课程思政与金属凝固理论教学结合的探讨

黄永江，孙剑飞，宁志良，王 亮，王东君，李 隽，刘 钢

（哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨 150001）

课程思政建设是新时期中国高校思政教育的一大重要方向，该工作将课程教学纳入到高校思政育人的总体视域之中，从而能极大促进专业课教育工作与学校德育教育工作的相互促进、相互融合。习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，“高校思想政治工作关系高校培养什么样的人、如何培养人以及为谁培养人这个根本问题。要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面”[1]。因此，如何才能实现思政课程和专业课程的同向同行，做好专业课程思政建设具有极大的迫切性[2]。然而，如何处理好本科及研究生的专业课程教学与思政教育之间的相互关联性，从而有效促进课程思政建设、提升专业课程教学效果，也已成为专业课程主讲教师亟待解决的一个问题。

金属凝固理论课程是高等院校材料科学与工程类一门十分重要的研究生基础理论课。该课程全面介绍了金属材料凝固过程中所涉及的传热与传质现象、凝固热力学及动力学、固-液界面理论、单相及多相合金凝固、凝固过程中的流动现象及快速凝固新型金属材料等内容，将帮助研究生建立起一个系统的从熔体—凝固过程—固相组织之间有机联系的凝固组织演变体系，并将加深凝固过程中出现的各种基本物理现象的理解，同时，也为凝固理论在高性能金属材料的铸造成形制备过程中的应用奠定坚实的基础。金属凝固理论在凝固学科知识体系中具有承前启后的核心地位，掌握了金属凝固理论课程的核心内容，对凝固方向硕士研究生一系列后续专业课程的学习及毕业课题的顺利开展皆有重要作用，亦可促进学生完整凝固知识框架的搭建、分析并解决问题的能力提升和综合素养的提高，如图1 所示。因此，我国各高等院校，材料加工工程类和近机械类专业都开设了金属凝固理论这门研究生课程[3]。

图1 金属凝固理论课程的地位

对于金属凝固理论课程，在实际的课程思政建设中，我们主要围绕下面几个问题展开，具体是：如何在这一传统的材料加工工程专业的硕士生课程教学中融入课程思政，增强学生服务国家战略和产业发展需求的参与意识，增强使命担当；如何改变当前学生被动式学习现状，有利推动学生主动学习意识的养成，提高学习效果；如何在金属凝固理论课程教学过程中，引入本学科前沿研究成果，融专业知识传授、综合能力培养及素质教育于一体，在专业“所学”之上有“所获”，既能“有所学”更能“用所学”，从而促进学生形成创造性思维并具备自主分析与解决问题的能力，实现“科教融合”。通过不断改进课程思政的教育模式和方法，解决了上述问题，可有效提升教学效果，增强学生的使命感与荣誉感，从而切实落实立德树人根本任务。

基于此，我们在金属凝固理论课程授课过程中切实有效开展了如下课程思政建设。

一 落实立德树人根本任务：积极引导学生投身于国家战略的实施、参与产业发展，着力培育和弘扬“执着专注、精益求精、一丝不苟、追求卓越”的工匠精神，从而为金属凝固理论课程教学树魂

授课教师秉承“规格严格，功夫到家”的哈尔滨工业大学（以下简称“哈工大”）校训精神，在金属凝固理论课程授课环节及师生互动过程中，将讲述哈工大在凝固领域的光辉历史与现在的地位，讲述哈工大“八百壮士”，例如李庆春、安阁英等老先生在凝固领域的卓越历史地位，讲述哈工大对于中国凝固理论及铸造发展的特殊贡献（建立了第一个铸造教研室和铸造专业，并为全国各大高校的铸造专业培养骨干教师或领导）[4-5]，如图2 所示。一百载春华秋实，桃李飘香，金属凝固理论课程还讲述近年来哈工大在金属凝固领域涌现的杰出学者，例如陈玉勇、郭景杰、孙剑飞、魏尊杰、苏彦庆、陈瑞润等，也讲述他们在先进材料特种凝固加工、反重力铸造及复合材料成形、钛及钛铝合金新材料及其精密热成形、轻合金铸造技术及亚稳新材料等方面所取得的丰硕研究成果，从而提高学生的专业自豪感与使命感，增强使命担当，引导他们主动把视线投向国家发展的航程，秉承“铭记责任、竭诚奉献”的爱国精神，折射出锐意进取的时代精神，在艰苦创业的舞台上播洒汗水，投身于国民经济重点行业、扎根于基层沃土，在国家最需要的地方贡献智慧和力量，成长为一名杰出的人才。同时，还结合国家在金属凝固领域典型工程案例，让学生切实领略金属凝固产业发展对国民经济支柱产业的强大支撑作用，着力培养学生服务于国家、服务于人民的使命感意识，使学生体会到探究知识的重要性，感受到投身于国民经济重要行业和关键领域建设的知识探究与能力培养对于未来投身国家建设的迫切性，认识到“执着专注、精益求精、一丝不苟、追求卓越”的工匠精神对于个人发展和道德的引领作用，从而推动学生更好地实现自身价值、夯实内功，形成追求极致的工作态度[6]。

图2 哈尔滨工业大学凝固方向的地位及贡献

二 变教为导，让学有形：让学生由被动式学习转变为主动式学习，以挑战性学习任务来不断激发深度学习，强调学生对所学知识的主动建构，促进学生形成自主学习意识

课程思政建设不仅仅是教师的事情，更是学生的事情。传统教学模式依赖教师讲授和教师控制，由教师主导教学进程，采用“一言堂”或“灌输式”的教学模式，学生对于知识的接受常常处于被动状态。上述模式易于使得教师的教学目标与学生的学习成效产生显著偏差，也会极大地抑制学生学习的信心和积极性。针对于此，金属凝固理论课程将努力贯彻“以学生为中心”的教学理念，针对该课程理论性强的主要特征，对教学方法和教学模式进行了探索与实践，通过多媒体教学、课堂与演示实验互动教学及翻转课堂教学等多种形式（图3），努力打造“变教师主导为学生主导，改被动式学习为研究性学习，以挑战性内容实现深度学习”的新型教学模式，创设师生“课堂协作共同体”，教师由主导者变为引导者，在整个教学过程中以调动学生的学习积极性为主要目的。实现“知识获取”向“参与学习”的根本转变，以激发学生“参与式学习”的兴趣为导向，持续改进和优化课程教学设计。激发学生学习兴趣和爱好，广泛采取互动式、体验式的教学模式，并让学生走向讲台按照课程教学大纲的重点知识准备PPT 的讲解内容，完成关键知识点的讲授，讲解金属凝固理论重要特点、快速凝固新型金属材料的应用前景及相关热点问题，结合快速凝固新型金属材料的性能及结构特点，展望快速凝固新型金属材料的未来发展趋势，引导学生从学生时代就对自己的未来发展进行定位。学生将对相关知识点进行深入讨论，教师主要根据学生讲解知识点过程中存在的问题，寻找适合于学生理解该知识点的方法来帮助学生快速的解决问题，促进他们对于金属凝固理论的理解。通过对教学方法和教学模式的探索与实践，在课程学习过程中，学生需要通过充分的文献调研、专业基础知识的补充学习、多渠道师生互动交流等多种方式以保障系统专业知识的学习，这将充分提高学生对于学习活动的参与程度，并将促进学生主动式学习意识的养成，培养学生知识整合能力。

图3 金属凝固理论教学方法

三 在新工科背景下，针对目前金属凝固理论的研究热点，分析当前金属凝固理论教学过程中存在的问题，进行教学内容的优化设计

随着世界范围产业革命的加速，以及中国制造2025、“互联网+”等国家重大战略计划的相继实施，对高校人才培养提出了更高要求，据此，教育部启动了新工科建设[7-8]，这就需要坚持“OBE”（Outcome Based Education，成果导向教育）理念，基于产教融合模式实现学校与产业的有效连接，运用云平台、人工智能和物联网技术等促进教学内容的变革，提升教育内涵建设，有效推动专业课程教学的跨越式发展。在新工科背景下，本课程在讲授凝固内涵、过程及工艺这些基础知识的同时，针对当前金属凝固理论的发展现状，并结合国际发展前沿重新整合教学大纲和教学内容，尤其是结合授课教师团队正在从事的科研工作及研究热点，例如3D 打印、超常凝固等，不断充实金属凝固理论课程的知识点（图4）。新的教学大纲及教学内容将着力于理论与实践融合共进，始终体现出现代教育理念和时代要求，始终保持先进性，重视对学生基本概念和理论推导的实际应用，针对典型的工程项目案例进行教学内容调整，不断提升学生提出问题、分析问题和解决实际问题的能力。在讲解宏观偏析产生的原因这一知识点时，以超大型钢锭为研究对象，利用铸造工艺仿真软件ProCAST 模拟了其凝固过程中温度场和应力场，直观、定量地给出了该钢锭在凝固过程中溶质元素再分配规律，对其宏观偏析和负偏析沉积锥进行了预测，这不仅清晰明了讲解了知识点，提升了学生的学习效果，而且极大地加强了学生独立自主地解决工程实际问题的能力。金属凝固理论课程不断吸收本学科的最新科研成果，包括新型金属材料3D 增材成形过程中的快速凝固、机器学习在金属材料凝固理论研究中的应用、金属材料凝固行为的原位研究和金属材料在极端条件下的凝固行为等，同时，教师结合自身多年的科研工作，持续充实和改进教学内容，广泛吸收先进的教学经验，体现新工科背景下社会、政治、经济和科技发展对人才培养的新要求，使教学内容尽可能接近国际学术前沿。

图4 金属凝固理论课堂教学内容拓展提高

通过课程思政建设，不断创新教学方法，有效地增强了学生对于金属凝固理论基础知识的理解，同时增加了学生的课堂参与度，提高了课堂授课效果，并切实落实了立德树人根本任务。金属凝固理论课程连续四年学生评教为A 或A+，教师评教均为A，教学方法及教学内容深受学生和教师的好评。学生评教时指出：“授课效果很好”“讲课很详细，拓展之事也很丰富，通过学习，获得了很多知识”“讲课非常清楚”。专家评教亦指出：“教学内容充实，理论与实践结合紧密。该教师备课充分，授课思路清晰，概念准确，注重启发性教学，善于诱导学生积极思考，讲解熟练，表达流畅生动，能吸引学生的听课注意力。”需要指出的是，金属凝固理论课程思政教育的实施方法和模式已经推广辐射到凝固学科其他课程，如非晶合金、非平衡凝固理论等，并取得了很好的示范效果。

四 结束语

将课程思政融入金属凝固理论课程的教学各个环节，不断优化教学内容、改进教学方法，这将有助于增强学生对于金属凝固理论基础知识的理解，增加学生的课堂参与度，从而不断提升教学质量，并将全面强化凝固学科研究生的人文素质和道德修养，同时提高学生的科学素养和科研能力，这也是在实际教学工作中努力践行习总书记在全国高校思想政治工作会议上的讲话精神。