基于数学模型开展工科课程思政教学

摘  要：高校专业课程内蕴着重要的思想政治教育元素，如何挖掘和运用这些思政元素，发挥其在立德树人教育中的作用，以润物无声的形式将正确的价值观传导给学生，并与思政课程的思想政治教育同向同行，形成协同效应，这是广大高校专业课程教师所面临的一项重要教学改革任务。该文提供作者对工科专业课程的思政定位、思政元素及教学形式的几点思考，并针对工科学科专业学生更依赖于理性思维、注重逻辑思考的特点，提出基于数学模型开展思政教学的方法，给出在系统工程专业教学中融合思政教学的案例实验法，展示如何以数学模型和实验数据支撑思政教育的新途径。

关键词：课程思政;系统工程;数学模型;案例实验;教学途径

中图分类号：G641      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）31-0173-04

Abstract： College professional courses contain important ideological and political education elements. It is an important teaching reform task faced by all Chinese college teachers that involves how to excavate and use these elements， give play to their role in the education of building morality and cultivating students， transmit the correct values to students in the form of moistening things silently， and form a synergistic effect with the ideological and political education of ideological and political courses. This paper provides the author's thoughts on the ideological and political orientation， ideological and political elements and teaching forms of engineering courses. In view of the characteristics that engineering students rely more on rational thinking and logical thinking， this paper puts forward a method to carry out ideological and political teaching based on mathematical model， and gives a case experiment method to integrate ideological and political teaching in the teaching of system engineering courses， and shows a new way of ideological and political education with mathematical models and experimental data.

Keywords： curriculum ideology and politics; systems engineering; mathematical model; case experiment; teaching approach

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，“要用好课堂教学这个主渠道……提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待，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”[1]。过去长期以来，高校思想政治教育主要都是由思想政治课程来承载，形成了“孤岛化”困境，思政教育与专业教学“两张皮”现象一直存在[2]。专业课程在高校教育教学中占据重要的地位，如何挖掘其中内蕴的思想政治教育元素，发挥其在立德树人教育中的作用，以润物无声的形式将正确的价值观传导给学生，是广大高校专业课程教师当前所面临的主要教学改革任务[3]。教育部2021年11月24—26日组办了“高校教师课程思政教学能力培训”课程，全国十余万高校教师参与了课程培训，学习和借鉴各类专业学科在课程思政方面的案例经验。其他各高校相继组办了专业课课程思政教学经验交流与学习的各项研讨会，在全国形成了专业课课程思政教学研究潮流，探讨如何“守好一段渠、种好责任田”。

笔者在北京航空航天大学系统工程学科专业从事教学、科研和研究生培育工作十余年，承担了系统工程专业核心课程工程优化、系统经济性工程、工业工程基础、数学建模方法与实践等课程教学任务。在所讲授课程中实施课程思政教学改革方面进行了一些思考和尝试，产生了一些实践经验，以供教学同行们参考。

一、关于专业课课程的思政定位、思政元素及思政教学形式的思考

首先，需要认识到思想政治教育是一门科学，要研究思想政治教育的科学属性，要从认知论、逻辑学、教育心理学等角度分析思想政治教育的科学规律，才能科学地制定相应的教学内容、教学方法和实施形式，产生符合科学规律的良好教学效果。我党的思想政治教育是由马克思主义理论——这一科学基础指导理论发展而来，具有严格的科学性。这种科学性是指思想政治教育建立在对社会发展规律的深刻认识基础上，探寻思想政治教育的发展规律，反映社会发展的要求[3]。思想政治教育同样需要遵循包括社会科学、自然科学、认知科学在内的科学规律来开展，其本质属性是政治性与科学性的有机统一[4]。

其次，要深挖学科专业所蕴含的课程思政元素。要像做学问研究一样分析学科专业的各项专业知识与思想政治教育之间可能存在的交织关系和结合点，评估专业知识与思政教育之间的促进关系，形成可利用的课程思政元素。例如，可尝试将学科专业知识与中华优秀传统文化、社会主义核心价值观，以及民族伟大复兴理想与责任联系起来，从中汲取思政养分，重新设计专业课的课程内容和讲授方式，从而在专业知识教学过程中，潜移默化地帮助学生树立在国家层面、社会层面和公民个人层面的正确价值观，达到课程思政效果。

第三，坚决不能采取“硬植入式”的思政教学，这是需要特别注意的。不能在专业课程上脱离专业知识而直接插入思想政治教学内容。这不符合传授知识需要循序递进的教学科学规律，同时也容易令学生反感，起到相反作用。而是要将课程思政与专业教学知识有机融合，无缝连接，使学生在接受专业知识的过程中，自然而然地接受思政教育，能够自发达到诸如坚定理想信念、政治认同、家国情怀、文化素养、宪法法治意识、道德修养等思想品德提升，产生润物无声，潜移默化的效果。如果没有将思政元素融入到专业课程中，而是仅就爱国、诚信等社会主义核心价值观主题进行机械的空谈，思政部分和专业课仍然泾渭分明，则课程思政就是浮于表面，同样不能产生思政教育效果。

第四，要根据每一门专业课程自身特点，设定与之相适应的课程思政定位。一门专业课程是不能也无法承载全方面的思政教学任务的，而是需要根据专业课程讲授的知识内容，选择与之最匹配的课程思政定位，挖掘相应思政元素，突出本专业的鲜明特色，完成某一方面的思政教学作用。例如，北京航空航天大学的航空航天概论课程教学团队以“厚植空天报国情怀”为该课程的思政定位。在讲授航空航天基础知识的同时，讲述了我国科学家空天报国的人物故事、感染事迹，为学生厚植空天报国情怀;基础课程（物理、数学）的思政定位则为培育学生“科学精神”，在讲授基础知识的同时，讲述（发现）知识背后的（我国）科学家们的故事和事迹，教育学生具备“科学献身、科研报国”的科学精神;工程类课程以“敢为人先的创新精神、团队精神”为思政定位，在传授工程技术知识的同时，介绍我国工程领域内的重大工程背景和“工程奇迹”，培育学生勇于创新和实践的团队精神等。

第五，要设计好课程思政的教学形式。一门课程有了好的思政定位，也提炼出了专业所蕴含的思政元素，但还要设计恰当的课程思政形式，以达到最好的思政效果。主要的课程思政形式包括并不限于课堂讲授、案例学习、实习参观、工程实践和人物访问等，其目的是以与专业知识和思政元素相契合的方式，使课程思政教育达到最佳效果。

二、系统工程专业课程思政实践——基于数学模型的课程思政实践

系统工程专业具有显著的专业领域针对性，是典型工程类专业，也是涉及了较多其他学科专业的综合学科。钱学森将系统工程划分为14个专业领域，分别是工程、科研、企业、信息、军事、经济、环境、教育、社会、计量、标准、农业、行政和法制系统工程[5]。面向不同专业领域的系统工程专业，在课程思政的思政定位、思政元素和思政形式等方面，都应根据实际情况进行设计，以达到最佳的、有针对性的思政效果。

北航系统工程专业面向工程系统领域，主要是为国防工程系统领域培育高质量专业人才，因此在课程设置和人才培育上具有鲜明针对性特色，这种特色为课程思政教学的思政定位、思政元素提取和思政形式设计提供了明确的指导性方向。

（一）思政定位

北航系统工程专业的课程思政定位于培养学生“传承为民精神、献身国防事业”。这是由于北航系统工程专业具有面向国防工程系统领域培育人才的鲜明特色，培养学生需具有“献身国防、强国有我”的奉献精神和家国情怀。同时，由于北航工程系统工程系是由我国老一辈可靠性系统工程奠基者——已故杨为民教授一手所缔造，在北航院内立有杨为民老师的纪念雕像。他无私奉献、献身国防高尚人格的“为民精神”，一直支撑和鼓励着北航可靠性与系统工程学院的师生们在他开拓的事业上继续前进。

（二）思政元素

系统工程学科专业蕴含的思政元素包括系统工程的整体观、全局观、全程观和核心观等系统观念，以及系统思维方式等。培养这些观念和思维方式，有助于学生们养成以系统的、全面的思维习惯看待国家与社会、历史与未来、集体与个人等之间的关系，养成不偏激、不片面、不固执、不激进、不自大和不自卑的做人做事态度，增强包括政治意识、大局意识等在内的“四个意识”。在讲授系统优化知识时，课程思政还可抓住“系统优化”这一思政元素，培养学生具备系统优化思维观念。并与国防系统中的工程优化问题结合起来，以数学优化模型对国防系统、社会系统、经济系统及工业系统中的优化问题进行建模与开展仿真优化计算实验。通过数学模型和数据案例，科学地提升学生对国家发展的道路自信、理论自信、制度自信和文化自信。

（三）思政形式

在课程思政方式上，以国防工程案例教学为抓手来实施向学生传授系统工程整体、全局、全程及核心系统观。以笔者承担的工程优化课程为例，筹建了十大教学案例实验，见表1。针对国防工程中的若干重大优化问题，建立了数学优化模型，模型以全局优化和全程优化为综合优化目标，以仿真数据对模型进行计算求解实验。

通过上述的数学优化模型和仿真数据计算实验，在潜移默化中令学生掌握了系统整体、全局、全程的优化方法和观念。同时通过国防工程案例的学习，激发学生产生“献身国防、强国有我”的爱国热情，在润物无声的方式下，达到了预期育人效果。

在系统经济性工程课程中，从全程、全面工程经济性优化设计角度，以案例实验讲授如何开展多目标经济性优化建模与求解专业知识，同时也以案例数据对比起到了课程思政教学作用。

案例思政实验1：寿命周期系统经济性优化模型案例[6]。设计了针对长寿命周期工程系统的全局和全程经济性优化设计案例实验教学，以我国高铁系统经济效益优化为案例建立了多目标数学优化模型，以真实案例数据输入对比了国内外两种制度下的必然优化结果，得出了美国制度下永远不可能建成类似我国高铁系统的实验结论，彰显了我国国家制度在长期规划、全局规划方面的显著优越性，在潜移默化中使学生自发增强了“大局意识”，坚定了“道路自信”和“制度自信”。该案例也是对课程思政具有科学属性一面的一种诠释。