“材料創新設計方法”思想政治教學案例實踐與探索

金曉冬 王亞麗 崔素萍

[摘 要] “材料創新設計方法”是材料類專業的學科基礎必修課，目的是使學生改變思考問題的模式，打破學生固有的思維定式，擴展學生的創新思維，培養學生消除材料在開發及使用方面的技術障礙，解決材料設計、研發、制造、安全性、可靠性和環境影響等方面的相關問題。案例結合課程教學目標與授課內容，以“外墻外保溫與工匠精神”“高寒高海拔地區混凝土質量控制與責任擔當”兩個思想政治案例為例，闡述“材料創新設計方法”課程思政教育的實踐與探索。

[關鍵詞] 材料創新設計方法;思想政治教育;探索與實踐

[基金項目] 2020年度新工科研究與實踐項目“材料專業綠色化信息化改造升級的探索與實踐”（E-CL20201901）;2019年度北京高等教育本科教學改革創新項目“跨專業大類招生的材料本科人才培養研究”（201910005002）

[作者簡介] 金曉冬（1990—），男，北京人，工學博士，北京工業大學材料與制造學部助理研究員，碩士生導師，主要從事有機-無機復合材料研究;王亞麗（1978—），女，河北邢臺人，工學博士，北京工業大學材料與制造學部教授（通信作者），博士生導師，主要從事水泥熟料化學和水化化學及水泥基材料的結構與性能研究;崔素萍（1964—），女，山西榆次人，工學博士，北京工業大學材料與制造學部教授，博士生導師，主要從事水泥及水泥基材料研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）27-0113-04 [收稿日期] 2021-12-03

引言

黨的十九大報告指出，創新是引領發展的第一動力，是建設現代化經濟體系的戰略支撐。因此，加強創新教育，是深化教育改革、全面推進素質教育的重要支撐，也是高等教育的重要使命[1]。筆者所在院校材料與制造學部通過設立“材料創新設計方法”，打破學生固有的思維定式，擴展學生的創新思維能力，培養學生消除材料在開發及使用方面的技術障礙，解決材料設計、研發、制造、安全性、可靠性和環境影響等方面的相關問題。在課堂講授時循序漸進融入思想政治教育元素，激發學生認知、情感和行為的認同，通過學習問題發現與解決的全過程，引導學生樹立科學的世界觀，激發學生的求知熱情、探索精神、創新欲望，以及敢于向舊觀念挑戰的精神。引導學生了解國家對材料研發和技術進步的需求，培養學生的家國情懷，使其樹立文化自信，實現知識傳授和價值引領相統一、教書與育人相統一。

一、課程簡介

“材料創新設計方法”課程將創新方法與材料科學與工程的背景相結合，形成具有強烈學科特色的創新方法課程。課程綜合運用先修課程的基礎知識，以TRIZ（發明問題解決理論）為基礎，將工程實際問題轉變為TRIZ標準問題（種類包括：技術矛盾、物理矛盾、物-場模型等），再利用TRIZ工具（如矛盾矩陣表、分離原理、標準解法等），將標準問題轉變為TRIZ通用解（如發明創新原理等），從而得到最終的解決方案，即在系統問題與解法之間搭建TRIZ橋梁（如圖1中所示）[2]，引導學生摸清創新思維的規律與方法，打破學生固有的思維定式，擴展學生的創新思維，解決材料生產和使用中遇到的實際問題。因此，本課程在授課形式上更加豐富，在授課內容上更加靈活，可將教師的科研成果有機融入課堂中，在關鍵內容“物理矛盾”“物場模型”“發明原理”等幾個部分，采用實際問題作為真實案例，在系統闡述原理基礎知識的同時，加快學生對于基本概念的理解及理論知識的運用，切實提高大學生的創新能力，實現傳道授業與立德樹人雙管齊下。

二、思政映射與融入

物理矛盾及物-場模型是“材料創新設計方法”的關鍵授課內容之一。物理矛盾本質就是找到技術系統中產生矛盾的關鍵要素，采用分離原理得到最終的解決方案。物-場模型是一種使用符號表達技術系統變換的建模技術，以解決問題中的各種矛盾為中心，通過建立一種模型來描述系統內的問題，旨在用符號語言清楚地描述系統/子系統構成要素及構成要素之間的相互關系。物-場模型為揭示造成當前困境的相互作用提供了重要的支持作用，從而為當前困境的解決指引了思路，提供了理論依據。教師在授課時，除了基礎概念的講解，更應該注重培養學生運用相關知識分析實際問題的能力，從而加深學生對于抽象概念的理解與應用。同時，授課教師科研實例的引入為本課程思想政治教育提供了豐富的素材，以教師的具體科研項目為抓手，適當簡化融入課堂后，可讓學生最大限度地接近真實課題，通過“授課—討論—匯報—總結”等一系列師生互動活動，切實提高學生的創新思維及與生產實際相聯系的能力。在鍛煉學生靈活運用TRIZ工具的同時，適時穿插思想政治教育，真正做到潤物細無聲?！安牧蟿撔略O計方法”課程的思政映入探索及部分思政元素融入方式總結于表1中。

三、思想政治教育實踐

（一）案例一：建筑的節能“外衣”

1.案例主題：外墻外保溫與工匠精神。

2.育人目標及理念：通過本章節的講解，讓學生了解建筑節能對于我國的重要意義，引導學生建立“干一行，愛一行”的職業素養，通過工程實例培養學生的工匠精神。

3.案例內容：物理矛盾的核心內容是技術系統對某個參數提出了相反的要求[3]。外墻外保溫系統涉及多要素之間的協同匹配，內含多個矛盾沖突點，適宜采用物理矛盾分析方法進行解析。目前，外墻外保溫系統是我國建筑節能的主要形式之一。其中，又以薄抹灰外墻外保溫系統為主，其系統構造如圖2中所示。保溫板（包括有機類保溫板與無機類保溫板）通過粘結砂漿和機械錨固等作用方式固定上墻。薄抹灰外墻外保溫系統的應用與發展為我國的低碳、可持續事業做出了重要貢獻[4]。本案例首先回顧建筑物過往能耗數據，引發學生的學習興趣及對于建筑保溫的學習熱情。隨后，以北京市為例，介紹北京市居住建筑采暖節能貢獻歷程，重點講授在國內建筑節能領域一片空白之際，老一輩科學家心系祖國、心系人民、艱苦奮斗、勇攀高峰的優秀品質，激發學生“干一行，愛一行”的職業素養與愛國情懷。最后，以北京市外墻外保溫示范工程為例，詳細講解薄抹灰外墻外保溫系統構造及外墻外保溫工程的施工步驟，精雕細琢、粗中有細，著力培養學生的工匠精神。在教學方法和手段方面，案例采用圖、文、視頻等綜合教學展示手段，并通過激勵措施鼓勵課堂與課后師生之間的互動交流，條件允許的情況下集中組織赴保溫企業參觀學習，或將企業專家、領導乃至我國建筑節能領域權威專家請入課堂，與學生互動，通過專題調研的方式讓學生對我國建筑節能事業發展與進步有信心、有熱情，并且愿意為之奮斗、奉獻與努力。

4.案例特色：（1）案例的實施助力“雙碳”目標。借助本案例，不僅使學生充分了解我國當下戰略方針，更可以將其與所學知識相結合，通過創新的思維方法，為我國“雙碳”目標的達成、為建筑節能的進一步實施出謀劃策，從而激發學生學習的使命感與責任感。（2）案例針對工程問題，培養創新能力。案例不僅介紹了保溫工程的發展歷程，更是強調了當前保溫形式所面臨的實際問題。通過小組討論的形式，結合所學的材料創新方法知識，引導學生對上述問題提出解決方案，并將設計方法和思路在本課程的實踐環節——“材料創新設計實踐”課程中進行充分的試驗驗證，不斷發現方案的問題，再應用創新理論提出改進的措施，形成理論—實踐—理論的完整閉環。

5.學生反饋：保溫材料脫落事故屢見于新聞報道，本案例將當前熱點新聞與所學知識點相融合，豐富了課堂內容，拉近了學生與老師之間的距離，極大底激發了學生的興趣與學習熱情，鼓舞了學生學習的使命感與責任感，反響良好。

（二）案例二：高寒高海拔地區混凝土施工質量控制

1.案例主題：高寒高海拔地區混凝土質量控制與責任擔當。

2.育人目標及理念：物-場模型就是要聚焦技術系統的關鍵矛盾，并通過標準解法尋找可行方案。在授課過程中，本案例的引入可讓學生了解高寒高海拔地區混凝土質量控制的關鍵元素，掌握物-場模型的建立方法，明確國家援藏的重要意義，引導學生樹立為了國家需求不怕困難、勇于擔當、迎難而上的大局意識。

3.案例內容：物-場模型是明確技術系統要素間不同作用方式的有力工具之一。本案例是建立在學生對于物-場模型基本概念有了一定的了解之后，通過青藏鐵路的建設及北京市對口支援拉薩工程的實際案例，講授在極端環境中（如高寒高海拔地區），混凝土建設（包括原材料的選取、運輸、配方的設計、施工人員的培訓、具體施工方案、養護方案及后期維護等）所面臨的具體困難[5]，訓練學生在面對諸多不利因素（如氣候條件、交通不便、原材料匱乏等）時，應用課程所學知識，迅速找到系統的關鍵矛盾，建立相應的物-場模型，并提出初步解決方法的能力。同時，使學生明確西藏地區戰略定位及援藏建設的重要意義，牢固樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。激發學生為了國家需求，不懼困難、敢于挑戰、勇于擔當的使命感與責任感。

4.案例特色：（1）案例聚焦于共同責任擔當。在中國共產黨的正確領導下，正是靠著老一輩科學家在面對種種困難時的責任與擔當，才能砥礪前行，克服萬難，實現了我國的高速發展，創造了中國奇跡。這種“責任擔當”精神是他們留給年輕一代寶貴的精神財富。本案例將知識點（物-場模型的基本概念與建立方法）與實際課題有機融合，在講授專業知識的同時，激發學生的學習興趣。在大學生品德塑造的關鍵階段，引導學生牢固樹立服務于國家重大發展需求的責任與擔當。（2）案例針對具體工程問題，拉近老師與學生之間的距離。本案例以實際需求為牽引，鍛煉學生在面對真實、復雜的技術系統時，快速定位，抓住系統主要矛盾并建立模型的能力。同時，由于以實際科研需求為例，加快了學生對于抽象概念及知識點的消化吸收進程，激勵了學生與老師討論的欲望，拉近了課堂上師生之間的距離，保證了課堂氛圍。

5.學生反饋：西藏地區由于其獨特的自然風貌及人文景觀，是學生理想的旅游觀光地點。本案例結合具體課題，聚焦西藏地區混凝土施工所面臨的問題，極大地吸引了學生學習的興趣，活躍了課堂氛圍，使學生在掌握本章重要知識點的同時，增強了對“責任擔當”理念的認知，激發了學生學習的使命感與責任感，反響良好。

（三）教學反思

通過觀察授課過程中學生的抬頭率和聽課率不難看出，思想政治案例的引入為課堂注入了更加豐富的元素，通過將科研課題與課堂內容相結合，以具體的實例講授抽象的概念，開闊了學生的視野，激發了學生的學習興趣，鍛煉了學生快速定位系統關鍵矛盾的能力。在課后的教學反思中，課程內容可以更加多元化。比如，在案例一的講授中，可以適時穿插外墻外保溫工程的施工宣傳片，讓學生更加直觀地了解具體的施工工藝。在案例二的講授中，可以適時展示美麗西藏的短片，以及川藏公路修建時的視頻紀錄片，以此展示老一輩專家那種擔當精神。

結語

“材料創新設計方法”獨特的授課內容和授課方式，使得其在思想政治案例的融入過程中具有先天的優勢。通過現有思想政治案例的融入與講解，激發了學生學習的使命感與責任感，極大地發掘了學生自主學習的積極性，達到了教學目的。引導學生在獲得專業知識的同時，進一步了解國家對材料研發和技術進步的需求，在課堂教學中滲透家國情懷教育，引導學生堅定道路自信、理論自信、制度自信和文化自信。

參考文獻

[1]曹利華，明恒強，陳國鵬，等.基于TRIZ理論的創新方法教學：以家庭污水處理循環再利用系統研究為例[J].創新創業理論研究與實踐，2021，4（14）：160-162+168.

[2]張鵬躍，劉爽爽，黃文靜，等.基于TRIZ理論的“三維機械設計”課程教學改革[J].南方農機，2021，52（12）：149-151.

[3]李源浩.一種成熟先進的創新方法：TRIZ[J].信息系統工程，2021（7）：137-140.

[4]柳海霞.建筑工程外墻外保溫節能技術分析[J].建材與裝飾，2019（18）：12-13.

[5]段蓉.淺談西藏混凝土的施工溫度與裂縫防治措施[J].內江科技，2015，36（10）：46-47.

The Practice and Exploration of Teaching Cases of Ideological and Political Education in the Course of Material Innovation Design Method

JIN Xiao-dong， WANG Ya-li， CUI Su-ping

（Faculty of Materials and Manufacturing， Beijing University of Technology， Beijing 100124， China）

Abstract： “Material Innovation Design Method” is the basic compulsory course for the students who major in Materials Science and Engineering. The purpose of this course is to enable students to change the mode of thinking， break their inherent thinking mode， expand their innovative thinking ability， cultivate students to eliminate technical obstacles in the development and use of materials， and solve relevant problems in material design， research & development， manufacturing， safety， reliability and environmental impact. Combined with the teaching objectives and teaching contents of the course， and taking two ideological and political cases of “external wall external insulation and craftsman spirit” and “concrete quality control and patriotism education in cold and high altitude areas” as examples， we can expound the practice and exploration of ideological and political education in the course of “Material Innovation Design Method”.

Key words： Material Innovation Design Method; ideological and political education; exploration and practice