自动化专业实践类课程思政育人教学模式的构建与实施

李 擎，崔家瑞，杨 旭，阎 群

（北京科技大学a.自动化学院；b.工业过程知识自动化教育部重点实验室，北京 100083）

0 引 言

习近平总书记2016 年12 月提出“要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，要用好课堂教学这个主渠道，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”［1］，教育部进行了广泛深入的探索与实践，并于2020 年5 月印发了《高等学校课程思政建设指导纲要》（以下简称《纲要》）［2］。之后，课程思政建设成果如雨后春笋，遍及各学科各专业各课程，清华大学、复旦大学、天津大学等大批高校从教学内容、教学方法、教学模式等方面进行了全方位的课程思政探索与实践，并取得了一系列的成绩［4-6］。我校作为全国10 所首批“三全育人”综合改革试点高校之一，也已构建起以“大国钢铁”公共选修课、学科思政讲坛、课程思政示范课程为主的3 个层次课程思政育人体系［7-9］。

1 实践类课程思政存在的问题

实践类课程作为立德树人的“主渠道”之一，其课程思政建设质量直接影响人才培养的成效。然而，实践类课程思政建设目前还存在以下问题：

（1）实践类课程思政建设相对较少。目前，针对理论课程的课程思政建设形成了百花齐放、百家争鸣的局面，并取得了卓有成效的成绩［10-12］。然而，实践类课程作为培养学生创新精神、实践能力和知行统一的重要抓手，其课程思政建设还处于起步阶段［13-15］，尚未形成规模，也未形成相对完善的教学模式和教学体系。

（2）课程思政案例同质化现象严重。虽然建设了大量课程思政案例，但通用性案例居多，大部分未能充分结合课程本身的特点，也未能对每所高校在办学历程中先进教师的典型事迹、在服务行业、地方和国家重大需求过程中师生科技报国的特色案例进行充分挖掘，且部分案例为了课程思政而“思政”，显得有些生硬。

（3）大多数仍采用教师为主体的灌输式单一授课方法。多年来，无论是思政课程，还是课程思政，大多采用以教师灌输为主的方式授课，学生早已对这种填鸭式的教学方法感到厌倦，教学效果一直不佳。加之有时部分思政讲解的切入点过于牵强，在很大程度上易导致学生产生反感情绪，难以达到“如盐入水、润物无声”的预期目标。

（4）课程思政育人效果难以评价。课程思政的隐性要求使得考核（考试或考查）中不能显性地加入思政内容。因此，课程思政育人效果的评价一直以来是件非常困难的事情。

2 实践类课程思政建设模式

我校自动化专业始终坚持教书与育人相统一，在工程教育专业认证核心理念下，将工程伦理、团结合作等非技术因素融入课堂教学，并取得了较好效果［16-18］。在此基础上，自动化专业以实践类课程教学为突破口，形成了具有我校特色的自动化专业实践类课程思政育人教学模式。

2.1 三思维、八要素课程思政育人目标

我校办学定位为“培养具有高度社会责任感、使命感，基础扎实，实践能力强，富有创新精神的卓越人才”。自动化专业也要求学生具有大系统观、闭环反馈意识和全局观。

冶金工业是我国国民经济的重要基础产业，其生产过程属于典型的长流程，我校长年服务于我国钢铁冶金行业，为钢铁大国建设做出了突出贡献，今后仍将继续秉承使命担当，为行业高质量发展培养更多有用之才，助力我国由钢铁大国迈向钢铁强国。

我校坐落在北京市，服务于北京4 个中心（特别是科技创新中心）建设是学校义不容辞的责任，加上北京一直是国家重大战略实施（如双碳行动计划、智慧城市建设等）的排头兵、示范岗，因此也对学校人才培养提出了更高的要求。

根据《纲要》中工学类专业和实践类课程的思政育人目标，结合办学定位、自动化专业人才培养要求和服务于行业、地区和国家重大需求，制定了如图1 所示的实践类课程思政育人目标，简单概括为“三思维（系统化思维、工程化思维和创新性思维）、八要素（工程伦理、工匠精神、家国情怀、使命担当、学思结合、知行统一、勇于探索、团队合作）”。

图1 实践类课程思政育人目标

系统化思维的内涵体现在从整体的角度去分析与解决问题。以图2 所示自动控制系统的设计为例，由检测装置、控制器、执行机构、被控对象等多个环节组成，既不能遗漏任何一个环节，也不能轻视某个环节，因为任何一个环节都会对系统产生举足轻重的影响。同时，在设计过程中还要综合考虑检测装置的精度和速度、控制器“稳、快、准”3 个指标相互制约、执行机构的响应速度与输出功率、被控对象的实际性能和生产约束等客观条件与性能指标，只有系统化加以考虑，才能达到最优的控制效果。

图2 自动控制系统组成结构图

工程化思维的内涵体现在以真实的生产设备为被控对象，以产品性能指标需求为控制目标，同时要考虑实际生产过程中检测装置和执行机构的各种约束。

创新性思维的内涵体现在与众不同的整体解决方案、构思独特的在线优化策略以及新颖别致的智能控制算法等，并取得比传统常规方案更优的控制效果。

2.2 “教师主导、学生主体”建设原则及建设路径

为了避免长期以来说教式教学效果不佳的难题，提出了“教师主导、学生主体”的课程思政建设原则，并在此基础上确定了相应的建设路径，如图3 所示。

图3 课程思政建设路径

具体实现路径为：

（1）由教师发布经课程团队认真讨论确定的课程思政调研内容。

（2）学生在明确调研任务后，分组开展调研工作，并将调研成果以调研报告、访谈音视频的形式提交给教师审查。

（3）学生将教师审查通过后的调研成果进行修改完善，形成最终的课程思政案例，并制作成PPT。

（4）采用“学生讲课程思政”的方式进行专题分享、提问交流。要求学生提前10 min 到达课堂，对自己小组课程思政的调研成果进行形式多样的专题分享；其他组同学对感兴趣的内容进行提问和深度交流。

（5）教师对学生展示和提问交流的内容进行现场点评，补充介绍学生不太了解的背景材料和细节内容，进一步凝练、升华课程思政教学内容，优化教学效果。

以上课程思政建设路径中，无论是调研方案的设计、调研任务的实施、调研成果的整理、PPT的制作，还是课上分享以及相互提问、深入交流，学生均处于主体地位。当然，教师在确定与发布调研任务、指导学生明确调研任务、审定调研成果、凝练升华课程思政育人案例等各个关键节点，均发挥着主导作用。师生共同配合，实现了主体性和主导性的统一。

事实上，实践主讲教师还采用课前增设“一站到底：当代工程师职业素养”知识竞赛和“新时代大学生的责任担当”小型辩论赛，鼓励学生自编自演“专业教师典型事迹”情景剧等方式营造更为轻松、活跃的课程思政教学氛围。

2.3 一体化全方位思政育人效果评价

提出了一种“一体化全方位”的评价方法。一体化指对“三思维、八要素”所有思政元素均加以评价；全方位指从方案设计到动手实践的3 个环节（包括书面报告、展示答辩和实际操作）全部进行多元化评价（评价方式包括学生自评、学生互评、主讲教师打分与实验教师打分）。

设计的课程思政教学效果测评内容如表1 所示。

表1 课程思政教学效果测评内容及赋分要求

由于各思政元素在3 个不同环节体现的重要程度不同，因此，在每个环节只测评其相对重要的思政元素。如在书面报告环节重点关注学生的系统化思维、工程化思维和创新性思维；在展示答辩环节重点关注团队合作、家国情怀与使命担当等；在实际操作环节则重点关注勇于探索、知行统一、工匠精神等。结合表1中各思政元素的序号和以上分析，可以得到它们各自所处的评价环节和具体的评价方式，如图4 所示。

图4 课程思政元素所处的评价环节与评价方式

由图4 还可见，同一个思政元素可以有多种评价方式，但它们的权重有所不同，本团队为所有实践类课程推荐了4 种评价方式的权重，如表2 所示。

表2 4 种测评方式的推荐权重

由表2 可见，对不同思政元素，每种评价方式的权重有大有小，这主要是根据实际情况确定的。比如团队合作能力，主要采用学生互评方式，是因为只有团队成员才真正了解每个人的实际贡献，体会也最深刻（主讲／实验教师看到的往往只是表面现象），故其推荐权重为0.4～0.5；工匠精神主要由实验教师评价，原因是实验教师全程参与实操指导，对学生实验准备的充分性、仪器操作的精细性、实验数据的精准性、预期目标的达成性最了解，故其推荐权重为0.4～0.6；知行统一则主要由主讲教师评价，这是因为主讲教师不仅审阅学生的书面报告、参加展示答辩，充分了解了学生的“知”；还现场观摩学生的实际操作，进而全面评估了学生的“行”，因此，对学生的知行统一最有发言权，故其推荐权重为0.5～0.7；此外，所有思政元素都需要学生自评，但为了减少评价结果的主观性，故将其自评权重设置的较小，推荐值为0.1～0.3。

每个思政元素推荐权重之和的上下限设定为0.8和1.2，各门课程主讲教师根据表2 所示第i（i＝1～9）个思政元素第k（k＝1～4）种评价方式的推荐权重，基于图3 中各思政元素在第j（j＝1～3）个环节是否需要测评以及重要程度（由主讲教师自定），确定其在第j个环节的权重，但每个思政元素权重系数之和αi必须满足

基于上述评价方法，本团队又开发了自动化专业实践类课程思政育人效果评价系统，学生可以查询每门课程各思政元素的达成度以及当前阶段达成度累计值（用雷达图展示），同时该系统还能根据思政育人的薄弱环节为学生设计提升建议，如图5 所示。

图5 各思政育人元素评价结果及提升建议

3 自动化生产线实训课程思政建设情况

3.1 课程思政育人目标

在“三思维、八要素”实践类课程思政建设目标框架下，制定了本课程具体的思政育人目标：

（1）培养学生的系统化思维，将个人与集体相统一，培养他们的使命担当，激发他们的家国情怀。

（2）培养学生的工程化思维，强化工程伦理教育，训练团队合作意识，培养精益求精的工匠精神。

（3）培养学生的创新性思维，鼓励他们勇于探索、敢闯会创、坚持学思结合、知行统一。

3.2 案例库建设

采用师生共同参与的方式，挖掘本课程的思政案例。本着用身边人、身边事教育引导学生的理念，将案例聚焦为以下4 类人群：①老一辈教师（如我国带钢热连轧自动化领域奠基人孙一康教授、第一台国产工业机器人“冶钢一号”设计者余达太教授等）；②优秀校友（如万人计划领军人才、北京时代凌宇科技股份有限公司董事长黄孝斌研究员等）；③育人模范（如北京市师德先进个人穆志纯教授等）；④科研达人（如国家科技进步奖获得者童朝南教授等）。事迹则主要围绕以上先进典型在工程伦理、工匠精神、家国情怀、使命担当、学思结合、知行统一、勇于探索、团队合作方面的突出贡献，4 类人群对应案例分工情况如图6 所示。

图6 调研对象及思政案例聚焦要素

本课程形成了10 余个具有我校自动化专业和实践课程特色，聚焦冶金行业和服务国家重大需求的课程思政案例。部分涉及工程伦理的案例已编入《自动化生产线实训教程》（第2 版）教材。

本课程挖掘的部分具有冶金行业特色和服务国家重大需求的典型案例如表3 所示。

表3 “自动化生产线实训”课程挖掘的冶金行业特色和服务国家重大需求的部分典型案例

3 个典型课程思政案例：

（1）典型案例1（家国情怀）。在介绍我国热连轧机计算机控制系统发展历史时，引入孙一康教授打破国际垄断，自主开发武钢1 700 mm热连轧计算机控制系统，并将该系统推广到世界10 余个国家的事迹，展示了我国热连轧控制技术从跟跑到并跑、直至领跑的伟大飞跃，使学生增强了使命担当。同时，通过孙一康教授始终怀揣科技报国的信念，舍小家为大家、几十年如一日地投身于热连轧机控制系统研发工作的经历，激发学生的家国情怀。

（2）典型案例2（团结合作与工匠精神）。以“张力控制系统（含纸张张力控制实训和带钢热连轧液压活套系统智能控制虚拟仿真实验）”项目为例，热连轧生产工艺要求精轧机必须团结合作，并具有工匠精神。

热连轧工艺一般要求将200～300 mm 厚的钢板轧制到1～20 mm，一个机架根本无法完成轧制任务，因此，不仅需要多机架联合，而且要求各机架在速度上必须完美配合，否则，就会出现堆钢或拉钢现象（见图7）。据此可以向学生展示团结合作的必要性。

图7 七机架精轧机组示意图

同时，轧制工艺要求钢坯的厚度误差严格控制在20～30 μm 以内，这需要每个机架的出口厚度都必须不折不扣地达到设定的精度要求，因此，各机架都要各司其职、勇于担当，精益求精地完成自己的使命。据此，可以要求学生在日常学习实践中，常保大国工匠精神。

（3）典型案例3（“双碳目标”的使命担当）。以“公共建筑能源管控平台”项目为例，冰蓄冷空调系统就是利用蓄能设备在不需要冷量的时间内将水变成冰储存冷量，在需要的时间再将冰变成水释放冷量的一种新型温度调节装置，该装置充分利用了冰比热容是水比热容80 倍的优势，在占地面积相同的条件下，相对于传统水蓄冷空调系统可以储存更多冷量，实现了节能降耗，体现了“双碳目标”下的使命担当。

同时，借助于国家“削峰填谷”用电政策，在夜间电价低谷时制冰蓄冷，在白天用电高峰时释放冷量。具体的制冰数量和制冰时间则根据建筑规模大小、人员多少、开放时间、是否工作日等多个因素，采用群体智能算法进行优化。优化后既可以有效减少因发电功率与负荷之间供需不平衡导致的能源浪费，又可以为用户节约运行成本，体现了节能降耗的使命担当。

3.3 课程建设成果

依托以上课程思政建设内容，本课程取得了以下成果：

（1）2021 年，“自动化生产线实训”课程被评为北京市高校课程思政示范课程，授课教师和教学团队被认定为北京市课程思政教学名师和教学团队。

（2）2021 年，《工业自动化生产线实训教程》被评为北京高校优质本科教材。

（3）2021 年，“自动化生产线实训金课建设”获批教育部自动化类教指委教改项目。

（4）2021 年，“自动化生产线实训”获批校级课程思政示范课程建设立项。

（5）2020 年，课程负责人获评北京市高等学校教学名师。

4 实践类课程思政建设成效

4.1 育人目标达成度不断攀升

课程思政建设2 年来，实践类课程总体育人效果如图8 所示。在工程化思维、创新性思维、工程伦理素养、勇于探索4 个方面，学生的提升幅度较大，分别为：12.82%、16.43%、10.81%、12.68%，分析原因主要是这4 项一直是实践课程中关注不够的环节，通过本课程有针对性地引导和训练，育人效果比较明显。在系统化思维、工匠精神、家国情怀与使命担当、学思结合与知行统一、团队合作5 个方面，学生的提升幅度一般，分别为8.33%、9.88%、8.24%、8.43%、7.14%，主要原因在于这5 项一直都是实践类课程素质培养的重点方向，学生在这些方面的表现已经相对较好，因此提升空间相对较小。

图8 近2年课程思政育人效果提升示意图

4.2 专业建设成果喜人

近2 年，实践类课程思政的建设成果为自动化专业的高质量发展提供了坚实的保障。围绕课程思政建设，本专业获教育部第二批新工科研究与实践项目1项、教育部自动化类教指委教改项目2 项、北京市课程思政示范课程1 门、北京高校优质本科课程1 门、北京高校优质本科教材2 部；获评校级教学名师2 人、“我爱我师——我心目中最优秀的专业课教师”荣誉称号4 人；获批课程思政示范课程和研究型教学示范课程各3 门等。

5 结 语

针对我校自动化专业实践类课程，提出了一种全新的思政育人教学模式。明确了“三思维、八要素”的建设目标；提出了“教师主导、学生主体”的建设原则，并确定了相应的实现路径。提出了一体化全方位评价方法，并开发了自动化专业实践类课程思政育人效果评价系统。最后，以“自动化生产线实训”课程为例，给出了课程思政具体建设情况和成果。经过近2 年的探索与实践，学生的工程化思维、创新性思维等4 个方面提升明显；工匠精神、家国情怀与使命担当等5 个方面也均有不同程度的提高。