张洪玉

［摘 要］课程思政教育和创新能力培养是高校课程教学改革的两个重要目标。在课程教学中融入多元化思政元素，践行课堂讲授与创新实践相结合的教学模式，对学生提升道德品质和文化素养、培养主动学习能力以及分析和解决工程实际问题能力具有非常积极的促进作用。文章结合清华大学价值塑造、能力培养、知识传授“三位一体”育人理念，介绍创新实践类课程的教学改革举措。通过案例分析和科技前沿讲解将思政教育融入课堂教学，利用创新实践将课堂讲授知识进行综合运用，从而在课程教学中深入贯彻“三位一体”育人理念。

［关键词］课程思政；三位一体；课堂讲授；创新实践；教学改革

［中图分类号］ G642.3 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）20-0090-04

大学之道，在明明德。2014年，清华大学发布了《关于全面深化教育教学改革的若干意见》，提出价值塑造、能力培养、知识传授“三位一体”育人理念，倡导教师在课程教学中深入贯彻这一理念。2016年，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上提出将“立德树人”作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程[1]。因此，不只是思政课程，在专业课程教学中更要大力推动思政教育，做到课程门门有思政、教师人人讲育人，从而实现全员、全过程、全方位“三全育人”[2]。2019年，教育部开始启动实施“六卓越一拔尖”计划2.0，全面推进新工科、新医科、新农科、新文科建设，深化高等教育教学改革，提高高校人才培养质量[3]。其中，新工科建设将应对第四次工业革命的需要，加强战略急需人才的培养；新医科作为构建健康中国的重要基础，致力于实现从以治疗为主到覆盖生命全周期、健康全过程。在此背景下，加强高校工科与医科专业课程的教学改革对培养医工交叉学科创新拔尖人才显得极为重要[4]。当前，将课堂讲授与创新实践相结合是高校专业课程教学改革的重要方向之一，对提升和培养学生的主动学习能力和创新思维具有非常积极的促进作用[5]。近年来，笔者参与讲授了本科生机械的奥秘、智能机电系统实践、生医机械工程探索和研究生摩擦学实验及分析方法等课程，在课程教学过程中采用课堂讲授与创新实践相结合的教学模式，并把多元化思政元素和“三位一体”育人理念融入其中，开展了初步的教学改革探索。

一、多元化思政元素融入课程教学

专业课程是高校课程思政建设的重要载体。加强专业课程思政建设，形成专业课教学与思政课教学同向同行、相互促进的育人格局，是高校推动思政教育的一项重要举措[6]。与传统思政教育注重理论的特点不同，多元化思政教育通过引入对典型案例和国际科技前沿技术的讲解，促进学生思维视野的开阔、人文素养的提升，提高学生的综合素质和社会责任感。同时，采用多元化思政教育的内容和形式，也能激发学生的学习热情和主动性，实现思政教育和专业教育的有机融合与互相促进。笔者通过深入挖掘课程中所蕴含的思政元素，将多元化思政教育贯穿课程教学全过程（见图1）。

（一）典型案例促进课程思政建设

典型案例是开展课程思政教育的一种常见方式。在研究生摩擦学实验及分析方法课程中，笔者主要讲授仿生与生物摩擦学方面的内容，包括天然关节结构与润滑机理、人工关节磨损及其减摩抗磨技术、生物医用润滑材料制备方法与临床应用三个部分。在课堂讲授环节，教师通过典型案例分析潜移默化地培育学生的爱国主义精神和弘扬社会主义核心价值观。比如，在讲授生物摩擦学知识时，教师引入了仿照人体天然关节结构所开发的人工关节这一典型案例。1960年，英国外科医生John Charnley进行了世界首例人工髋关节置换手术，其采用金属与聚合物配副，治疗人体因关节软骨退化诱发的中晚期骨关节炎疾病。长期以来，强生、史赛克、捷迈等国外品牌几乎垄断了人工关节市场。随着增材制造技术的兴起和临床上（特别是骨科临床）个性化医疗需求的日益增加，3D打印人工关节成为解决之道。在这一前沿应用领域，我国的医疗企业和临床医生通过紧密合作、潜心研发、开拓创新，引领了全世界范围内3D打印人工关节技术的迅速发展，孕育了爱康宜诚等一批领军企业，造福了广大患者。在这个案例中，教师引导学生重点关注科技前沿与临床需求相结合而诞生的医工交叉发展机遇，使得国产高端人工关节在国际舞台上占据一席之地，极大地增强了学生的民族自豪感和自信心；同时提醒学生目前植入式医疗器械在进入临床应用前要经国家市场监督管理总局严格审批，因此，科研人员在创新医疗器械的研发过程中必须具备科学、严谨的态度和精神，腳踏实地、一丝不苟。

（二）科技前沿拓展课程思政内涵

了解并熟悉本学科科技前沿是实现本科生本博贯通培养目标的重要前提之一。因此，笔者在课堂讲授环节注重通过讲解科技前沿知识，进一步拓展课程思政的内涵，陶冶学生的爱国情操、激发他们的强国志向以及报国行动。比如，在本科生机械的奥秘课程中，笔者设计了高端医疗器械表面功能化涂层的讲授与实验内容。在讲授血液接触类高端医疗器械的前沿进展时，教师通过体外膜肺氧合器的国产化研发历程来增强学生从事医工交叉科学研究、将来成为跨学科复合型人才并报效祖国的责任感和使命感。体外膜肺氧合器又称为ECMO（Extracorporeal Membrane Oxygenation），是抗击新冠疫情的高端医疗装备之一，可在一定时间内代替患者的心肺发挥血气交换功能，为重型和危重型新冠肺炎患者提供生命支持。然而，这一高端医疗装备的核心技术（包括人工心脏泵和抗凝中空纤维膜）均被国外垄断，成为我国自主研发高端医疗装备的一项关键“卡脖子”技术。为响应习近平总书记“加快补齐我国高端医疗装备短板、实现高端医疗装备自主可控”的号召，国家相关部门统一组织医、研、企专业团队进行联合攻关，历时三年多终于开发出具有自主知识产权的国产化ECMO装备，从而填补了国内空白。同时，结合2022年10月党的二十大报告中提出的“实施科教兴国战略、强化现代化建设人才支撑”重要举措讲授这些知识，鼓励学生树立科研报国、科研强国的人生目标与信念。

二、课堂讲授与创新实践促进“三位一体”

价值塑造、能力培养、知识传授是“三位一体”育人理念的核心内容。思政教育有助于培养和塑造学生正确的价值观，而进一步的知识与能力的传授和培养则需要教师在课堂讲授与实践环节不断进行创新和探索。

目前，高校大多数专业课程采取以课堂讲授为主的方式进行授课，学生开展自主创新实践、培养主动学习能力的机会较少。因此，优化教师课堂讲授内容、加大学生动手实践占比，以及让学生在实践中加深对课堂所学知识的理解和掌握，从而达到学以致用的目的，是高校专业课程教学改革的一个重要方向，也是实现价值塑造、能力培养、知识传授“三位一体”育人理念的有力举措[7]。为鼓励学生充分发挥积极主导作用，笔者在所讲授的本科生以及研究生课程中采取将课堂讲授（教师授课、学生自主学习）与实践教学或创新实践（教师指导、学生独立或以小组形式自主完成一项既定任务）相结合的教学模式（见图2）。

（一）弘扬价值塑造

在课堂讲授与创新实践相结合的教学模式下，课堂讲授环节是弘扬学生民族精神、激发学生爱国情怀、增强学生服务意识、鼓励学生科学创新的关键抓手。比如，在本科生机械的奥秘课程中，笔者讲授高端医疗器械表面功能化涂层的内容时，涉及ECMO、X射线扫描仪、呼吸机等抗疫医疗装备，此时向学生讲述在疫情防控初期以钟南山院士为代表的广大医务人员前赴后继、不畏艰险，为制定符合我国国情的防疫政策做出了巨大贡献，被誉为“最美逆行者”的故事，激发学生的爱国热情；此外，通过我国科学家受荷叶表面微结构特征启示所研发的仿生减阻技术助力我国冬奥健儿斩获佳绩的事迹，引导学生将来做“有用”的科研，进而服务国家、服务社会、服务人民；最后，通过以色列科学家Jacob Klein揭示关节软骨水合润滑机理的例子，启发学生在科研中要不断钻研探索、勇攀科学高峰。在本科生智能机电系统实践课程中，笔者所在教学团队讲授机器人运动学、经典控制理论、图像处理原理与方法等理论知识和单片机硬件与接口技术、单片机实时控制程序设计方法、Python语言编程等工程技术知识时，让学生自主进行设计、加工、组装、编程并调试，最终获得一套基于机器视觉和智能抓取的一体化机电系统。在此过程中，当学生面临软件编程、硬件调试等难题时，教师要劝诫学生沉着冷静、理性分析，逐个排查并解决相关软/硬件问题；在进行小组内分工时，要鼓励学生勇挑重担、迎难而上，团结合作、互相促进。

（二）促进能力培养

在课堂讲授与创新实践相结合的教学模式下，创新实践环节对提升学生综合运用课堂所学知识和课外自学知识分析和解决实际问题的能力具有良好的促进作用。从挑战性的角度看，这种教学方式可以培养学生攻坚克难的意志以及面对困难时的韧性和耐心。以本科生生医机械工程探索课程为例，笔者主要讲授仿生机械学方面的内容，包括仿生学原理、机械结构学基础、仿生机械系统设计与分析三个部分。在创新实践环节，由学生自主设计、装配并集成获得的一套智能仿生机械系统，实现了仿生爬行、可变机构以及图像识别和通信功能。通过这种自主式创新的方式，学生增强了从课堂知识学习向亲自动手实践转变的能力。与传统工科课程实践环节不同的是，该课程向学生提出任务驱动型仿生机器人系统整体设计要求，在这种实践教学模式下，学生不仅需要掌握机械、电气、控制、加工装配等多方面知识，而且需要具备团队协作、统筹规划以及成本分析的意识和能力。本课程在创新实践环节适当提高了任务挑战度，有助于培养学生攻坚克难的精神，激发学生对于未来科学技术的研究热情，为培养高素质人才奠定良好基础。在课程创新实践过程中，学生每4人组成一个小组，基于前述要求自主设计并搭建了一套仿尺蠖爬行与鼠妇蜷缩的智能仿生机器人，其实物图和运动学仿真结果见图3。

该智能仿生机器人由7个蠕动体节和1个扭转体节组成，具有7个竖直平面内的转动自由度和1个水平平面内的转动自由度。其中，蠕动体节两端配有转动副，可以首尾相连，通过舵机带动相邻两个体节在竖直平面内相对转动；扭转体节除两端的转动副之外，中央的转动副还可以通过舵机带动机器人横向转动，从而完成转向动作。此外，体节上方的模块化接口安装有机械臂和摄像头，可完成图像识别功能并与上位机通信。参照尺蠖的爬行原理，该机器人通过蠕动体节逐级传递类正弦波向前行进，且具备一定的越障和转弯能力；根据鼠妇蜷缩的保护动作，当机器人遭遇恶劣环境时，所有体节上的保护板拼合形成一个球壳，用于保护机器人内部功能结构。

上述智能仿生机器人完全由学生自主设计和研制，成功实现了仿尺蠖爬行和仿鼠妇蜷缩的可变机构功能。学生在此创新实践过程中充分运用了课堂讲授中所学的仿生机械学知识和实践教学中所掌握的机械系统结构设计与仿真、机械系统运动控制与调试等经验，创新思维能力和动手实践能力得到了锻炼和提高。该智能仿生机器人在2022年清华大学机械创新设计大赛中获得一等奖。

（三）强化知识传授

师者，所以传道授业解惑也。课堂讲授是教师向学生传授知识的主要方式，为后续实践教学和实践训练奠定了坚实的基础，而创新实践则可以进一步强化学生的课堂所学知识。这种将课堂讲授与创新实践相结合的教学模式，从“以教师固定模式教为主”转变为“以学生探索式学为主”，对推动机械工程及其交叉学科建设和课程改革具有重要的意义。在教学过程中，教师还结合学科前沿融入大量的典型科研实例，通过深入剖析开阔学生的科研视野、激发学生的科研志趣，从而为学生将来研究生阶段的学习做好铺垫。

以笔者在本科生生医机械工程探索课程中讲授的仿生机械学内容为例，仿生软体机器人是该领域的前沿热点之一，麻省理工学院、康奈尔大学、浙江大学、北京航空航天大学等国内外高校的课题组在该领域取得了丰硕的科研成果。在讲授仿动物水中游动的机械及其设计时，教师对受深海狮子鱼启发而设计出来的仿生软体机器鱼进行了详细介绍。浙江大学科研团队根据狮子鱼的骨骼细碎状地分布在其凝胶状柔软身体中这一典型特征，率先提出了机电系统软—硬共融的压力适应原理，成功研制出无需耐压外壳保护的仿生软体机器鱼，并首次实现了在中国南海（深3224米）的自由翱翔和在马里亚纳海沟（深10900米）的扑翼驱动，为深海探测、生物科考以及智能装备研发提供了新的解决方案。这项仿生软体机器人领域的代表性科研成果涉及介电弹性体材料、柔性电子封装、软体机器人设计与制造、机械结构运动学仿真、机电控制等多学科领域知识，发表在国际著名学术期刊Nature上，并被选为封面报道。

三、结语

在教育部大力推进新工科、新医科、新农科、新文科建设的背景下，加強思政教育和优化教学模式是高校专业课程教学改革的重中之重。本文以笔者所讲授的创新实践类课程为例，聚焦思政元素的多元化，通过“思政融入课程、实践促进创新、聚焦学科交叉、深化教学改革”的方式将“三位一体”育人理念贯穿课程教学全过程。课程教学改革实践不但开阔和提升了学生在医工交叉学科方向的国际视野和学术热情，而且通过课堂讲授与创新实践相结合的教学模式增强了学生的创新思维能力和动手实践能力，通过任务导向型实践方式培养了学生攻坚克难的精神和韧性。教学团队后期将进一步推动教学改革探索，紧密结合国内、国际新形势下的思政元素和医工交叉领域科技发展的前沿动态，使课程建设日臻完善并逐步推广。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 张烁.习近平在全国高校思想政治工作会议上强调  把思想政治工作贯穿教育教学全过程  开创我国高等教育事业发展新局面[N].人民日报，2016-12-09（1）.

[2] 陈宝生.在新时代全国高等学校本科教育工作会议上的讲话[J].中国高等教育，2018（Z3）：4-10.

[3] 施雨岑.教育部：实施“六卓越一拔尖”计划2.0建设高水平本科教育[EB/OL].（2018-10-18）[2023-04-02].http：//www.gov.cn/xinwen/2018-10/18/content_5331923.htm.

[4] 张堃，付君红.基于“医工融合”的新工科专业人才培养模式的探讨[J].教育教学论坛，2019（40）：240-242.

[5] 孙安强，康红艳，蒲放，等.医工交叉类专业课程建设的探索与实践[J].北京航空航天大学学报（社会科学版），2022，35（1）：163-167.

[6] 高德毅，宗爱东.从思政课程到课程思政：从战略高度构建高校思想政治教育课程体系[J].中国高等教育，2017（1）：43-46.

[7] 钟华，董世武，张珠，等.基于医工融合背景下专业实践教学体系改革[J].高教学刊，2021，7（14）：128-130.

［责任编辑：刘凤华］