先进材料技术及应用教学思政要素融入设计与实践

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上明确强调了做好高校思想政治教育工作的重要性，要“把思想政治工作贯穿教育教学全过程”[1]。课程思政就是要构建全员、全程、全课程育人格局，把立德树人作为教育的根本任务，实现全程育人、全方位育人的一种综合教育理念。在教学过程中传授专业理论知识固然重要，但是仅具备专业知识显然难以与新时代对人才的要求相适应，无法贯彻落实立德树人根本任务，即未将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体，导致学员的“德”与“能”的教育过程分离。因此，亟待提升学生的思想政治水平[2]。一、“先进材料技术及应用”课程思政的理论依据材料是武器装备发展的物质基础和技术先导，一直备受世界各国的高度重视。先进材料技术的应用可显著提高武器装备的战技水平和全天候作战能力，是武器装备推陈出新、升级迭代的基础，也是当今世界国防工业发展的关键[3]。为提升各专业研究生对先进材料技术的理解与认识，开展先进材料技术的创新研究与应用，本校在新版研究生人才培养方案中设置了“先进材料技术及应用”课程。该课程以材料学基本理论为基础，突出先进材料技术前沿发展和应用需求，拓展新材料设计开发思路，注重综合利用材料设计、制备和分析等技术解决先进材料的工程实际应用问题。课程内容紧贴前沿材料发展与装备应用需求，旨在让学员通过课程学习，掌握先进材料结构、性能和应用之间的关系，拓展新材料设计开发与工程实际应用思路，构建材料知识体系，提升科研学术能力。该课程呈现如下三点特征。一是学科交叉性强。该课程是一门综合性课程，研究内容涉及机械、物理、材料、化学等相关学科体系，以及材料力、热、光、电、磁等性能分析与评价。二是内容理论性强。课程学习所需基础知识面宽，内容抽象复杂，涉及晶体结构、结构缺陷、相图相变、能带能级、复合理论、固溶强化、吸波原理等诸多理论与知识点。三是实践结合性强。课程内容与装备应用紧密结合，涉及材料高强度、轻量化、复合化、智能化发展趋势，以及装备在复杂自然环境和对抗场景下的高温隔热、腐蚀防护、烧蚀防护以及隐身防护等应用。本课程所面向的研究生包括现役和地方军民融合研究生学员，涉及兵器科学与技术、核科学与技术、航空宇航科学与技术、兵器工程等专业。学员的课程基础扎实，具备材料、物理、机械、化学、兵器等学科专业背景知识，并对常见先进功能材料有所了解；但学员对武器装备发展和材料技术应用的认识具有局限性，这一点在军民融合研究生学员中体现得尤为显著，该类学员对理论性、技术性强的专题学习的兴趣不浓厚。此外，本课程作为本校研究生的一门材料学相关课程，一方面，相比于本科教育过程，其课程思政要素与契合点更加注重专业知识的理论深度与应用、课堂知识与课题研究、专业发展方向的贴合、自我学习能力培养、科学问题凝练与总结能力以及学科创新意识塑造。另一方面，与地方院校的研究生材料课程培养目标相比，本课程更注重与工程装备相结合，应用特色更加明显，对学员思想政治素养的要求也更为严格，除了高等教育要求中所倡导的科学探索、大国工匠等精神之外，还需要结合岗位特点，突出责任担当、家国情怀、团队意识、使命意识和备战打仗意识。综上，通过对“先进材料技术及应用”课程教学内容、培养目标、学员学情、课程思政特点等多方面的分析，如何在工科专业课程的理论知识教学中融入思想政治教育内容，以培养德才兼备的国防军工领域需求的人才，是实现本课程思政教育的核心问题；如何设计挖掘该专业课程的思政要素，如何在讲授专业理论知识时能自然融入思政内容，是目前本课程思政教学过程中亟待解决的问题。二、“先进材料技术及应用”课程内容与思政要素结合点挖掘挖掘专业课蕴含的德育资源并进行有效渗透，建设特色鲜明的课程思政案例库，能够提高院校思想政治教育的实效性。本校创新团队教师围绕军用先进材料专业课程，为落实军校研究生教育“立德树人、为战育人”的目标，立足于学科的学术内涵和传承脉络，深度挖掘专业课程与思想政治理论课的结合点，充分发掘德育资源，大力建设课程思政案例库。结合课程内容特点，深入挖掘思政载体，围绕个人、科学、国家、精神四个层面的思政培养要求，将科学思维方法、工程伦理素养、大国工匠精神、科技强军担当等价值观充分融入教学内容，渗透教学全过程，形成了适用于材料类课程的思政体系，如图1所示。从多维度反映社会主义核心价值观、工匠精神和人文情怀等思政元素。实时更新案例库，结合最新的时政资源、热门话题，激发学员的情感共鸣与创新研究的兴趣和热情。个人层面科学层面国家层面精神层面课程章节教学内容思政案例思政内核先进材料发展概述人类文明进步与材料发展我国在新型材料领域的突破科学精神材料表征分析机理透过现象看本质方法论晶体结构与晶胞以小见大、细节决定成败先进金属材料晶体缺陷与性能《亮剑》中李云龙的性格特点强度和塑性不可兼得的特点关上一扇门，留有一扇窗辩证思维陶瓷材料的发展我国悠久的陶瓷发展历史价值塑造先进陶瓷材料陶瓷材料的脆性短板郑强教授的非对称优势思想文化自信界面设计结合力适中原则中庸之道、过犹不及先进复合材料材料复合中的1+1gt;2效应团队协作、优势互补哲学思想3D打印材料增材制造工艺过程原理九层之台，起于累土工匠精神3D打印材料的军事应用卢秉恒院士增材制造团队学以致用仿生材料设计原理师法自然，格物致知先进智能材料智能弹性体材料应用我国低成本“P4U”弹性体材料爱国精神表面工程防护材料机理一寸山河一寸血边防战士表面防护材料制度自信我国各军种先进武器装备介绍经济体支撑，改革开放的意义（一）深挖哲学思想，引导学员从哲学角度理解材料学科问题材料学科中蕴含的哲学思想丰富多样，辩证唯物主义认为世界在本质上是物质的，世界的真正的统一性在于它的物质性。材料学科作为研究物质成分、结构、性能及其相互关系的学科，正是对物质世界的一种深入探索，体现了世界的物质统一性。例如，以“九层之台，起于累土”思想理解3D打印材料成型技术机理。3D打印作为快速成型制造技术的一种，又称增材制造，它以数字模型文件为基础，运用粉体打印材料，通过逐层打印的方式来构造物体。无论所打印物体构型多么复杂，只要将它解分成一个个二维平面进行逐层打印，层层叠加之后就可实现整体复杂构型需要。这体现了“积少成多”和“不积跬步无以至千里”的哲理思想。再如，纳米技术通过精确控制原子和分子的排列组合，实现了材料性能的显著提升，这体现了唯物辩证法中关于从量变到质变的飞跃的观点。当原子或分子间的距离被压缩到一定程度时，材料的性质会发生质的飞跃，产生全新的、超常规的特性，这也是量变引起质变飞跃的生动体现。（二）巧用辩证思维，引导学员从本质上领悟材料学科问题在材料科学中，材料的性能随着其成分、结构的变化而变化，这体现了质量互变规律。材料学科中存在着许多对立统一的关系，如成分与组织结构的对立统一、性能与用途的对立统一等。这些对立统一关系贯穿材料学科研究的始终，体现了对立统一思想。例如，在材料的凝固过程中，形核理论至关重要。该理论的基本预设是在原来的液相中产生具有固相结构的小核心，且它们随机出现、时聚时散，一旦过冷度足够大，这些小核心就能长大直至完全凝固。从辩证法的角度看，凝固形核现象是旧事物中存在新事物的范例，体现了事物发展的复杂性和多样性。再如，以材料微观晶体结构可反映材料宏观性能为切人点，辅以“见微知著”“管中窥豹”成语，说明以小见大、细节决定成败、细微处见真章的道理，使学员理解“材料性能是其微观结构的宏观体现”的材料学思想。因为从材料学角度出发，晶胞是晶体结构的最小重复单元，其意义在于：研究晶体的结构时，只须分析它的具有代表性的晶胞就可以了，无须设计大量的原子对象。当材料设计、制备，再到成型实现工程应用的时候，常常需要在材料性能与成本之间进行权衡。一方面，追求高性能的材料往往意味着更高的成本；另一方面，降低成本又可能牺牲部分性能，这种对立统一关系促使材料科学家不断寻找性能与成本的最佳平衡点。此外，许多新型材料在带来便利的同时，可能会对环境造成污染。例如，一些塑料高分子材料在难以降解的情况下会对环境造成长期影响。因此，在材料应用过程中需要考虑其对环境的影响，并努力开发环保型材料，以实现可持续发展。（三）弘扬科学事迹，激发学员对材料学的科研热情与使命担当责任感例如，通过材料发展史的脉络讲解，引出我国在先进材料制造方面存在的35项“卡脖子”关键技术。进而通过强调当前我国在这35项新材料技术方面已经实现了60%的技术攻克，引发学员思考，新材料产业是制造强国的基础，是高新技术产业发展的基石和先导，我国的基础科学研究任重而道远，从而激发学员对研究的热情与科学担当精神。再如，高温超导材料的发现是现代材料科学的一大突破，这种材料在接近绝对零度的条件下能够展现出超导性，即电阻为零且完全抗磁性。高温超导材料在电力输送、磁悬浮列车、核磁共振成像等领域有着广泛的应用前景。例如，利用高温超导材料制成的电缆可以极大地减少电能损耗，提高能源利用效率，这一材料技术的突破正是我国科学家夜以继日科研攻关的结果。（四）延伸材料学背后故事，增强学员的文化自信例如，通过展示我国传统陶瓷材料的悠久发展历史和现代先进陶瓷制造技术取得的突破，增强学员的民族自豪感，坚定其献身强国强军伟业的决心和意志；通过介绍复合材料的重要性以及我国半坡遗址中的“草黏土”复合材料雏形，使学员认识到我国建设制造强国、推动制造业高质量发展，必须夯实新材料产业这一重要研究基础；以四次工业革命的发展与材料技术迭代的相承关系为切入点，说明材料经由石器时代、铜器时代、铁器时代、钢铁时代、合成材料时代，发展到当前的复合材料、新型材料时代的发展规律。“认识先进材料的发展现状，培养材料研究创新思想”，通过我国材料基础科学领域的研究，使学员理解搞科研要面向国家重大战略需求，以及“学以致用，为社会服务”的理念。以我国在3D打印领域的科学家对于国家重大战略需求的应用研究与产品应用实例，激发学员对科学研究的热情，培养其学以致用的社会担当。（五）深化材料科学思想，培养学员科学的价值观与方法论例如，在先进材料表征课程内容中，通过对材料研究中由宏观到微观、层层递进、逐步剖析、追根溯源过程的辩证法进行讨论，使学员领会要透过现象看本质，由此把握住事物的根本和关键的道理，并有意识地培养学员追根溯源的探索精神。通过对X射线光电子能谱的讲解，将其分别与电子能量损失谱和俄歇电子能谱进行对比，呈现各类方法的优势所在和应用场景的侧重，使学员学会辩证分析地看待事物的优点和缺点，扬长避短，理性选择，避免“拿来主义”，实现对前人的超越。再如，在讲解先进智能材料中，通过介绍动物的体色与环境色泽相似，或没有抵抗敌害能力的动物长得像有本领的动物而以假乱真，可躲避天敌或成功捕食，引出生物界普遍存在的拟态的概念，进一步结合该思想在军用材料方面的设计理念，引发学员对“师法自然”和“格物致知”的理念的思考。通过装备失效模式和功能需求的引入，启发学生思考：怎样对装备进行表面防护？表面防护手段有哪些？引起学员对防护涂层材料在我国国防军工和航空航天应用中重要性和必要性的重视，引出本次授课内容。由表面工程在材料防护中的重要性，引导学员认识“内外兼修”在提升自我方面的重要性，并延伸讲解，引出我国边防战士作为国家领土的“表面防护材料”，在捍卫国家领土与主权中所展示的“一寸山河一寸血”的爱国奉献精神。三、“先进材料技