问题的解决者，而解决复杂工程问题所需的知识、技能须在教育的基础上，通过终身的学习能力持续地获得、增长;这正是教育对人才培养的终极目标。具体到大学教育阶段的工科学生，其终身学习能力的养成可具象地体现为综合运用所学知识解决复杂工程问题的能力的培养。

为此，本文在开展工科课程思政建设研究的基础上，探讨课程思政建设在学生复杂工程问题解决能力培养中的作用，并结合计算机图形学的课程教学实践进行分析、总结，以期为其他工科课程的课程思政建设及学生能力的培养提供借鉴。

一、工科课程思政建设方案

课程思政的主要形式是将思想政治教育元素，包括思想政治教育的理论知识、价值理念以及精神追求等融入到各门课程中去，潜移默化地对学生的思想意识、行为举止产生影响;从而将各类课程与思想政治理论课形成育人合力，保障“立德树人”这一根本育人目标的顺利达成。这样的要求对于侧重原理、技术等专门知识传授的工科课程而言，无疑带来了极大的挑战。如何在学科知识传递的同时，将思政元素无缝地纳入课程教学环节，是广大高校工科教师在教学改革中面临的新挑战。

遵循《高等学校课程思政建设指导纲要》就专业教育课程建设制定的原则[3]：“深度挖掘提炼专业知识体系中所蕴含的思想价值和精神内涵，科学合理拓展专业课程的广度、深度和温度，从课程所涉专业、行业、国家、国际、文化、历史等角度，增加课程的知识性、人文性，提升引领性、时代性和开放性。”工科课程思政建设应在传授专业知识的同时，将政治认同、国家意识、文化自信、人格养成等思想政治教育元素融入课堂，以多种方式促进学生的全面健康发展。

为此，本节秉承科学思维、创新思维的原则，依据工科教师惯用的技术风格，结合计算机图形学课程思政建设实践体会，设计并总结工科课程思政建设总体方案。方案的基本出发点在于思政元素与课程内容的密切结合，并按照自底向上的模式，逐层构建课程思政体系，如图1所示。具体包括以下几个层面的建设策略：基于方法论的课程思政内容设计;基于教学内容的内涵延伸和外延扩展的课程思政设计;基于实践内容形式化设计的课程思政设计;因材施教原则下的课程思政总体规划。在依据建设策略完成内容设计的基础上，进一步考虑受众的专业知识结构、思想状态等因素进行内容取舍、组织，完成课程思政总体建设。

（一）基于方法论的课程思政内容设计

工科课程的学习内容离不开原理、逻辑、算法、流程、方案等知识，涉及众多诸如归纳法、分治法、增量法等方法论层面的常用方法、原理等。因此，针对这部分内容的课程思政建设，可以将马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来，在方法论层面上引入科学方法论的相关理论及观点，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力。

以计算机图形学课程为例。线段的中点扫描转换算法使用了增量计算的思想，利用直线的平面划分性，在当前点的基础上快速求解下一点，避免了从起点开始的逐点计算，提升了算法性能。更进一步地，可在此基础上，延伸介绍采用该方法论的国家级高价值项目建设成果“北斗卫星导航系统”，以润物细无声的方式开展国家意识教育。

事实上，工科课程中的众多算法都可归因于科学方法论原理的应用，可以此为连接点进行拓展，宣讲具有时代特色的正能量事件，强化爱国教育与人文素质教育。在科学思维及科学伦理意识养成的同时激发学生科技报国的家国情怀和使命担当，达成课程思政建设目标。

（二）基于教学内容外延扩展的课程思政设计

工科课程多具有明确的应用背景及应用目标，所涉及的教学内容通常与社会经济生活有着紧密的联系。因此，可以从其教学内容进行外延扩展，延伸到具有重大社会影响及教育意义的事件，设计相应的思政拓展，同步知识与情怀的传承。

仍以计算机图形学课程为例。在图形软件标准的介绍中，经由5G通讯标准的介绍拓展出以华为芯片禁令为典型事件的中美技术竞争，引导学生感悟“科学无国界而科学家有国籍”的深层含义，激发其投身科研的热情并树立科技报国的理想与情怀。

事实上，工科课程所具有的强应用背景使其从知识到应用的外延扩展顺畅而广阔，而我国有着近百年的曲折发展历程，选择此中具教育意义的学科及技术崛起过程中的相关事件，让学生体会国家层面上的“落后是要挨打的”切肤之痛，激发学习热情，树立远大理想，无疑是进行工科课程思政建设的便捷途径。

（三）基于教学内容内涵延伸的课程思政設计

工科课程植根于深厚的科学技术基础之中，可通过延伸其知识内涵，与相关技术发展沿革联系起来，拓展地介绍科研人员克服困难、勇攀高峰的求索精神，以及不畏艰难、矢志报国的爱国热情，为学生们树立起学习的榜样。

再以计算机图形学课程为例，以图形显示器为切入点进行延伸，介绍以京东方与华为公司为代表的中国企业，白手起家、励精图治，以技术为矛捍卫国家经济利益、抢占市场制高点的奋斗精神。引导学生进一步确立为祖国强盛而学习的信念。

此外，同过发掘工科课程教学内容的科学内涵，可以有意识地设计相关的科学素养训练情景，磨练学生科学思维能力，实现授人以鱼与授人以渔兼顾的课程思政设计。

（四）基于实践内容形式化设计的课程思政设计

对实践环节的关注是工科课程的一大特色。可借助此环节，在鼓励学生自主设计实验方案的同时，引导学生在实践内容的形式化设计上传递正能量，建立同侪间的相互正向激励。

又以计算机图形学课程为例。在图形显示流程的课程实践设计中，以“五星红旗”的足迹为题，展示五星红旗从天安门广场升起、飘扬在香港、澳门、极地，并随嫦娥五号驻留在月球等。这些素材的选择，可以引导学生在实验设计的过程中体会多灾多难的中华民族从站起来到强起来的振兴历程，增强民族自豪感、自信心和凝聚力。

由此可见，通过在工科课程必备的实验环节中，提倡学生在实验设计过程中，展示具有象征意义的事物、成就;或者复现典型事例过程、成果等，可引导学生回顾前辈的奋斗历程，树立继往开来的历史使命感。

（五）因材施教原则下的课程思政总体规划

在科学、合理地进行课程思政内容设计的基础上，还需要根据课程教学目标与学生实际情况进行知识与思政设计合一的总体规划，以完善课堂教学过程，保证教学质量。

具体地，面向课程思政的课程建设应遵循以下几项总体原则：

课程思政应配合课程总体教学内容，服务于知识传递的目标;

课程思政需兼顾科学性与思想性，做到知识与思政的无缝融合，避免单纯生硬的说教;

课程思政要从学生思想、知识现状出发，因材施教，提升课程思政的效果。

综上，在创造性地开展课程思政内容设计的基础上，依据因材施教的总体规划策略，可自底向上地逐步实现工科课程思政建设。更进一步地，基于课程思政建设进行的工科课程教学改革，有助于大学教育从单纯的知识传递向思想教育、能力培养、终身学习引擎的职能转化，全面提升学生对未来社会应对能力的养成。

二、课程思政建设对于培养学生复杂工程问题解决能力的作用

“培养学生的复杂工程问题解决能力”是工科学生培养目标的集成化描述，支撑这一目标达成的学生能力的养成又进一步分解为以下多方面能力：分析能力、判断能力、建模能力、综合能力、创新能力、灵活运用方法的能力以及终身学习能力。然而，过去陈旧的只注重知识传递的教学模式已无法满足这一培养目标的要求，因此，以三全育人为目标开展新形势下的教学改革成为新时代工科课程建设的必需。而秉承“立德树人”理念的课程思政建设无疑应在学生复杂工程问题解决能力的培养方面承担重要任务。

（一）复杂工程问题的含义及其能力要求

教育部高等学校计算机专业教学指导委员会与全国高等学校计算机教育研究会联合研制撰写的《培养计算机类专业学生解决复杂工程问题的能力》[4]一书中使用七个特征对复杂工程问题进行界定。这些特征从多个方面表述了复杂工程问题的深度、难度与综合性等，同时也对解决此类型问题提出了相应的能力要求。

特征一：必须运用深入的工程原理经过分析才可能解决。

这是复杂工程问题的本质性必备特征。“深入的工程原理”“经过分析”等要求的明确，意味着学生仅依赖书本知识是不足以实现复杂工程问题的解决的，需要在具备扎实基础理论和专门知识的基础上，能够在方法论层面上，深入分析问题、综合运用知识、创造性地提出解决方案。这对于学生在包括终身学习能力在内的各方面提出了明确的能力要求。

特征二：需涉及多方面的技术、工程和其他因素，并可能相互有一定冲突。

这是复杂工程问题的表象特征之一，对学生知识结构组成提出了要求。因此，大学教育在为学生提供本学科专门深入的知识的同时，也要注重知识的宽泛性，通过学科知识的内涵延伸、外延扩展，培养学生跨学科综合的能力，选择、折衷、借鉴相关领域信息的能力。这同样也对终身学习能力提出了要求。

特征三：需要通过建立合适的抽象模型才能解决，在建模过程中需要体现出创造性。

这也是复杂工程问题的表象特征之一，对学生的抽象能力、建模能力等提出了要求。事实上，建立高度抽象的模型要求学生能够深入本质地进行问题的分析、模拟，准确表达系统的状态及其变化规律。在这一方面，工科教学中必备的课程实践环节将发挥不可替代的作用。

特征四：不是仅靠常用方法就可以完全解决的。

这是复杂工程问题的表象特征之一。该特征要求学生具备在科学方法论指导下进行常规方法的改造及多环节协同、综合的能力。

特征五：问题中涉及的因素可能没有完全包含在专业标准和规范中。

这是复杂工程问题的表象特征之一，其具体表现形式可能多种多样。但是，任何复杂工程问题仍均遵循工程问题的一般原理，灵活、统筹运用所学理论和知识仍能够达成问题的解决。为此，大学教育要杜绝“读死书、死读书”的现象，注重养成学生举一反三、灵活运用知识的能力。

特征六：问题相关各方利益不完全一致。

这是复杂工程问题的表象特征之一，体现了工程实践中的实际状况。这就要求学生具备利益均衡和折衷的意识，良好的大局观，具有全局寻优的能力。

特征七：具有较高的综合性，包含多个相互关联的子问题。

这是复杂工程问题的表象特征之一，体现了问题的规模、难度、复杂度和综合性，对学生的整体系统观培养提出了要求。因此，大学教育要摒弃课程孤岛式的教学，以课程思政的模式，有意识地强化对学生在科学方法论方面的熏陶，并通过课程知识在内涵和外延上的延伸，以及课程在综合实践方面的强化，使学生能够有意识地占上系统的高度，能以多重视角全面审视问题，具备创造性地提出综合解决方案的能力。

以上分析表明，针对复杂工程问题的解决，不仅需要学生具备扎实的基础理论知识以及深入的学科专门知识，更需要学生在充分考虑工程实践应用背景条件下，理论联系实际地、灵活运用书本知识、综合多因素分析构建抽象模型、并创造性地设计问题的解决方案。

而这些能力的养成及表现，并非仅仅依赖课堂教学即能毕其功于一役，而是有赖于大学教育作为终生学习引擎的日积月累，同时，无疑也需借重于以“立德树人”为宗旨的课程思政建设环节。

（二）课程思政建设与学生能力养成的关系

分析本文所提出的工科课程思政建设总体方案， 可以看出，无论从建设策略还是从建设总体规划而言，其建设思路与学生多方面的能力养成呈现正相关关系。课程思政建设与学生复杂工程问题解决能力养成关联关系见表1。

表1对照表明，基于课程思政建设的教学改革，在课程知识延伸、深入、泛化的基础上，能够强化大学教育阶段学生多方面能力的养成，并有助于学生终身学习能力的培养，从而对学生解决复杂工程问题能力的提升起到重要促进作用。

（三）课程思政建设融入计算机图形学课程教学实践的体会

计算机图形学作为信息学科中一门专业交叉、受众广泛且发展迅速、常教常新的专业教育课程，无疑应在开展课程思政建设的基础上，承担起工科学生复杂工程问题解决能力培养的任务。为此，在遵循前述课程思政建设思路的基础上，开展计算机图形学课程实践教学工作，并总结出如下体验：

（1）课程思政内容可以无缝嵌入课程内容中

遵循以上思路的课程思政内容拓展，紧密围绕课程专业知识进行设计、选择，没有为思政而思政的游离感，学生接受度较高。

（2）引入课程思政内容不会挤占专业知识讲授的学时

从学生课堂学习效率来看，张弛无度的满堂灌教学方式会因对学生注意力要求过于饱满而造成负面效果，适度的中心偏离或引入多中心课堂设计，会因课堂兴奋点的交替变化而带来课堂效率的提升;在不增加学时的前提下，保障了知识传授效果。

（3）课程思政建设可以提升学生专业学习兴趣

大学生正处于一生中思维最为活跃的阶段，单纯的知识传授往往难以满足他们在精神层面的深入追求。在“静态”专业知识之外，融入专业相关的科学方法论、行业标准、成功典范、业界动态、国际形势等“动态”内容，有助于他们体验知识的活力及其在应用中的灵活变数，从而激发深层次的专业兴趣。

（4）工科课程思政建设应注重学生在科学方法论方面的素养

尽管科学方法论意识的养成对于学生复杂问题解决能力的养成具有重要作用，且以科学知识为基础的工科课程与科学方法论原理之间存在着直接的关联，但却鲜有课程以此作为教学内容。因此，借助课程思政建设的工科课程教学改革，强化科学方法论层面的思政元素扩展，可极大助力学生问题解决能力的培养。

（5）工科课程思政建设应少而精，宁缺勿滥

适应工科学生的特点，工科課程思政建设应贴合课程内容进行科学、创新拓展;并以学生的可接受程度为核心进行思政元素设计，杜绝为思政而思政的形式化拓展，本着宁缺毋滥的原则，革新课程教学。计算机图形学课程思政改革实践表明，基于课程思政建设的工科课程教学改革不仅顺应了新时代形势发展的外在要求，同时也符合工科学生培养质量提升的内在动因。由此可见，针对工科学生培养开展课程思政建设，增强学生复杂工程问题解决能力的培养，是新形势下高等教育的必需。

三、结束语

大数据、新技术、机器革命、知识经济、全新的职业……无处不在的大变革以各种形式提示乃至警醒：高等教育需要新模式、新目标、新定位;大学教育不能仅仅以培养具有学位的本科生和研究生为目标，而应让学生具备在与时俱进的新经济环境下面对生活挑战、解决复杂问题的继续学习能力[5]。大学教育对于学生的意义不再局限于知识的积累和技术的训练，而更应注重教会学生使用正确的立场、观点和方法分析、理解问题，养成历史思维、辩证思维、系统思维和创新思维的能力和习惯。因此，在工科专业课程的教学实践中，应大力推行课程思政建设，以搭建知识与能力的一体化养成平台，立德树人，为振兴中华培育有用之才。

参考文献：

[1]刘洋，谢梦凡，惠文.“课程思政”的价值意蕴与构建路径探析[J].思想政治课研究，2019（3）：35-39.

[2]董勇.论从思政课程到课程思政的价值内涵[J].思想政治教育研究，2018，34（5）：96-98.

[3]教育部.关于印发《高等学校课程思政建设指导纲要》的通知（教高[2020]3号）[Z].2020.

[4]蒋宗礼.培养计算机类专业学生解决复杂工程问题的能力[M].北京：清华大学出版社，2018.

[5][美]约瑟夫.奥恩.教育的未来：人工智能时代的教育变革[M].李海燕，王秦辉，译.北京：机械工业出版社，2018.

基金项目：教育部课程建设试点-北工大研究生课程建设“真实感计算机图形学”（CR201907）

作者简介：孔德慧（1968-），女，汉族，陕西吴堡人，博士，教授，研究方向为计算机图形学、多媒体技术及模式识别与人工智能。