＊杜錕 柏元娟 陳志彥

（中南林業(yè)科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 湖南 410004）

前言

二十大報(bào)告指出，在邁向第二個(gè)百年奮斗目標(biāo)的歷史新征程上，我們要堅(jiān)持教育優(yōu)先發(fā)展、科技自立自強(qiáng)和人才引領(lǐng)驅(qū)動(dòng)，因?yàn)榭萍际堑谝簧a(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動(dòng)力。深入實(shí)施科教興國(guó)戰(zhàn)略、人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，教育、科技、人才三個(gè)基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性要素必須進(jìn)行深度整合與強(qiáng)化，形成各要素之間三位一體融合發(fā)展的新格局[1-3]。高校歷來是人才培養(yǎng)的主陣地，同時(shí)也是科研創(chuàng)新與應(yīng)用實(shí)踐的重要部門，充分發(fā)揮二者自身的職能特色并形成三全育人合力，是民族復(fù)興之路上廣大教育工作者的重要使命。

材料化學(xué)是一門理工結(jié)合的新興交叉學(xué)科專業(yè)，注重在原子、分子水平對(duì)新材料的設(shè)計(jì)、制備、組成、結(jié)構(gòu)和性能之間的影響關(guān)系進(jìn)行探索和研究，其涉及的專業(yè)問題小到人民的衣食住行，大到國(guó)家的戰(zhàn)略需求，是支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的重要專業(yè)之一[4]。材料結(jié)構(gòu)表征課程是我校材料化學(xué)本科專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，其教學(xué)內(nèi)容包括理論和實(shí)驗(yàn)兩部分，專業(yè)知識(shí)點(diǎn)抽象且涵蓋面廣，理論性和實(shí)用性均非常強(qiáng)。本門課程的主要內(nèi)容包括光譜分析、電子顯微分析、熱分析、X-射線衍射、核磁共振波譜等常見的材料分析測(cè)試方法，課堂教學(xué)涉及各類分析方法的基本原理、應(yīng)用領(lǐng)域、儀器結(jié)構(gòu)及操作過程。材料的組成、結(jié)構(gòu)和性能三要素之間密不可分，任何新材料的開發(fā)和應(yīng)用必然涉及對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能的表征和分析[5]。通過對(duì)本門課程的學(xué)習(xí)，能夠強(qiáng)化材料化學(xué)專業(yè)本科學(xué)生對(duì)于專業(yè)知識(shí)的深度理解和綜合運(yùn)用，進(jìn)一步培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力。

1.課程教學(xué)的現(xiàn)狀及問題

材料結(jié)構(gòu)表征技術(shù)是高等院校中材料類專業(yè)高年級(jí)學(xué)生的一門重要專業(yè)課程，也是現(xiàn)代材料工作者必須要掌握的一類重要專業(yè)性技術(shù)工具。材料設(shè)計(jì)、制備合成與功能應(yīng)用的各個(gè)環(huán)節(jié)都蘊(yùn)含著對(duì)材料微觀組成、化學(xué)結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間的深入理解和綜合分析，因此本門課程的教學(xué)內(nèi)容牽涉面廣且實(shí)用性強(qiáng)，在近幾年的實(shí)際教學(xué)過程中面臨著不少問題，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)教學(xué)內(nèi)容龐雜抽象，相互獨(dú)立性強(qiáng)

材料結(jié)構(gòu)表征的相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展，其自身也在不斷地完善和更新，體現(xiàn)出鮮明的時(shí)代發(fā)展特征?，F(xiàn)代材料分析技術(shù)基于實(shí)驗(yàn)探索的方式，完成對(duì)各類材料組成結(jié)構(gòu)、物相特征、微觀形貌和應(yīng)用性能的全方位觀察和分析，其理論教學(xué)內(nèi)容涉及材料學(xué)、化學(xué)及物理等諸多學(xué)科的不同專業(yè)知識(shí)，需要學(xué)生具備一定的通識(shí)課基礎(chǔ)和專業(yè)課背景。在具體教學(xué)過程中，各類表征分析技術(shù)的基本原理各具特點(diǎn)又相對(duì)獨(dú)立，理論概念紛繁復(fù)雜且通常比較抽象，要求學(xué)生具備較扎實(shí)的結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。導(dǎo)致專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)難度較大且學(xué)習(xí)效果欠佳，各章節(jié)的理論知識(shí)點(diǎn)掌握不牢固，無法實(shí)現(xiàn)不同分析技術(shù)之間的有機(jī)聯(lián)系，在實(shí)踐運(yùn)用過程中更是難以做到融會(huì)貫通和學(xué)以致用。

(2)教學(xué)方式傳統(tǒng)單一，缺乏聯(lián)系互動(dòng)

目前，材料結(jié)構(gòu)表征課程的理論部分仍是以傳統(tǒng)的講授教學(xué)為主，利用PPT展示作為輔助手段。雖然圖片、視頻等教學(xué)資源能夠一定程度上提升同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，但是仍然沒有脫離灌輸式的教學(xué)模式?，F(xiàn)代材料分析技術(shù)發(fā)展的多樣性和復(fù)雜性，不僅需要學(xué)生具備更多的學(xué)科知識(shí)儲(chǔ)備，也對(duì)專業(yè)教師持續(xù)補(bǔ)充和完善自身業(yè)務(wù)素養(yǎng)提出了更高的要求。單一的教學(xué)方式難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，同時(shí)由于理論課程內(nèi)容抽象、教學(xué)學(xué)時(shí)緊張以及教學(xué)內(nèi)容分散繁雜等特點(diǎn)，使學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)過程中深感枯燥和壓力，只能被動(dòng)接受和不求甚解的對(duì)待教材中的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

(3)教學(xué)儀器設(shè)備緊缺，難以滿足需求

材料結(jié)構(gòu)表征課程既強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)的積累，也要求實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力的鍛煉，二者緊密聯(lián)系、相輔相成。我校材料化學(xué)本科專業(yè)在本門課程中分別設(shè)置了48學(xué)時(shí)的理論課和16學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課，而實(shí)驗(yàn)課程需要使用的儀器設(shè)備大多為現(xiàn)代化的高精尖型大型儀器測(cè)試設(shè)備，如掃描電子顯微鏡和核磁共振波譜儀等。此類設(shè)備由于價(jià)格昂貴且維護(hù)成本較高，通常是優(yōu)先滿足科學(xué)研究的使用需求，部分特殊儀器尚處于等待購置的空白階段。這一客觀現(xiàn)實(shí)是我國(guó)教學(xué)型高校所面臨的一個(gè)普遍性問題，因此，針對(duì)大型材料測(cè)試儀器的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程，很難滿足本科學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立操作的實(shí)際需求，使得學(xué)生對(duì)不同儀器設(shè)備工作原理和操作方式的理解只能停留在較淺的觀察認(rèn)識(shí)層面，無法在理論和實(shí)踐層面進(jìn)行轉(zhuǎn)化融合。

2.科教協(xié)同理念下課程教學(xué)改革探索

教學(xué)和科研是高校的兩大核心職能，而高校又是未來實(shí)施科教興國(guó)戰(zhàn)略，完成教育、科技、人才三位一體協(xié)同發(fā)展，持續(xù)推進(jìn)為黨育才、為國(guó)育才功能，穩(wěn)步推動(dòng)中華民族偉大復(fù)興大計(jì)的關(guān)鍵戰(zhàn)場(chǎng)。高校教育教學(xué)工作者應(yīng)充分重視科研成果向教學(xué)育人的轉(zhuǎn)化和賦能，高水平的教學(xué)工作與科研成果應(yīng)是互相促進(jìn)、相得益彰的。在新時(shí)代科教融合、協(xié)同育人的教育理念下，將教育、科研與創(chuàng)新進(jìn)行一體化組織布局，是有效推動(dòng)我國(guó)未來高等教育發(fā)展的必由之路。

(1)教學(xué)內(nèi)容的與時(shí)俱進(jìn)

科教融合是大學(xué)發(fā)展的理念，大學(xué)是科教融合發(fā)展的核心載體[2]。當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷深化結(jié)合，對(duì)高校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提出了新的要求。作為知識(shí)傳承的主要載體，專業(yè)性教材雖然具有系統(tǒng)性、學(xué)科性和通識(shí)性特點(diǎn)，但同時(shí)也缺乏專業(yè)知識(shí)與技能的學(xué)術(shù)性和前沿性，不同程度地滯后于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。因此，專任教師一方面需要及時(shí)跟蹤課程教學(xué)內(nèi)容的前沿發(fā)展情況，不斷更新和提升自身業(yè)務(wù)能力和業(yè)務(wù)水平；另一方面，也要針對(duì)授課教材的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行推陳出新和查漏補(bǔ)缺，不斷修改和完善專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容。

立足于農(nóng)林院校的歷史背景和專業(yè)特色，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)選取學(xué)生較為熟悉的纖維素及其衍生物作為貫穿課程教學(xué)的核心科研元素，對(duì)此類生物質(zhì)材料的制備過程、表征手段與功能應(yīng)用進(jìn)行分類和總結(jié)，并形成具有科研導(dǎo)向的課堂教學(xué)素材。基于纖維素材料的最新科學(xué)研究成果，有機(jī)串聯(lián)不同的材料表征技術(shù)，以此增強(qiáng)教師教學(xué)的針對(duì)性和清晰度，進(jìn)而提升學(xué)生學(xué)習(xí)的獲得感和滿意感。以超疏水纖維素氣凝膠材料的教學(xué)素材為例，利用強(qiáng)酸水解微晶纖維素得到納米纖維素原料，隨后通過溶膠-凝膠法制備得到硅氧烷改性的超疏水纖維素復(fù)合氣凝膠。纖維素材料改性前后的化學(xué)結(jié)構(gòu)變化，可以通過傅里葉變換紅外光譜進(jìn)行分析，同時(shí)X-射線衍射分析能夠?qū)Ρ壤w維素原料與纖維素復(fù)合氣凝膠的結(jié)晶情況；而復(fù)合氣凝膠材料的微觀形貌可以通過掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀察，不同樣品之間的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與元素組成還可以通過熱重分析和X-射線光電子能譜進(jìn)行分析和對(duì)比。通過對(duì)此類科研素材的學(xué)習(xí)，不僅能使學(xué)生更加透徹的理解不同表征測(cè)試技術(shù)的實(shí)驗(yàn)原理和應(yīng)用范圍，還有效培養(yǎng)了專業(yè)學(xué)生對(duì)材料表征技術(shù)進(jìn)行綜合運(yùn)用的實(shí)踐能力。

(2)教學(xué)方法的多元統(tǒng)一

在材料結(jié)構(gòu)表征課程的課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師要注重學(xué)生好奇心和創(chuàng)造力的培養(yǎng)。在授課前安排相關(guān)教學(xué)內(nèi)容與生活實(shí)際中科技發(fā)展密切聯(lián)系的小調(diào)研，積極引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立自主地學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，帶著問題和疑惑進(jìn)入課堂，將有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的情感和興趣；在課中多采用啟發(fā)式、問題式、討論式和案例分析型等多元化的教學(xué)方法，通過現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源和研究熱點(diǎn)報(bào)道諸多教學(xué)載體，共同幫助學(xué)生完成專業(yè)知識(shí)從感性認(rèn)知到理性認(rèn)知的升華，從實(shí)踐的角度剖析和掌握不同類型的材料結(jié)構(gòu)表征技術(shù)；在課后留下專業(yè)提升性或者知識(shí)拓展性作業(yè)，并提供必要的討論答疑時(shí)間，為學(xué)生自主思考和解決課程實(shí)際問題開辟新的成長(zhǎng)空間。

以核磁共振波譜的理論教學(xué)為例，教師通過課前調(diào)研的方式布置相關(guān)作業(yè)，以日常生活中大家熟知的核磁共振成像為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)收集和整理資料。在授課過程中，以小組匯報(bào)的形式安排學(xué)生對(duì)核磁共振現(xiàn)象的原理和應(yīng)用情況進(jìn)行集中討論和分析，并由教師對(duì)醫(yī)療領(lǐng)域的核磁共振成像技術(shù)與材料測(cè)試分析中的核磁共振波譜技術(shù)進(jìn)行對(duì)比和介紹，由此展開對(duì)核磁共振波譜章節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理論教學(xué)。實(shí)踐表明，從以“教”為主轉(zhuǎn)變到以“學(xué)”為主，能夠有效提高學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)熱情，在團(tuán)隊(duì)合作、自由討論和延伸思考的過程中，學(xué)生的主觀能動(dòng)性和知識(shí)獲得感得到了充分的提升。結(jié)合教師的科研項(xiàng)目，以功能高分子的設(shè)計(jì)、合成、表征與應(yīng)用為主線，充分介紹了核磁共振氫譜、碳譜相關(guān)的實(shí)驗(yàn)原理、譜圖解析與實(shí)踐應(yīng)用內(nèi)容，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)于核磁共振波譜分析技術(shù)的理解和掌握。

(3)科教創(chuàng)新的循環(huán)轉(zhuǎn)化

材料結(jié)構(gòu)表征課程的授課教師通常活躍在科研一線，對(duì)于各種材料分析測(cè)試技術(shù)擁有較為深入的理解和運(yùn)用。課程教師自身承擔(dān)的各類科研項(xiàng)目就是一種重要的教育教學(xué)資源，同時(shí)根據(jù)學(xué)科研究領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)發(fā)展，結(jié)合不同學(xué)生的興趣愛好與能力層次，可以進(jìn)一步申請(qǐng)各級(jí)各類的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、學(xué)科競(jìng)賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”與挑戰(zhàn)杯等研究項(xiàng)目，將理論和實(shí)踐教學(xué)的場(chǎng)地從教室內(nèi)延伸至教室外，積極開辟材料表征課程的“第二課堂”。本校材料化學(xué)專業(yè)歷來重視學(xué)生科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，鼓勵(lì)和支持本科學(xué)生根據(jù)自身興趣愛好加入不同指導(dǎo)教師的科研團(tuán)隊(duì)，從事文獻(xiàn)調(diào)研、課題分析、方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)分析等各方面的科研技能訓(xùn)練。根據(jù)材料結(jié)構(gòu)表征課程教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，教師選取功能材料相關(guān)的前沿研究方向，指導(dǎo)部分學(xué)有余力的本科學(xué)生進(jìn)行研究課題的探討和擬定，并以項(xiàng)目申報(bào)書的形式整理課題研究過程，為參與申報(bào)各類大學(xué)生研究項(xiàng)目做好充分準(zhǔn)備。

以“金屬有機(jī)框架基傳感器的構(gòu)筑及酚類污染物檢測(cè)”項(xiàng)目為例，教師安排授課班級(jí)中的相關(guān)學(xué)生組成研究小組，進(jìn)行前期文獻(xiàn)收集和整理。針對(duì)研究項(xiàng)目中金屬有機(jī)框架材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)不同的材料表征測(cè)試方案，涵蓋教學(xué)內(nèi)容中主要的波譜分析、顯微分析、熱分析以及X-射線衍射分析等，使學(xué)生參與到材料制備、表征和應(yīng)用的全過程，貫穿課程教學(xué)理論與實(shí)踐的通道。在項(xiàng)目的實(shí)際執(zhí)行過程中，可以利用課堂教學(xué)的時(shí)間，由學(xué)生自主匯報(bào)和講解，給予學(xué)生展示和發(fā)揮的空間，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目研究案例進(jìn)行表征技術(shù)的分析、討論和總結(jié)?；诮處熍c學(xué)生的充分交流和討論，即可形成完整的項(xiàng)目申請(qǐng)書并申報(bào)適當(dāng)?shù)谋荣愴?xiàng)目。通過“以賽促教”“以賽促學(xué)”和“以賽促研”的模式進(jìn)行精準(zhǔn)育才，在推動(dòng)課程教學(xué)質(zhì)量不斷提升的同時(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和專業(yè)認(rèn)同感。高?？平倘诤系母灸康脑谟诹⒌聵淙?，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。故以科研反哺教學(xué)，以教學(xué)培養(yǎng)人才，通過人才實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，基于創(chuàng)新提升科研，如此形成一種相互促進(jìn)，互為因果的良性發(fā)展，對(duì)于構(gòu)建教育、科技、人才三要素三位一體貫通發(fā)展的循環(huán)育人體系具有重要作用。

3.結(jié)語

打破科研與教學(xué)的邊界和壁壘，實(shí)現(xiàn)科研成果和教學(xué)資源的雙向促進(jìn)，推進(jìn)教育、科技與人才三要素之間的協(xié)同育人，將是未來廣大教育工作者的時(shí)代要求和歷史使命。在今后的高校科研育人工作中，需要持續(xù)健全教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制，積極優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容，不斷創(chuàng)新教學(xué)方式手段，通過理論聯(lián)系實(shí)際和科研聯(lián)動(dòng)教學(xué)，切實(shí)提高課程教師教學(xué)質(zhì)量與專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)效果。