[出处] 教育教学论坛_2022年第27期

金晓冬 王亚丽 崔素萍

[关键词] 材料创新设计方法;思想政治教育;探索与实践

[基金项目] 2020年度新工科研究与实践项目“材料专业绿色化信息化改造升级的探索与实践”（E-CL20201901）;2019年度北京高等教育本科教学改革创新项目“跨专业大类招生的材料本科人才培养研究”（201910005002）

[作者简介] 金晓冬（1990—），男，北京人，工学博士，北京工业大学材料与制造学部助理研究员，硕士生导师，主要从事有机-无机复合材料研究;王亚丽（1978—），女，河北邢台人，工学博士，北京工业大学材料与制造学部教授（通信作者），博士生导师，主要从事水泥熟料化学和水化化学及水泥基材料的结构与性能研究;崔素萍（1964—），女，山西榆次人，工学博士，北京工业大学材料与制造学部教授，博士生导师，主要从事水泥及水泥基材料研究。

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）27-0113-04 [收稿日期] 2021-12-03

引言

党的十九大报告指出，创新是引领发展的第一动力，是建设现代化经济体系的战略支撑。因此，加强创新教育，是深化教育改革、全面推进素质教育的重要支撑，也是高等教育的重要使命[1]。笔者所在院校材料与制造学部通过设立“材料创新设计方法”，打破学生固有的思维定式，扩展学生的创新思维能力，培养学生消除材料在开发及使用方面的技术障碍，解决材料设计、研发、制造、安全性、可靠性和环境影响等方面的相关问题。在课堂讲授时循序渐进融入思想政治教育元素，激发学生认知、情感和行为的认同，通过学习问题发现与解决的全过程，引导学生树立科学的世界观，激发学生的求知热情、探索精神、创新欲望，以及敢于向旧观念挑战的精神。引导学生了解国家对材料研发和技术进步的需求，培养学生的家国情怀，使其树立文化自信，实现知识传授和价值引领相统一、教书与育人相统一。

一、课程简介

“材料创新设计方法”课程将创新方法与材料科学与工程的背景相结合，形成具有强烈学科特色的创新方法课程。课程综合运用先修课程的基础知识，以TRIZ（发明问题解决理论）为基础，将工程实际问题转变为TRIZ标准问题（种类包括：技术矛盾、物理矛盾、物-场模型等），再利用TRIZ工具（如矛盾矩阵表、分离原理、标准解法等），将标准问题转变为TRIZ通用解（如发明创新原理等），从而得到最终的解决方案，即在系统问题与解法之间搭建TRIZ桥梁（如图1中所示）[2]，引导学生摸清创新思维的规律与方法，打破学生固有的思维定式，扩展学生的创新思维，解决材料生产和使用中遇到的实际问题。因此，本课程在授课形式上更加丰富，在授课内容上更加灵活，可将教师的科研成果有机融入课堂中，在关键内容“物理矛盾”“物场模型”“发明原理”等幾个部分，采用实际问题作为真实案例，在系统阐述原理基础知识的同时，加快学生对于基本概念的理解及理论知识的运用，切实提高大学生的创新能力，实现传道授业与立德树人双管齐下。

二、思政映射与融入

物理矛盾及物-场模型是“材料创新设计方法”的关键授课内容之一。物理矛盾本质就是找到技术系统中产生矛盾的关键要素，采用分离原理得到最终的解决方案。物-场模型是一种使用符号表达技术系统变换的建模技术，以解决问题中的各种矛盾为中心，通过建立一种模型来描述系统内的问题，旨在用符号语言清楚地描述系统/子系统构成要素及构成要素之间的相互关系。物-场模型为揭示造成当前困境的相互作用提供了重要的支持作用，从而为当前困境的解决指引了思路，提供了理论依据。教师在授课时，除了基础概念的讲解，更应该注重培养学生运用相关知识分析实际问题的能力，从而加深学生对于抽象概念的理解与应用。同时，授课教师科研实例的引入为本课程思想政治教育提供了丰富的素材，以教师的具体科研项目为抓手，适当简化融入课堂后，可让学生最大限度地接近真实课题，通过“授课—讨论—汇报—总结”等一系列师生互动活动，切实提高学生的创新思维及与生产实际相联系的能力。在锻炼学生灵活运用TRIZ工具的同时，适时穿插思想政治教育，真正做到润物细无声。“材料创新设计方法”课程的思政映入探索及部分思政元素融入方式总结于表1中。

三、思想政治教育实践

（一）案例一：建筑的节能“外衣”

1.案例主题：外墙外保温与工匠精神。

2.育人目标及理念：通过本章节的讲解，让学生了解建筑节能对于我国的重要意义，引导学生建立“干一行，爱一行”的职业素养，通过工程实例培养学生的工匠精神。

3.案例内容：物理矛盾的核心内容是技术系统对某个参数提出了相反的要求[3]。外墙外保温系统涉及多要素之间的协同匹配，内含多个矛盾冲突点，适宜采用物理矛盾分析方法进行解析。目前，外墙外保温系统是我国建筑节能的主要形式之一。其中，又以薄抹灰外墙外保温系统为主，其系统构造如图2中所示。保温板（包括有机类保温板与无机类保温板）通过粘结砂浆和机械锚固等作用方式固定上墙。薄抹灰外墙外保温系统的应用与发展为我国的低碳、可持续事业做出了重要贡献[4]。本案例首先回顾建筑物过往能耗数据，引发学生的学习兴趣及对于建筑保温的学习热情。随后，以北京市为例，介绍北京市居住建筑采暖节能贡献历程，重点讲授在国内建筑节能领域一片空白之际，老一辈科学家心系祖国、心系人民、艰苦奋斗、勇攀高峰的优秀品质，激发学生“干一行，爱一行”的职业素养与爱国情怀。最后，以北京市外墙外保温示范工程为例，详细讲解薄抹灰外墙外保温系统构造及外墙外保温工程的施工步骤，精雕细琢、粗中有细，着力培养学生的工匠精神。在教学方法和手段方面，案例采用图、文、视频等综合教学展示手段，并通过激励措施鼓励课堂与课后师生之间的互动交流，条件允许的情况下集中组织赴保温企业参观学习，或将企业专家、领导乃至我国建筑节能领域权威专家请入课堂，与学生互动，通过专题调研的方式让学生对我国建筑节能事业发展与进步有信心、有热情，并且愿意为之奋斗、奉献与努力。

4.案例特色：（1）案例的实施助力“双碳”目标。借助本案例，不仅使学生充分了解我国当下战略方针，更可以将其与所学知识相结合，通过创新的思维方法，为我国“双碳”目标的达成、为建筑节能的进一步实施出谋划策，从而激发学生学习的使命感与责任感。（2）案例针对工程问题，培养创新能力。案例不仅介绍了保温工程的发展历程，更是强调了当前保温形式所面临的实际问题。通过小组讨论的形式，结合所学的材料创新方法知识，引导学生对上述问题提出解决方案，并将设计方法和思路在本课程的实践环节——“材料创新设计实践”课程中进行充分的试验验证，不断发现方案的问题，再应用创新理论提出改进的措施，形成理论—实践—理论的完整闭环。

5.学生反馈：保温材料脱落事故屡见于新闻报道，本案例将当前热点新闻与所学知识点相融合，丰富了课堂内容，拉近了学生与老师之间的距离，极大底激发了学生的兴趣与学习热情，鼓舞了学生学习的使命感与责任感，反响良好。

（二）案例二：高寒高海拔地区混凝土施工质量控制

1.案例主题：高寒高海拔地区混凝土质量控制与责任担当。

2.育人目标及理念：物-场模型就是要聚焦技术系统的关键矛盾，并通过标准解法寻找可行方案。在授课过程中，本案例的引入可让学生了解高寒高海拔地区混凝土质量控制的关键元素，掌握物-场模型的建立方法，明确国家援藏的重要意义，引导学生树立为了国家需求不怕困难、勇于担当、迎难而上的大局意识。

3.案例内容：物-场模型是明确技术系统要素间不同作用方式的有力工具之一。本案例是建立在学生对于物-场模型基本概念有了一定的了解之后，通过青藏铁路的建设及北京市对口支援拉萨工程的实际案例，讲授在极端环境中（如高寒高海拔地区），混凝土建设（包括原材料的选取、运输、配方的设计、施工人员的培训、具体施工方案、养护方案及后期维护等）所面临的具体困难[5]，训练学生在面对诸多不利因素（如气候条件、交通不便、原材料匮乏等）时，应用课程所学知识，迅速找到系统的关键矛盾，建立相应的物-场模型，并提出初步解决方法的能力。同时，使学生明确西藏地区战略定位及援藏建设的重要意义，牢固树立正确的世界观、人生观和价值观。激发学生为了国家需求，不惧困难、敢于挑战、勇于担当的使命感与责任感。

4.案例特色：（1）案例聚焦于共同责任担当。在中国共产党的正确领导下，正是靠着老一辈科学家在面对种种困难时的责任与担当，才能砥砺前行，克服万难，实现了我国的高速发展，创造了中国奇迹。这种“责任担当”精神是他们留给年轻一代宝贵的精神财富。本案例将知识点（物-场模型的基本概念与建立方法）与实际课题有机融合，在讲授专业知识的同时，激发学生的学习兴趣。在大学生品德塑造的关键阶段，引导学生牢固树立服务于国家重大发展需求的责任与担当。（2）案例针对具体工程问题，拉近老师与学生之间的距离。本案例以实际需求为牵引，锻炼学生在面对真实、复杂的技术系统时，快速定位，抓住系统主要矛盾并建立模型的能力。同时，由于以实际科研需求为例，加快了学生对于抽象概念及知识点的消化吸收进程，激励了学生与老师讨论的欲望，拉近了课堂上师生之间的距离，保证了课堂氛围。

5.学生反馈：西藏地区由于其独特的自然风貌及人文景观，是学生理想的旅游观光地点。本案例结合具体课题，聚焦西藏地区混凝土施工所面临的问题，极大地吸引了学生学习的兴趣，活跃了课堂氛围，使学生在掌握本章重要知识点的同时，增强了对“责任担当”理念的认知，激发了学生学习的使命感与责任感，反响良好。

（三）教学反思

通过观察授课过程中学生的抬头率和听课率不难看出，思想政治案例的引入为课堂注入了更加丰富的元素，通过将科研课题与课堂内容相结合，以具体的实例讲授抽象的概念，开阔了学生的视野，激发了学生的学习兴趣，锻炼了学生快速定位系统关键矛盾的能力。在课后的教学反思中，课程内容可以更加多元化。比如，在案例一的讲授中，可以适时穿插外墙外保温工程的施工宣传片，让学生更加直观地了解具体的施工工艺。在案例二的讲授中，可以适时展示美丽西藏的短片，以及川藏公路修建时的视频纪录片，以此展示老一辈专家那种担当精神。

结语

“材料创新设计方法”独特的授课内容和授课方式，使得其在思想政治案例的融入过程中具有先天的优势。通过现有思想政治案例的融入与讲解，激发了学生学习的使命感与责任感，极大地发掘了学生自主学习的积极性，达到了教学目的。引导学生在获得专业知识的同时，进一步了解国家对材料研发和技术进步的需求，在课堂教学中渗透家国情怀教育，引导学生坚定道路自信、理论自信、制度自信和文化自信。