李建波 陸 恒 陳先華 宋江鳳 冉春華

（重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 重慶 400044）

0 引言

隨著中國經(jīng)濟(jì)、社會的快速發(fā)展，我國的教育事業(yè)得到了長足的發(fā)展。而作為我國高等教育人才培養(yǎng)的最高層次和社會主義現(xiàn)代化建設(shè)中高層次人才培養(yǎng)的重要組成部分——研究生教育，一方面隨著招生規(guī)模的日益擴(kuò)大，另一方面隨著網(wǎng)絡(luò)上各種各樣信息“狂轟濫炸”的影響，其在關(guān)于研究生培養(yǎng)上存在的諸多問題也日漸突顯。比如：因入學(xué)后個人目標(biāo)不明確、缺乏對未來規(guī)劃而導(dǎo)致的茫然；因?qū)W業(yè)不理想、就業(yè)壓力大而導(dǎo)致的心理問題；因為完成學(xué)業(yè)而出現(xiàn)學(xué)術(shù)不端甚至造假情況，導(dǎo)致理想信念日益缺失；因網(wǎng)絡(luò)上不懷好意的人的故意欺騙、誘導(dǎo)而導(dǎo)致的個人品行敗壞。諸如此類的問題都造成了培養(yǎng)高質(zhì)量研究生難度的提升。本文在堅持“三全育人”的大思政格局下，闡述了“三全育人”視域下高校材料類專業(yè)實施課程思政的形式、途徑與方法，即在面向整個材料類專業(yè)進(jìn)行虛擬仿真實驗教學(xué)的同時，將思政教育切實與虛擬仿真教育有機(jī)融合。

1 時代背景

2016年，在全國高校思想政治工作會議上，習(xí)近平總書記創(chuàng)造性提出“其他各門課都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)”，從而“把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實現(xiàn)全程育人、全方位育人，努力開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面?！?。隨后“課程思政”的理念被提出，思想政治教育工作者開始了從以思政課堂為主體的“小思政”教育模式到“三全育人”的“大思政”教育模式的實踐探索。2020年，教育部等部門下發(fā)《關(guān)于加快構(gòu)建高校思想政治工作體系的意見》，進(jìn)一步提出：“加快構(gòu)建目標(biāo)明確、內(nèi)容完善、標(biāo)準(zhǔn)健全、運行科學(xué)、保障有力、成效顯著的高校思想政治工作體系。”目前，愛國實踐教育基地建設(shè)及實踐活動的拓展等仍是我國高校思想政治教育的側(cè)重點，其忽視了高?？蒲袌F(tuán)隊所具備的潛在力量。高校的科學(xué)研究是集知識發(fā)現(xiàn)、人才培養(yǎng)與科學(xué)精神傳承三位于一體的活動，這就是高校科研團(tuán)隊在思想政治教育方面所具備的潛在力量和優(yōu)勢，但眾多研究型的大學(xué)在“三全育人”的實施過程中，卻更注重于教書育人、實踐育人、組織育人環(huán)節(jié)，從而忽視了科研育人環(huán)節(jié)在思想政治教育方面所擁有的強(qiáng)大育人價值和潛力。

此外，隨著計算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)已進(jìn)入應(yīng)用階段。在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的虛擬仿真教育，作為“互聯(lián)網(wǎng)+教育”之后的“智能+教育”新形式，是虛擬現(xiàn)實技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的成果，是依托于電子技術(shù)革新的新型教育生產(chǎn)力。這種利用新興虛擬仿真技術(shù)開展互動教學(xué)以其在豐富教材結(jié)構(gòu)、內(nèi)容形態(tài)，強(qiáng)化知識擴(kuò)展與學(xué)習(xí)互動與反饋，提升學(xué)習(xí)體驗等多方面的諸多優(yōu)勢，迸發(fā)出了強(qiáng)烈的發(fā)展前景。然而，面對虛擬仿真互動教學(xué)這類新興信息化教學(xué)模式，我國高校教師和研究生尚處于探索階段，這也導(dǎo)致了新興信息技術(shù)和思政教育難以深度融合。當(dāng)前，研究生的培養(yǎng)過程也大多重視其專業(yè)知識水平及動手實踐能力的培養(yǎng)，對思政素養(yǎng)重視力度不足，這就造成虛擬仿真互動教育與思政教育的融合度不夠。

材料科學(xué)是研究材料的組成與結(jié)構(gòu)、合成與制備、性能與應(yīng)用以及它們各自之間相互關(guān)系的學(xué)科，在其研究過程中存在著大量抽象的微觀物理過程和復(fù)雜機(jī)理。作為一門典型的工科學(xué)科，如何將思政教育與虛擬仿真技術(shù)有機(jī)結(jié)合并良好的融入到研究生專業(yè)教育當(dāng)中將是材料科學(xué)在順應(yīng)時代教育潮流的重大嘗試與挑戰(zhàn)。

2 虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的建立

目前，材料學(xué)院擁有各種大中小型的實驗設(shè)備（如合金熔煉所需的熔煉爐，金屬熱處理所需的管式爐、馬弗爐等，性能檢測所需的拉伸機(jī)、硬度計、電化學(xué)工作站等，以及顯微組織表征所需的掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等等），這些設(shè)備都是研究生在進(jìn)行實驗研究時需要用到的。然而，這些實驗設(shè)備的使用都需要經(jīng)過一定的實地教學(xué)才能夠有使用的資格，在實地教學(xué)過程中存在著一些問題：其一，實驗室設(shè)備較少，研究生集中學(xué)習(xí)時，不可能兼顧到各個學(xué)生，從而導(dǎo)致學(xué)生的操作技能較弱；其二，資源浪費，每次實地教學(xué)都不可避免地造成資源的浪費；其三，大中型設(shè)備的操作都有一套比較復(fù)雜的流程，研究生需要多次的實地操作才能夠完全掌握，這就造成時間與收益的嚴(yán)重不符；其四，安全問題，儀器設(shè)備的不規(guī)范操作輕則造成儀器設(shè)備損壞，重則危及生命。

而虛擬仿真技術(shù)所設(shè)定的一些虛擬情景是實地教學(xué)所不能實現(xiàn)的，學(xué)生可以利用這一點，迅速復(fù)習(xí)實驗場景和反復(fù)練習(xí)掌握操作，比傳統(tǒng)的實地教學(xué)更快捷、更靈活、更高效。西北工業(yè)大學(xué)的劉翠霞等針對材料科學(xué)與工程實踐教學(xué)中存在的高溫、高壓、腐蝕性強(qiáng)、毒性大等實驗中存在的不安全性因素，通過建立虛擬仿真實驗室，將虛擬仿真實驗室的資源優(yōu)勢充分發(fā)揮，使得實驗成本降低、實體實踐教學(xué)風(fēng)險避免，從而拓展了實驗教學(xué)的時間和空間，并充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和能動性。

因此，合理地利用全國高校校園網(wǎng)站聯(lián)盟、易班網(wǎng)、中國大學(xué)生在線等國家教育教學(xué)平臺資源，建設(shè)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺。在虛擬仿真實驗教學(xué)過程中，將工程師文化逐漸融入課堂，培養(yǎng)研究生精益求精的工匠精神、誠實守信的職業(yè)道德、開拓進(jìn)取的創(chuàng)新精神、求真求實的理性精神以及保護(hù)環(huán)境、關(guān)愛社會的社會責(zé)任感；同時秉承重慶大學(xué)“研究學(xué)術(shù)，造就人才，佑啟鄉(xiāng)邦，振導(dǎo)社會”的校訓(xùn)，講好材料學(xué)院材料人自己的故事，鼓勵學(xué)生以身邊的榜樣為目標(biāo)而努力奮斗；教會學(xué)生以哲學(xué)思想看待工程問題，學(xué)會運用哲學(xué)的思維深層次地觀察問題、分析問題和解決問題。依托虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，形成自主育人的氛圍，將教學(xué)理念和育人理念確定為培養(yǎng)務(wù)實專業(yè)、有創(chuàng)新精神和敢于擔(dān)當(dāng)?shù)膶W(xué)生，努力去鼓勵學(xué)生利用虛擬仿真實驗平臺提高自主學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)研究生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，并學(xué)會學(xué)習(xí)的方法，從而打造出具有材料特色的思想政治教育與虛擬仿真實驗教學(xué)有機(jī)結(jié)合的教育體系。

3 虛擬仿真課程思政模式的設(shè)計建設(shè)

要想在材料科學(xué)的虛擬仿真實驗教學(xué)過程中做到教書育人的目的，其關(guān)鍵在于深刻理解與掌握理論聯(lián)系實際，通過將思政教育素材契合地融入到虛擬仿真實驗教學(xué)內(nèi)容中，以潛移默化的形式涵養(yǎng)學(xué)生的思想政治素養(yǎng)，引發(fā)其情感和價值共鳴。在韓疏影的《以思政主題為導(dǎo)向構(gòu)建分析化學(xué)實驗課程體系的探索》一文中，他們立足于分析化學(xué)的專業(yè)特點，通過設(shè)計與實驗內(nèi)容相契合的思政主題，使每一次實驗的內(nèi)容都轉(zhuǎn)化成為核心價值觀教育中具體而生動的載體。通過這種豐富性、多元性的課程設(shè)計，分析化學(xué)實驗課程中所蘊含的價值引領(lǐng)和品格塑造的主導(dǎo)性得以充分發(fā)揮作用。

在上述基礎(chǔ)上，材料科學(xué)作為一門典型的工科學(xué)科，其不僅蘊含著豐富的價值觀資源，也有著鮮明的價值觀取向，因此需要深入挖掘教材內(nèi)涵，進(jìn)一步擴(kuò)大教材外延，整合教學(xué)內(nèi)容，從而抓住相關(guān)知識點將思政教育靈活融入到虛擬仿真實驗教學(xué)內(nèi)容之中，并在教學(xué)的過程中引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識，最終實現(xiàn)知識傳授與價值引領(lǐng)的有機(jī)統(tǒng)一。根據(jù)材料科學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)的內(nèi)容特點，本文將從以下幾個方面探討思政教育與虛擬仿真實驗教學(xué)的有機(jī)結(jié)合。

3.1 以金相制樣為載體，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度和精益求精的工匠精神

金相制樣作為材料類研究生必須具備的操作技能之一，其通常要經(jīng)過以下幾個步驟：取樣、鑲嵌、磨樣、拋光和腐蝕，這幾個步驟都必須小心謹(jǐn)慎，嚴(yán)格地按照操作要求進(jìn)行，因為每一個后續(xù)步驟的效果都與前一個操作的規(guī)范性息息相關(guān)，如果發(fā)生了操作的錯漏，極端情況下還可能制備得到假組織，以致實驗結(jié)果失真。由上述可知，金相制樣不僅具有復(fù)雜且嚴(yán)格的實驗流程，而且制樣的過程在很大程度上會影響到后續(xù)樣品的觀察研究。因此必須要求學(xué)生在制樣過程中做到認(rèn)真、細(xì)致，并養(yǎng)成良好的制樣習(xí)慣，這樣才能夠得到準(zhǔn)確而又有效的實驗數(shù)據(jù)。

由于金相制樣的嚴(yán)格性和有效性是與嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度和精益求精的工匠精神一一對應(yīng)的。因此在虛擬仿真實驗教學(xué)中，學(xué)生必須嚴(yán)格遵守金相制樣的流程，一旦跳過或是忽略某一步驟，則判定教學(xué)失敗并重新開始，從而通過這種流程的嚴(yán)格性來培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度；樣品制備有好有壞，主要是受磨樣方式和腐蝕時間長短等的影響，因此在虛擬仿真實驗教學(xué)中，可以讓學(xué)生嘗試不同的磨樣方式以及不同的腐蝕時間來得到不同的樣品，并對樣品的好壞進(jìn)行判定，從而通過這種對制樣后樣品的有效性來培養(yǎng)學(xué)生精益求精的工匠精神。

此外，在金相制樣實地過程中通常需要用到大量的砂紙和水資源，這就會造成資源的極大浪費。此時，通過虛擬仿真實驗教學(xué)，一方面可以達(dá)到節(jié)約資源的目的，另一方面則可以將節(jié)約資源的理念有效地融入到學(xué)生的思想政治教育當(dāng)中。

3.2 以分析儀器為載體，培養(yǎng)不畏困難的堅強(qiáng)意志和勇于擔(dān)當(dāng)?shù)膿?dān)當(dāng)精神

材料學(xué)院擁有著諸如掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線衍射儀、能譜儀、傅里葉變換紅外光譜等分析儀器，每種分析儀器都有其各自的內(nèi)部構(gòu)造和工作原理，內(nèi)部構(gòu)造和工作原理的差異導(dǎo)致了分析儀器應(yīng)用領(lǐng)域的各有不同。在分析儀器的理論、實踐課程中，關(guān)于“分析儀器的工作原理與構(gòu)造”這部分內(nèi)容都是不可或缺的，而現(xiàn)代化的分析儀器其內(nèi)部構(gòu)造集成度高，如果隨意地對儀器進(jìn)行“解剖”，將有很大可能造成不可挽救的損壞。因此，在分析儀器課程的教學(xué)中，只要是涉及“分析儀器的工作原理與構(gòu)造”這部分內(nèi)容的介紹也多是采用PPT動畫示意圖或視頻進(jìn)行簡單的描述，也只能在理性認(rèn)識上簡單的了解儀器的結(jié)構(gòu)，無法較好地實現(xiàn)實驗教學(xué)的實踐效果。此外，在實踐課程當(dāng)中，由于時間的限制，教師也大多是簡單的介紹使用步驟與方法，學(xué)生對分析儀器的認(rèn)知也僅僅停留在會使用這一基本層次，從而缺乏對分析儀器原理更深層次的理解。為此，胡萬群等利用使用時間長久且無任何維修價值的報廢儀器來進(jìn)行教具開發(fā)，成功使儀器內(nèi)部的零件、構(gòu)造清晰可見，讓學(xué)生在了解內(nèi)部零件、構(gòu)造的同時，能夠更好地掌握儀器的構(gòu)造原理。

然而上述方式的教學(xué)是要在有儀器報廢的情況下才能夠進(jìn)行，而且隨著時代的發(fā)展，儀器也在不斷地進(jìn)步，其內(nèi)部構(gòu)造也變得多樣化，此時如果仍是使用之前的儀器產(chǎn)品，就有可能導(dǎo)致對分析儀器原理的誤解。而利用虛擬仿真技術(shù)對分析儀器進(jìn)行具體化構(gòu)建，不僅可以實現(xiàn)儀器外部與內(nèi)部構(gòu)造的清晰可見，有助于學(xué)生更好地掌握儀器的構(gòu)造原理，同時還可以針對儀器的更新?lián)Q代來及時地構(gòu)建新的虛擬仿真，從而實現(xiàn)與時俱進(jìn)。以傅里葉變換紅外光譜儀為例，在虛擬仿真實驗教學(xué)中，通過一步一步地展示傅里葉變換紅外光譜儀的搭建過程，同時在其中穿插儀器核心部件從棱鏡、光柵至現(xiàn)在的邁克遜干涉儀的發(fā)展歷程以及國產(chǎn)儀器的現(xiàn)狀，然后讓學(xué)生自己嘗試去搭建傅里葉變換紅外光譜儀，從而使學(xué)生對儀器的結(jié)構(gòu)、發(fā)展歷史了然于心，并能夠深切感受到現(xiàn)在的儀器光路更加準(zhǔn)直，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換更快。此外還有更深層次的意義，學(xué)生在搭建過程中，能夠感悟到不斷升級優(yōu)化的儀器構(gòu)造背后更多地凝結(jié)著科研工作者的智慧與汗水，從而培養(yǎng)青年學(xué)子不畏困難的堅強(qiáng)意志和敢于嘗試的創(chuàng)新精神。

3.3 以功能設(shè)備為載體，鍛煉樂于合作的團(tuán)隊意識和面臨意外的應(yīng)急意識

材料學(xué)科需要用到的大部分功能型設(shè)備基本上都需要兩人或兩人以上的配合才能夠進(jìn)行操作，只有一個人是很難獨立操作的，而且也很容易出現(xiàn)實驗事故，造成人員傷亡。而采用虛擬仿真技術(shù)來模擬實驗環(huán)境，可以通過操作的過程來潛移默化地鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊意識，讓學(xué)生認(rèn)識到合作的重要性，同時培養(yǎng)彼此間的默契度。

因此，可在虛擬仿真實驗教學(xué)中設(shè)計合作共贏的課程，學(xué)生只有通過彼此間的相互配合，才能夠達(dá)到完成該課程學(xué)習(xí)任務(wù)的目的。以熱軋實驗為例：先是學(xué)生1按照步驟啟動軋機(jī)，接著學(xué)生2將實驗樣品從加熱爐中用鑷子快速取出并放到軋機(jī)上，緊接著學(xué)生1將樣品調(diào)好位置并送入軋輥當(dāng)中，之后學(xué)生2將軋過的樣品放回加熱爐中，如此循環(huán)往復(fù)直至樣品軋到規(guī)定的尺寸。通過這種相互間的配合，不僅鍛煉了學(xué)生間的團(tuán)隊意識，同時也使得學(xué)生在實地的操作上更加高效和注重配合。

此外，在實踐操作過程中難免會操作失誤或是遇到突發(fā)情況，這時就非?？简瀸W(xué)生的應(yīng)急能力。因此，還可以在虛擬仿真實驗教學(xué)中加入應(yīng)急對策，要求學(xué)生在操作失誤后在規(guī)定的時間里做出正確的抉擇，若是抉擇錯誤則進(jìn)行安全視頻的學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)生的安全意識和鍛煉學(xué)生的應(yīng)急能力。另外，對危險性比較高的實驗還可以設(shè)置突發(fā)情況應(yīng)急教學(xué)，學(xué)生可以通過虛擬仿真的方式不斷地應(yīng)對突發(fā)情況，以達(dá)到鍛煉應(yīng)急意識的目的。

3.4 以游戲模式為載體，激發(fā)敢拼敢闖的挑戰(zhàn)精神和相互激勵的競爭意識

將虛擬仿真實驗教學(xué)課程按照專題內(nèi)容由易到難，由簡單到復(fù)雜地進(jìn)行劃分，并為每一節(jié)課程設(shè)定挑戰(zhàn)門檻，即學(xué)生必須完成這一課程的學(xué)習(xí)并達(dá)到所規(guī)定的分?jǐn)?shù)才能夠進(jìn)行下一課程的學(xué)習(xí)。這種課程形式的設(shè)計類似于游戲中的闖關(guān)模式，一方面可以提高學(xué)生在進(jìn)行課程學(xué)習(xí)時的興趣，另一方面可以激發(fā)學(xué)生敢拼敢闖的挑戰(zhàn)精神，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的同時體驗到游戲闖關(guān)的樂趣。此外，可以對每門課程設(shè)置排行榜，學(xué)生可以在排行榜上查看自己的分?jǐn)?shù)及排名，同時，還可以設(shè)定適宜的獎勵對學(xué)期末課程成績優(yōu)秀的學(xué)生進(jìn)行獎勵。通過以上的激勵機(jī)制，使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)時可以做到精益求精、追求完美，在一定程度上激發(fā)了學(xué)生的競爭意識。

4 結(jié)語

“有才無德，其行不遠(yuǎn)矣”，研究生作為國家未來發(fā)展的后備力量，其培養(yǎng)教育作為高校培養(yǎng)人才的重要組成部分，高校理應(yīng)肩負(fù)起為國家培育有理想、有道德、有文化、有紀(jì)律的社會主義建設(shè)者和接班人的光榮使命。要深刻領(lǐng)悟習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上發(fā)表的重要講話，從實際出發(fā)，切實將思政教育結(jié)合虛擬仿真實驗教學(xué)特點，找準(zhǔn)定位，不斷努力挖掘材料科學(xué)課程中的思政元素，對培養(yǎng)有理想、有道德、有文化、有擔(dān)當(dāng)?shù)木哂屑覈閼训漠?dāng)代研究生具有深遠(yuǎn)的意義。將思政主題內(nèi)蘊于材料科學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)課程體系中，以多個方面作為載體來承載思政主題的教學(xué)嘗試，體現(xiàn)了高校思政教育隱性化、融合性的思路，強(qiáng)化了對學(xué)生的家國情懷、科學(xué)精神、責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)木穹跤?，培養(yǎng)了學(xué)生對材料科學(xué)課程的實事求是的科學(xué)素養(yǎng)，真正實現(xiàn)了“三全育人”背景下思政教育與虛擬仿真教育有機(jī)的融合。