1. 引言

教育部2020年颁布的《高等学校课程思政建设指导纲要》明确提出，要紧紧抓住教师队伍“主力军”、课程建设“主战场”、课堂教学“主渠道”，深入挖掘各类课程和教学方式中蕴含的思想政治教育资源，让所有高校、所有教师、所有课程都承担好育人责任，把思想政治教育贯穿人才培养体系，将价值塑造、知识传授和能力培养紧密融合，将显性教育和隐性教育相统一，推动构建全员全程全方位育人大格局。2016年12月，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上指出：“其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”。近年来，新材料设计和制备的智能化、数字化趋势已成为我国高端制造的重要基础。当前各高校材料专业本科和研究生课程相继开展了材料计算方面的基础课程，以适应材料科学发展的需要。《工程材料计算方法》作为一门基础核心课程，为硕士研究生讲授材料计算和设计相关的重要理论和技术，其在引导材料专业研究生形成材料设计的理论和实践相结合的意识和方法，培养学生科学素养、创新能力方面具有明显优势。

八十多年前，毛泽东主席撰写完成经典著作《实践论》[1]。其根本上是对认识和实践的关系——知和行的辩证统一关系的论述。自诞生以来，《实践论》的重要思想一直为解决我国不同发展阶段所面临的实际问题提供科学的、先进的世界观和方法论，同时也为我们在工作中面临困难、碰到新的变化提供重要的指导思想。学习和贯彻《实践论》，将其中辩证唯物主义实践观的哲学思想和科学方法贯穿到研究生工程材料计算模拟的教学过程中，培养学生的科学素养、拓宽学术视野、激发创新意识，对推进新时代思想政治工作与课程教学融合具有重要指导意义。

思政课要“坚持理论性和实践性相统一”，即思政课须实现“知行合一”。具体来说，需达到知行相生，以知促行；知行相辅，以行促知；知行相成，知行互构。这要求在课程教学实践中，需进一步结合学生科研实践、计算材料学科发展历史、当前我国的材料计算模拟发展历史和情况等实际事例，将思政课中的理论知识点进行归纳、梳理、升华，并引导学生对相关知识点的理解、掌握和灵活运用，达到“知行合一”的目标。

2. 概念与内涵

2.1. 《实践论》中“知行合一”的思想内涵

从古至今，“知”和“行”的关系一直是哲学的关键问题，是人类如何认识和改造自然的基础。在明代心学家王阳明以前，以朱熹为代表的学者通常是将“知”和“行”割裂开分别对待[2]，使得人们认知往往存在片面和过激的元素。例如，重理论而轻实践，使得思想理论偏离实际而越来越虚无缥缈。相反，仅关注实践而忽视理论，使得实践缺乏科学理论的指导，过于依赖经验和个人。例如，虽然我国古代手工业技术如制瓷、炼铁、纺织等一直领先于世界，但是对植根于技术的基础科学理论却缺乏系统性的认识，使得我国这些长期处于优势地位的技术的发展速度和方向受到限制，导致在近代被掌握了科学基础理论的西方各国超越并远远落后于他们的局面[3]。以现代的观点来看，“知行合一”是理论学习和社会实践的基本要求，但该理论的形成和发展不是一蹴而就的，其实经历了漫长的时间。早在五百多年前，明代思想家王阳明，在朱熹等前人知行观的基础上[2]，基于自身应对社会困顿的磨炼和对社会问题的深刻认识，提出了“知行合一”的划时代思想[4]，并在清代经王船山等思想家进一步发扬光大，提出“格物致知”的思想[5]。这些发展均是对“知行合一”的初步描述，但就如何做到“知行合一”均没有给出答案和方法。毛泽东主席在中国革命遇到巨大挫折之后，完成了著名的《实践论》[1]，在此文中明确提出“知行合一”对中国革命的战略意义，并解决了“知行合一”如何实现统一的哲学命题，将“知行合一”思想进一步发扬光大。在《实践论》中，毛泽东主席辩证地分析认识与实践的关系，实现了“知”与“行”的有机统一：通过实践从感性认识上升到理性认识，然后从理性认识回到实践，此过程循环往复以至无穷，每次循环人们的认识水平和实践能力均有提升，构成辩证唯物论的“知行合一”统一观。自此，《实践论》中“知行合一”重要思想为人们认识和改造世界提供重要的哲学基础和方法途径。

2.2. 《工程材料计算方法》课程

材料科学是当今世界各国重点发展的战略学科，对工业生产各领域起到基础性的支撑作用。近二三十年来，计算材料学的飞速发展极大地革新了材料科学研究的广度、深度和技术手段，其核心是为解决材料研究的基础和应用问题而提出的一系列模拟计算方法[6]。本课程将系统介绍当前从原子尺度到宏观尺度的主流计算模拟方法的理论基础及其应用，包括基于电子原子尺度的第一性原理、分子动力学、蒙特卡洛方法，基于微观尺度的相场法和晶体塑性方法，以及基于宏观尺度的热力学计算等方法，并结合工程实践问题介绍有限元模拟及相关软件。学习本课程的目的在于使学生获得关于工程材料计算的基本知识和概念，了解常用计算方法的理论基础和基本应用范围，并能将相关计算方法应用到工程材料的理论研究和实践中。

2.3. 《工程材料计算方法》研究生课程思政理念

相比本科生课程，研究生课程需跟学生的科研工作密切结合，为科研提供理论基础和必要科研技能。《工程材料计算方法》就是典型的理论和实践并重的课程。在有限的课时内让学生初步掌握具有不同物理数学背景的模拟方法是非常有挑战性的。如何利用先进的教学理念、方法和技术，结合课程思政，来平衡并协调好理论学习和实践练习是完成此类课程教学的关键。

在具体的教学过程中，首先要给学生讲授不同方法的数学物理知识，涉及相图计算方法的材料热力学、相场模拟方法的朗道相变理论、晶体塑性模拟的弹塑性力学、多物理场模拟的有限元方法、第一性原理计算的量子力学等，均是专业理论非常深的课程，内容抽象深奥。同时，还要给学生讲授相关方法的实践，如何利用这些理论知识建立数学物理模型并进行材料的模拟计算，引导学生学会利用相关计算方法解决科研中碰到的问题。

但在教学实践过程中，常面临理论学习和模拟实践难以结合起来，部分学生常常对理论知识难以理解，接受较慢。同时，还有部分学生只停留于模拟计算实践中相关软件的机械式操作使用，而对利用相关计算方法解决实际问题所需要的建模和模拟计算的实践却望而却步。究其原因，一方面是对于材料类工科学生，大部分材料学科的学生在本科阶段的数学物理和力学课程与材料计算方法中涉及的数学、物理和力学知识存在一定的错位，学习理论知识存在一定难度，影响学生的积极性，转而学习难度较低的相关软件使用。但如果缺乏必需的理论基础，则会影响其对利用计算模拟方法解决科研问题的能力。因此，通过课程思政，多给学生了解历史上和科研中“知行合一”的思想，为学生在计算模拟方法学习过程中的数学物理基本理论和计算模拟实践结合提供重要思路和启发。

3. 《工程材料计算方法》“知行合一”课程思政构建模式

3.1. 课程思政的理论讲授形式

本课程思政着重关注辩证唯物主义中的“实践论”思想在材料科学，特别是本课程《工程材料计算方法》中的应用，以及辩证唯物主义在学生知识体系建设、科学人文素养培养、新时代思想政治观念树立中的关键作用，以材料科学知识为载体，以习近平新时代中国特色社会主义思想为内核，在“传道授业”中实现“立德树人”的目标。在此基础上，通过课堂教学中加入辩证唯物主义思考方法，引导学生用辩证唯物主义反思课堂上所讲述的基本理论、概念和技术手段，结合亲身接触的实际材料和案例，在课程考核中加入辩证唯物主义思考，实现《工程材料计算方法》所设定的教学目标，同时引导同学们树立正确的人生观、价值观和爱国主义情怀，达到传道授业、立德树人目的。针对思政的理论讲授主要途径具体如下：

以科学理论中理论与实践的矛盾为契入点探讨思政元素中的“知行合一”。在现有学习体系下，同学们对完善的理论知识掌握比较好，如热力学基础理论，而对于实际材料的应用却了解甚少，如各种不同条件下的服役行为和失效模式等。认识科学知识中理论与实践的矛盾，不仅能更好地帮助同学们掌握材料计算方法中的基础理论知识，也能启发同学们将这些知识应用到科研和工作中，更重要的是同学们能够在生活和工作中培养“知行合一”的意识与能力，将“理论知识”和“实践能力”结合并不断螺旋迭代，不断淬炼自身的认知和工作能力。

以材料科学历史上和中南大学本校乃至本学院的典型事例引导个人在国家发展和民族复兴伟大历史进程的“知行合一”。例如我国明代发明家宋应星写就的《天工开物》有大量关于金属矿物开采和冶炼、炼钢和铸造等技术，并涉及了力学、热学等物理知识，初步体现出了“知行合一”思想；黄培云院士在新中国成立后，开创了我国粉末冶金专业，当时一边大力推广粉末冶金这一新兴技术在工业生产中的应用，同时锐意进行粉末冶金基本原理的探索，出版了经典专著《粉末冶金原理》，至今仍是粉末冶金专业学生学习的首选教材；黄伯云院士为我国大飞机项目使用国产的刹车副，紧密结合炭/炭复合材料从基本的物理化学原理和烧结技术实践，不断探索，终于成功。这些事例说明了科学研究和实际工作中“知行合一”的关键作用。

以国际上著名学者在计算材料学发展历史和现阶段的贡献的事迹为例，启发学生在学术研究中能够根据已有的理论基础站在巨人的肩膀上勇于突破的“知行合一”。材料计算中各方法均有深厚的数学物理基础。例如，相场模拟方法的理论基础来源于朗道相变理论，学习朗道在处理复杂的相变理论时，大胆创新，开创性地引入序参量，从而极大地促进了人们对相变的认识，迄今仍是凝聚态物理领域一个有力的方法。通过这些事例，激发学生敢于突破、大胆创新的科学研究精神。

考虑到课程授课是面向将要开展材料科学研究的研究生，他们对材料科学研究前沿问题普遍感兴趣，故要有意识地结合当前材料科学研究的前沿热点问题开展思政教育。例如，以近年高度热点的材料AI大模型为例，让学生深刻理解人工智能在材料设计、制备和服役评价学习中的“知行合一”思想。AI模型的学习需基于现有材料数据和模型进行学习，以此对相关材料的设计、制备和服役的新问题、新现象和新规律进行预测实践，即以知促行；在此基础上，对已有模型进行反馈、迭代和改进，达到以行促学的效果；如此不断循环、迭代，使得材料AI大模型的智能化水平螺旋上升，成为材料研究有力的工具。通过材料科学前沿研究事例的介绍，进一步促进学生对“知行合一”基本理论的认识，启发其如何在实际的材料科学研究中践行“知行合一”。

3.2. 课程思政的实践教学

在给学生进行课程思政理论的同时，本课程还适当辅以学生的课程思政实践，让课程思政的理论和精神在学生的大脑生根、发芽、开花、结果。具体有以下几个方法：

学生自行搜集整理课程思政元素。结合下次课的课堂内容，要求学生搜集相关的课程思政元素，并整理成观点鲜明、启智明理的思政载体。教师选取代表性强、不同类型的思政，归纳整理成思政课堂。例如，在教相图计算这部分内容前，教师布置相关任务，要求学生查找国内外相图计算历史、相关著名学者及本校相图计算的发展情况。学生们查找了各处资料，获得了丰富的思政元素：中南大学已故中科院院士金展鹏先生在相图计算领域取得过重大突破的学术贡献和教书育人事迹；“按图索骥”是中国的传统智慧，在新中国的建设中，“五年计划”起到了重要作用，在介绍完合金相结构后引入相图原理和计算方法，建立起材料研究的“基因图谱和计划”；材料相图计算软件如Thermo-calc、Pandat最初版本的功能简单、计算效率低，经过三四十年的持续努力的积累和发展，已从最初的钢铁等几个少数合金系扩展到现有所有常见合金系，甚至非金属材料系，已在新材料设计制备中处于不可或缺的重要地位等。在学生们搜集了丰富的思政元素之后，老师根据同学们搜集到的资料，按学术发展历程、国内著名学者、国家需求等方面进行分类整理。然后在课堂上，就相关论点引导学生进行课堂讨论，将这些事例背后的思政精神进行剖析，引导出为国科研、勇于创新、甘于奉献等精神内涵。

以丰富多彩的课堂教学和课后活动调动学生主动实践。通过课件“某种材料发展的故事”引导学生实践辩证唯物主义思想和所学的材料计算方法专业知识，在亲身实践中理解矛盾的两点论和重点论，结合课程所讲解的材料计算方法和具体的实际应用案例，在科研生活中抓主要矛盾，提炼出研究中的主要科学问题，反思课程所讲述的计算方法和理论，根据科学问题选择合适的计算模拟方案，在对立统一中推进研究，做到“知行合一”、经世致用，成为实现中华民族伟大复兴的实干家。以相图计算的课堂为例，开展相应的课程思政教学实践。1) 多提问。针对各种材料热力学模型进行相关提问，就各模型的假设条件、优缺点、应用范围进行提问；针对如何通过热力学模型进行数值计算获得相图的方法进行提问；针对如何建立热力学数据库文件进行提问；针对学生对热力学计算软件如Thermo-calc和Pandat的了解程度进行提问。使学生了解到我国在材料研发中的数据库建设的不足和与国外的差距，通过了解相图计算软件的材料数据库建立所需的海量数据积累所带来的繁琐和重复性工作与材料数据库的重大意义，帮助学生建立起踏实、宁静致远的科研态度；2) 课堂讨论。就建立起铝基合金系统的热力学数据库所需要的试验方案、计算模拟工作进行讨论；并就现有钨基合金数据库严重缺乏的情况，引导学生讨论如何建立具有重大国防意义的钨合金数据库进行探索性讨论；3) 课堂实践。以中南大学购置的Pandat软件为例，开展一系列的相图计算实例演示。鼓励学生带电脑上课堂进行课堂练习，解决常见相图计算、材料加工参数设计、成分设计、组织预测等材料研究中经常碰到的问题，并引导学生要建立我国自己的相图计算软件的必要性和紧迫性。

本课程已经开展了自2021到2024年以来的四年教学任务，在教学计划中已经体现了部分思政内容，如黄伯云、钱临照、卢柯等材料学家的典型事迹和卓越贡献，并引导学生开展课外调研。从已结课的同学的反馈看，同学认为通过案例故事、结合专业课程具体知识点穿插性地讲授思政内容、多手段综合运用进行思政融合可起到很好的教学效果，有助于激发学生对于材料计算的兴趣。并且，将课堂的专业课程教学讲授，结合习近平新时代中国特色社会主义理论，引导学生用“知行合一”的思想反思课堂上所讲述的基本理论、概念和技术手段，结合自身熟悉的人物事迹，开展课件“xxx与xxx材料研发”讨论会，并在课程考核中加入“知行合一”思想的检验，能够实现《工程材料计算方法》所设定的教学目标，同时也能引导同学们树立正确的人生观、价值观和爱国主义情怀，达到传道授业、立德树人的目的。

3.3. “知行合一”课程思政效果评价与课程思政改进措施

任课教师邀请参与近两年课程2023年(31名学生)和2024年(85名学生)的学生在课程结束后针对教学内容、教学方法和思政融入做了不记名调研，主要结果如表1~3所示。限于篇幅，数据不列在文章中，读者在合理的要求范围内调研数据，可找作者索取。本课程的思政融入总体上取得了较好的效果，学生对课程融入的元素、融合方式较认可，对学生在课程学习和价值观、人生观塑造起到一定的积极效果，也对课程的专业教学起到一定的反哺效果。学生们倾向于欢迎将课程专业知识与思政元素结合起来，而不是单纯地进行思政元素讲解，融入元素喜欢以案例方式进行，融入的内容也喜欢与时政热点、学生实际需求如就业和科研紧密相关。这为本课程继续开展课程思政教学打下良好的基础。

Table 1. Which method do you think is very effective for teachers to integrate ideological and political content into professional courses?

表1. 你觉得老师在专业课程中采取哪种方式融入思政内容效果比较好？

Table 2. Which forms or contents in this course have a great impact on your values?

表2. 本课程中的哪些形式或内容对你的价值观影响较大？

Table 3. What problems do you think still exist in the ideological and political education of this course?

表3. 你觉得本课程中进行课程思政还存在以下哪些问题？

同时，经过两次教学，我们也看到有不足之处尚有待改进。根据2023年春季课程的少数学生反馈，存在融入方式比较生硬、融入比例不太合理、无法引起学生共鸣、教学效果不明显等不足。在2024年教学，学生由2023年的31人大幅增加到85人，针对上一年度反馈意见，为进一步改进教学效果，施行了以下改进措施：首先对教学内容进行一定的调整，针对上一年度讲授的计算模拟方法过多，使得每种方法的课时偏少，影响学生的理解，2024年度教学在上课之前跟学生交流调研，选取与本院大部分学生科研较密切相关的四种方法进行重点讲解，包括相图计算、相场法、第一性原理计算和有限元方法，其他方法简略讲解，并提供资料给学生参考。然后针对这四种方法，对课程思政内容进行相应更新，使得思政元素与专业教学联系更加紧密；在融入方式上也做了改进，包括给学生课间看视频、在课堂分组讨论等。例如，在讲解有限元模拟内容时，结合我国工业软件行业的发展历史和现状，就工业软件方面，是选用比较国外成熟产品和国产的自主开发但功能还不太全的产品，进行讨论。通过这次课程思政，既加深了学生对有限元软件的基本认识，又让学生了解了国家的相关需求，对学生的科研方向、和未来就业提供了一定借鉴。

通过上述改进，2024年的课程思政进一步获得了学生肯定，例如在结合专业课程具体知识点穿插性地讲授思政内容、以案例的形式融入、以课堂讨论的形式融入这些融入形式上更加获得学生的肯定。虽然上课人数大幅增加，但课程的满意度有了进一步提高。根据2024年课程学生的反馈，需进一步在融入元素和融入方式上进一步提高。由此可见，课程思政不是一蹴而就，而是要在内容和形式上不断改进、更新的。

4. 结论

本项目主要基于课程思政元素融合，探索对理论和实践均有较高要求的《工程材料计算方法》课程授课的新理念、新方法和新技术。获得的主要结论如下：1) 课程思政的内容、融入方式需要随着学生对课程思政和专业知识的需求变化而不断调整；2) 从学生的反馈来看，课程思政内容不是天马行空，需要紧密结合课程的专业内容，达到相辅相成的效果；3) 课程思政内容以案例为主和以案例讲授的方式进行比较受学生欢迎，切忌只进行枯燥的理论宣讲。

基金项目

湖南省学位与研究生教学改革研究项目“知行合一”——《工程材料计算方法》中的“实践论”。

参考文献