新工科背景下自动化专业课程思政探索与实践——以“微机原理及应用”课程为例*

刘 丽 李 擎 董 洁 彭开香

（北京科技大学 自动化学院，北京 100083）

一、“新工科”课程思政建设的必要性

当代科技革命与产业变革促进了“新工科”教育理念的产生，各高校从服务国家战略、满足产业需求和面向未来发展的高度，积极推进“新工科”建设，“新工科”教育是我国建设高等教育强国的必由之路。 2020 年5 月，教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》［1］（以下简称《纲要》），《纲要》要求，各类课程应以隐性教育方式与思政课的显性教育方式彼此协同，帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观，构建“三全育人”大格局，落实“立德树人”根本任务。

“新工科”对培养兼具国际视野、工程素养和创新能力的未来大批“新工科”人才提出了新的要求，其核心能力主要包括知识能力、学术能力、技术能力及社会能力［2］。 如何按照《纲要》要求将课程思政的教学改革融入新工科课程的教学理念和教学设计中，探索从价值引领、知识传授和能力培养“三位一体”的新工科课程思政方法，体现教育价值理性的回归，培养有思想、有情怀、创新能力强的“新工科”人才，成为当下众多高校贯彻落实习近平总书记关于教育的重要论述和全国教育大会精神［3］，提升新工科人才培养质量的共同目标。

新工科背景下工科院校人才培养面临新的挑战，传统的自动化专业人才培养模式已难以适应新工科建设需求。 马倩和金鹏［4］介绍了南京理工大学自动化专业人才培养存在的共性问题，并描述了其面向新工科的人才培养创新模式。 曹立佳等［5］讨论了“新工科”背景下高校自动化专业改革升级的主体思路，探索人才培养模式和课程体系改革的方法。 文春明等［6］提出了新工科背景下自动化专业人才培养方案与提升学生创新创业能力的思路和方法。 王章豹等［7］面向新工科建设需求，对理工科大学生创新创业现状进行了调查和分析，提出了创新创业教育协同育人体系和机制。

新工科人才培养要求与课程思政育人融汇互通，具有深远意义，其价值重在实现新工科人才的能力培养与价值塑造相融合。 阎若思等［8］提出新工科视域下课程思政建设实施路径，即强化顶层设计，完善建设制度；改进教学方法，健全评价体系等。 新工科背景下，在专业课教学过程中把马克思主义立场、观点、方法的教育与科学精神的培养结合起来，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力；注重强化学生工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当；挖掘课程知识中蕴含的哲学思想、理想信念、爱国情怀、价值观念、人文精神、社会道义等思政教育元素，是当前工科专业课程思政建设的主要方向［9］。 把思想政治教育贯穿人才培养体系、融入教学的各个环节是实现全员育人、全过程育人、全方位育人的重要手段［10］。

二、自动化专业课程思政设计

“新工科”计划对工科类学生应掌握的能力、应具备的道德素养提出了要求。 以往工科专业的教学注重专业知识的传授，忽略了课程思政在知识传授和育人过程中的价值塑造作用。 为了实现课程思政“润物无声”的育人效果，需要探索如何深入挖掘蕴涵在专业课程教学中的思政元素［11］。自动化专业是以系统科学、控制科学、信息科学等为理论基础，以电力电子技术、传感技术、计算机技术、网络技术等为主要技术手段，实现运动控制、过程控制、系统最优化控制的跨学科综合性专业。 面向《中国制造2025》战略方针和人才需求，自动化类专业课程思政设计思路如下。

（一）自动化专业课程思政育人目标

基于自动化专业培养目标，分析专业人才培养特点与专业能力素质要求，确定专业体系课程思政的重心与内容，深度挖掘提炼专业知识体系中所蕴含的思想价值和精神内涵，围绕学科特色凝练思政元素。

本专业落实“立德树人”根本任务，围绕“双一流”建设和“三全育人”综合改革工作，从“坚持政治统领、坚持固本强基、坚持立德树人”3 个方面精准发力；围绕培养民族复兴大任所需要的拔尖创新人才，深入挖掘专业德育培养目标，挖掘专业学科知识在强国中发挥的作用，增强学生对专业学习的自豪感；坚持知识传授和价值引领相统一，弘扬爱国主义精神，服务国家战略和行业要求，在传授显性知识的同时，实现隐性的价值引领［12］。

本专业以“制造强国”为思政教育主线，以“中华民族伟大复兴的中国梦”引领大学生的理想信念，培养学生家国情怀和勇攀科学高峰精神，提高学生的社会责任感、道德情操、法律意识、专业素养和工程素质。 将控制学科史、科技史教育融入专业教育，将“工程伦理”和“工匠精神”等价值引领融入课程教学改革，培养学生“以世界为舞台，以工程为特色，以制造强国为使命”的新时代担当。

（二）自动化专业课程思政实施方法

第一，实施“三学三用”教育计划，提高学生培养质量。 教育引导全体学生“学明理，用爱国主义精神铸梦；学本领，用勤学求真追梦；学担当，用奋斗力行圆梦”，构建德智体美劳“五育并举”、全程导师+任课教师+班主任+辅导员+小班主任“五位一体”的育人体系。

第二，从专业课程体系挖掘思政资源，实现价值塑造、知识传授和能力培养融合的教学内容。自动化专业知识结构体系以数理知识、机电知识、计算机知识为基础知识层，构建面向系统与工程的系统知识域，包括复杂系统、运动控制系统、过程控制系统、管理信息系统、系统工程、智能系统、机器人系统等等。 根据课程所需要体现的思政教育侧重点，将专业课程分类，打造课程思政“课程链”。 按照课程群梳理专业课程教学内容、课程特点、思维方法和价值理念，深入挖掘知识体系中蕴含的思政资源，凝练提升为思政元素点（如图1所示），形成课程思政教学案例库。

图1 自动化专业课程思政课程体系

第三，科学思维方法训练与工匠精神培养相结合。 建设自动化专业工程教育思政素材库，挖掘和整理控制科学学科在国家重大工程和生活中的应用，学科专业承载的光荣使命和历史上的发明与创新，为培养学生建立“四个自信”和精益求精的大国工匠精神提供案例；介绍与专业课相关的科学家，挖掘本学科科学家们的科技报国的奉献精神和追求真理的科学精神，影响和引导学生攻坚克难、牢记使命、砥砺奋进。

第四，理论与实践相结合，将学生的理论学习与实践教育紧密结合起来，有效提高学生的工程素质。 积极引导学生正确认识专业学习与服务社会的关系，引导学生创造性地用学科知识关注和解决社会现实问题，体现学习的高阶性、创新性和挑战度；开展企业实习等专业实践活动，激发学生的专业荣誉感与行业自豪感；加强社会实践，在实践中引导学生聚焦国家发展战略进行创新创业。

三、“微机原理及应用”课程思政教学方案

具体课程思政教学设计可从课程自身的知识体系进行价值提取和升华，发掘教学内容中所蕴含的哲学思想与思政元素［13］。 理论、知识和技术中内涵的价值观、系统逻辑、认识论和方法论。 辩证思维、系统思维、创新思维等科学思维方式的启发与建立。 实验课中各个实验设计承载大量思政元素，如实验室制度遵守（自律）、创新思维、发现问题与解决问题能力，客观严谨、工匠精神、团队协作、科学观训练。 本文以“微机原理及应用”课程为例，从教学目标、教学方案设计、教学评价等方面探讨如何将课程思政贯穿于课堂授课、教学研讨、实验实训、作业论文各环节。

微机原理及应用课程是自动化专业、人工智能及测控专业大学教育中的专业基础课，是一门理论与实践密切结合的课程，在培养学生综合设计能力和自动化工程实践能力方面占有重要的地位，旨在培养学生解决实际问题的能力和创新意识。 将课程思政的教学改革融入微机原理及应用课程的教学过程中，体现了“三全育人”教育理念。 微机原理课程的内容抽象，知识理论性强，理解晦涩难懂，本文探索如何在理论知识的讲解和相关实践技能学习中，挖掘蕴含在知识体系中的思政资源，强化对学生社会主义核心价值观、个人素养和工程伦理等方面的育人教育。

（一）课程教学目标

在微机原理及应用课程教学目标中挖掘和融入课程思政育人目标，将课程思政素材科学合理地安排到教学环节中，从知识、能力和素质3 个维度细化课程教学目标（如图2 所示），进行教学方案设计。

图2 “微机原理及应用”课程教学目标

课程目标1：通过讲解和查阅文献让学生了解计算机技术的发展历程，通过课堂研讨和撰写报告等形式探讨我国研发“龙芯”的战略意义，培养学生的家国情怀，激发学生敢于创新、勇攀高峰的科学精神，使专业教育与思政教育相互促进、相得益彰。

课程目标2：掌握微型计算机硬件系统的基本结构和工作原理、熟练掌握中断控制系统、接口技术，能够进行硬件系统设计。 具备应用数学、工程基础和专业知识对复杂工程问题建模，并进行计算机系统设计的能力。 培养学生解决工程问题的系统思维、创新思维，并在计算机控制系统设计过程中充分考虑工程伦理。

课程目标3：掌握计算机指令系统和汇编语言程序设计方法，掌握I／O 接口芯片的编程及应用，具有应用软件系统分析、设计能力。 在程序设计开发过程中，培养规范意识和精益求精的工匠精神。 同时，强化软件知识产权保护教育，提升法律意识。

课程目标4：通过实验教学，进行软件和硬件系统设计和实现以解决复杂工程问题，针对系统设计问题进行分析、交流与总结。 培养学生发现问题和解决问题的能力，提升沟通与交流能力，将崇尚实践、客观严谨、团队合作、工匠精神融入实践教学，成为学生科学观的价值引领。

（二）课程思政教学内容设计

举例说明微机原理及应用的教学过程中，如何引入课程思政元素进行教学内容设计与评价，如表1 所示。

表1 “微机原理及应用”课程思政教学内容示例

第一，介绍课程理论、知识、技术的来源与发展，回看科技进步史，传播辩证唯物主义思想，培养学生的科学素养［14］。 自1946 年计算机之父冯·诺依曼发明第一台电子计算机ENIAC 以来，计算机以惊人的速度发展，应用领域从最初的军事科研扩展到社会的各个领域，已形成了规模巨大的计算机产业，带动了全球范围的技术进步。计算机发展历程体现了唯物辩证法的发展观，无论是自然界、人类社会还是人的思维都是在不断运动、变化和发展，事物发展的实质就是由简单到复杂、由低级到高级的递进。 引导学生用发展的眼光看待问题，培养学生科学观和历史思维。

第二，聚焦国家重大战略需求和世界科技前沿，在推进信息化和工业化深度融合，加快实施《中国制造2025》国家战略，展望国家未来发展对科技创新人才的迫切需求。 结合信息化领域受制于国外“卡脖子”的现状，国家加快自主创新，加强关键核心技术攻关的骨气和志气，激发学生的爱国主义情怀，增强民族自豪感，坚定“四个自信”。 鼓励学生立志钻研关键核心科技，将个人理想与民族复兴大任相融合，树立科技强国远大志向。

党的十八大以来，网络安全和信息化工作被提升到国家战略层面，中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《国家信息化发展战略纲要》［15］，要求将信息化贯穿我国现代化进程始终，加快建设网络强国。 当今世界，信息技术创新日新月异，全球信息化进入全面渗透、跨界融合、加速创新、引领发展的新阶段。 谁在信息化上占据制高点，谁就能够掌握先机、赢得优势、赢得安全、赢得未来。在信息化发展方面我国仍然存在着一些薄弱环节和突出短板，在集成电路、软件技术、核心元器件等方面，我国不能完全自主，还受制于人，安全可控的产业生态还没有形成。

中央处理器CPU 是计算机系统的核心部件，负责整个系统指令执行、逻辑运算、数据存储与传送以及输入／输出的控制。 过去，代表着国际IT顶尖技术的CPU 芯片一直被英特尔等国外巨头垄断，中国企业与消费者为之付出了巨额版权费。中国科学院计算所自主研发的通用CPU——“龙芯”，打破了中国无“芯”的历史，是民族科技产业化道路上的一个里程碑。 “龙芯”1 号CPU 的研制成功标志着中国已打破国外CPU 芯片的垄断，对中国的CPU 核心技术、国家安全、经济发展具有举足轻重的作用，2015 年3 月31 日中国发射首枚使用“龙芯”的北斗卫星。

通过案例教学让学生了解国家“自主可控”的战略需求，分析信息化领域受制于国外“卡脖子”技术问题，鼓励学生立志报国、奋发有为，激发学生学习内在动力，促成从“学为小我”到“学为大我”的学术志向提升，从“要我学”转变为“我要学”。

第三，通过撷取我国光荣而艰辛的科技发展历程中数之不尽的人物与故事，结合取得的辉煌科技成果，弘扬科技报国的光荣传统，鼓舞学生的奋斗精神，让学生树立自信，激发学生敢于创新、勇攀高峰的科学精神。

介绍微机原理应用时，结合国家信息技术与制造技术融合创新的智能制造战略需求，传授在工业生产自动控制技术发展过程中学校老一辈科学家科技报国的先进事例，使学生们能从身边熟悉的院士、教授身上真切感受到“求实鼎新”的北科精神，使学生体会到本学科的学科价值，增强专业认同感，从而坚定学术志向，激发科技报国热情。

具体案例包括我国轧钢自动化控制领域开拓者之一、北京科技大学孙一康教授在极其艰苦的条件下开展轧钢生产过程计算机控制的科技研究工作。 二十世纪八十年代后，从日本引进的东芝计算机控制系统的能力已经难以适应我国轧钢生产能力扩大的需求，且出现了控制反应迟钝、硬件故障率上升等问题，并且东芝公司在1985 年就停止了相关配件的生产，这套计算机系统随时都有完全瘫痪的危险。 孙一康等一批冶金自动化方面的专家通过调研和论证坚信：“我们中国人有能力设计这个控制系统，计算机控制软件可以立足于国内力量设计开发”。 孙一康先生带领团队自力更生、奋发图强，经过数年的艰辛努力，1992 年终于成功地进行了轧钢计算机控制系统的安装、调试，并一次试车成功，打破了国际少数电气公司的技术垄断，为我国大型轧钢自动化技术开发立足国内迈出了重要一步。

第四，在培养学生专业技能的同时，综合考虑专业理论应用过程和实践环节中所涉及的社会、健康、法律以及环境等因素，融入专业素养、工程伦理、工匠精神、职业道德、职业规范等思政育人元素。 实践中涉及的思考、合作、学习、创新能力等元素可作为思政教育的切入点，培养学生解决复杂工程问题的能力；激发学生自主学习、探索和创新意识；融入马克思主义哲学思想“透过现象看本质”，通过实验现象分析实验原理和相关理论知识。 微机原理实验教学中，学生通过系统设计、编写程序、系统测试、书写实验报告，培养了客观、严谨、探索和创新的科学观以及精益求精的工匠精神，树立了团队协作意识，提升了解决复杂工程问题的能力。

四、课程思政教学的初步成效

学生将所受教育的知识内化和对课程思政产生认同是检验课程思政改革成效的主要标准［16］。本专业将课程思政育人融入第一、第二课堂后，学生培养呈现“四高”特征：本科生课程通过率97.4%、竞赛获奖率近40.0%、深造率61.1%、就业率97.5%。 本专业120 余名学生参与国庆70周年服务保障活动；近3 年共有30 余名毕业生选择参军入伍或到祖国最需要的西部地区和县级以下基层建功立业。

微机原理及应用课程率先进行课程思政教学改革，在上一轮教学过程实施应用，已初见成效。通过课程思政的引领，学生专业认同感、责任感上升，激发了学生的学习热情，学生的上课抬头率、作业的认真程度较以往都有所提升。 学生遵守课堂纪律，不迟到不早退，遵守学习规范，及时提交作业和报告；学生学习该课程的动力足，主动完成学习任务；课程发布小视频9 个，学生累计评论300 余次，每名学生撰写学习研修报告4 份，案例互评100 余次；学生能够积极参与小组学习与探讨的课业活动中，主动承担分工任务，提升了团队协作能力；学生对后续学习的兴趣加强了，坚定了未来职业发展信心。 在结课学生自评问卷调查中，98.4%的学生非常认同这种将思政元素融入课程教学中的改革，并纷纷表示“通过课程学习提升了民族自信心和自豪感”“对自动化专业的未来充满信心”。

五、结语

本文探讨了新工科背景下自动化专业如何开展课程思政设计，进一步以微机原理及应用课程为例，从课程思政教学目标、教学方案设计、教学评价等方面，深入探讨专业课程思政建设的具体措施，赋予专业课程价值引领的重任，进一步提升和改善专业课程体系的育人成效，努力在培养新工科人才的道路上持续践行责任与担当。