馬 妍，王周福，劉 浩，韓兵強(qiáng)，夏忠鋒

（武漢科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院，湖北 武漢 430081）

1 學(xué)科交叉背景下材料專業(yè)的科教融合

學(xué)科交叉不僅是社會發(fā)展的客觀需要，也是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，交叉學(xué)科建設(shè)已成為我國各大高校發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃的重要目標(biāo)之一，在高校教學(xué)與科研工作中發(fā)揮著舉足輕重的作用。教學(xué)方面，多學(xué)科交叉是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要途徑，拓寬學(xué)生的知識面、優(yōu)化學(xué)生的知識和能力結(jié)構(gòu)、強(qiáng)化學(xué)生綜合能力、構(gòu)建寬口徑的培養(yǎng)模式有利于適應(yīng)現(xiàn)代學(xué)生就業(yè)需求?？蒲蟹矫?，僅僅依靠單一學(xué)科的力量已難以解決某些重大科學(xué)問題，采取多學(xué)科交叉聯(lián)合探究的方式許多科學(xué)難題可望取得突破性進(jìn)展。

材料科學(xué)與工程學(xué)科是一門理工結(jié)合、多學(xué)科交叉的新興學(xué)科，其發(fā)展關(guān)系到其他工程學(xué)科的進(jìn)步。材料科學(xué)與工程包含豐富的內(nèi)涵，具有多學(xué)科交叉滲透的特征，涉及化學(xué)、物理，數(shù)學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、新能源等諸多學(xué)科和領(lǐng)域。如何充分利用材料科學(xué)與工程學(xué)科自身的學(xué)科交叉特點(diǎn)，把材料科學(xué)與工程學(xué)科的前沿知識，特別是把具有當(dāng)代科學(xué)發(fā)展特征的多學(xué)科交叉知識滲透反映到教學(xué)內(nèi)容中，培養(yǎng)學(xué)科交叉型創(chuàng)新人才，一直以來都是高校材料專業(yè)教師的教學(xué)研究熱點(diǎn)課題。

對于材料科學(xué)與工程學(xué)科的教師而言，搞好教學(xué)和科研是兩個首要任務(wù)。處理好二者之間的關(guān)系，使教學(xué)和科研和諧發(fā)展，對于每位教師的個人發(fā)展都至關(guān)重要。青年教師是未來高校教學(xué)工作的主體，肩負(fù)著推進(jìn)高等教育不斷前進(jìn)的重任。據(jù)了解，某高校無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)在職青年教師均為國內(nèi)外知名高校的博士研究生，具有在國內(nèi)外高?；蚩蒲袡C(jī)構(gòu)從事博士后研究的經(jīng)歷。這些青年教師在碩士、博士、博士后期間都參與了不同領(lǐng)域的科研課題，在各學(xué)科交叉融合大背景下，他們?nèi)缃袼鶑氖碌目蒲姓n題大多仍具有學(xué)科交叉特色。以上科研經(jīng)歷使得無機(jī)非金屬材料專業(yè)青年教師具有物理、化學(xué)、冶金、環(huán)境、能源、光電子信息技術(shù)、生物醫(yī)藥等多學(xué)科背景知識，這為他們豐富專業(yè)課教學(xué)內(nèi)容提供了先天條件?？梢?，當(dāng)前的學(xué)科交叉形勢為無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)青年教師的教學(xué)和科研融合發(fā)展帶來了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

如何利用青年教師已有的學(xué)科交叉科研經(jīng)歷，合理設(shè)計(jì)所授專業(yè)課程教學(xué)方案、改進(jìn)教學(xué)方法、實(shí)現(xiàn)科研教學(xué)融合共進(jìn)，是一個值得探討的問題。本文將以無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)核心課程——“無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)為例，探討交叉學(xué)科背景下課程教學(xué)方法的改進(jìn)措施，可為該專業(yè)青年教師教學(xué)科研互動提供有益參考。

2 “無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)中存在的問題

“無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)”是無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)本科生的一門必修專業(yè)課程，開課目的是為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課、從事無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域的科研和生產(chǎn)工作打下理論基礎(chǔ)。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)可掌握無機(jī)非金屬材料的工藝設(shè)計(jì)、制備及生產(chǎn)應(yīng)用中涉及的基本原理，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及畢業(yè)論文/設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)推進(jìn)打下堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)。該課程教學(xué)內(nèi)容繁多，包括結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)、晶體結(jié)構(gòu)與晶體的缺陷、熔體和玻璃體、表面與界面、熱力學(xué)應(yīng)用、相平衡、擴(kuò)散與固相反應(yīng)、相變和燒結(jié)九大章節(jié)。課程的每一章節(jié)都涉及諸多基本概念和經(jīng)典理論。從歷屆學(xué)生反饋情況來看，學(xué)生普遍認(rèn)為學(xué)習(xí)難度大，對于許多抽象知識點(diǎn)掌握不好，即使死記硬背應(yīng)付了考試，但并沒有深入理解。此外，學(xué)生對各個章節(jié)的理論知識相應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用不清楚，分析問題和解決工程問題的能力不足，導(dǎo)致其在后期科研和工作中無法靈活運(yùn)用已學(xué)的理論知識。

為了積極響應(yīng)國家提倡的“實(shí)踐與教育相結(jié)合”的方針政策，很多高校都在紛紛縮減專業(yè)課的學(xué)時，這無疑給以知識點(diǎn)多、概念多、理論抽象為特點(diǎn)的“無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)帶來更大的挑戰(zhàn)。在有限的學(xué)時條件下，如要保證教學(xué)效果不打折扣，拓展學(xué)生的知識面以適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，與時俱進(jìn)地培養(yǎng)出學(xué)科交叉型復(fù)合型材料科學(xué)與工程人才，必然依賴于學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的提高，需要督促學(xué)生自主學(xué)習(xí)以提高學(xué)習(xí)效率。

3 交叉學(xué)科背景下“無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)”教學(xué)改革策略

3.1 融入思政元素的學(xué)科交叉式案例教學(xué)

為了提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力，在“無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)中，教師可將晦澀難懂的知識點(diǎn)巧妙地融入交叉學(xué)科特色的案例教學(xué)中，體現(xiàn)出該知識點(diǎn)在指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)、科研實(shí)踐中的重要性。這不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也可引導(dǎo)學(xué)生利用多學(xué)科交叉知識解決實(shí)際科研和工程問題，有利于培養(yǎng)適應(yīng)當(dāng)下新工科背景下創(chuàng)新型和應(yīng)用型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)需求。與此同時，在案例教學(xué)中，可將思政元素潤物細(xì)無聲地融入，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷、激發(fā)學(xué)生學(xué)以致用、振興中華的壯志雄心。

例如，在講授“晶體結(jié)構(gòu)與晶體的缺陷”這一章節(jié)時，我們將“綠色建筑節(jié)能顏料的開發(fā)”這一科研案例引入到課堂教學(xué)中，講解過程中涉及了環(huán)境工程、固體物理、無機(jī)化學(xué)、漿體流變學(xué)、傳熱學(xué)、新能源等多學(xué)科知識。學(xué)生在案例教學(xué)互動過程中可以從技術(shù)研發(fā)人員的視角進(jìn)行思辨，了解顏料晶體結(jié)構(gòu)對其光學(xué)、熱學(xué)及化學(xué)穩(wěn)定性等性質(zhì)的重要影響，理解固溶摻雜是晶體材料改性的有效手段。在整個案例教學(xué)過程中，學(xué)生可以意識到晶體缺陷工程研究的重要性，深刻地感受到新材料的開發(fā)對人們生活水平提升的重要意義，同時培養(yǎng)了學(xué)生的節(jié)能環(huán)保意識。

3.2 學(xué)科交叉背景下以文獻(xiàn)調(diào)研帶動課堂討論

檢索并閱讀科技文獻(xiàn)、撰寫文獻(xiàn)調(diào)研報(bào)告，可為本科生畢業(yè)論文環(huán)節(jié)撰寫文獻(xiàn)綜述打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。例如在講授“晶體結(jié)構(gòu)與晶體的缺陷”這一章節(jié)時，我們要求學(xué)生查閱有關(guān)“固溶體在節(jié)能、環(huán)保及新能源領(lǐng)域中的應(yīng)用”相關(guān)文獻(xiàn)，每人撰寫不少于800 字的文獻(xiàn)調(diào)研報(bào)告。報(bào)告完成后，將教學(xué)班分組，每組組長代表組員做PPT匯報(bào)，開展學(xué)科交叉背景下的課堂討論。其目的是在學(xué)生深入理解固溶改性在無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要地位的同時，培養(yǎng)學(xué)生閱讀文獻(xiàn)和總結(jié)歸納的能力。

學(xué)生在完成文獻(xiàn)調(diào)研報(bào)告的過程中，可了解無機(jī)材料領(lǐng)域常用數(shù)據(jù)庫，掌握調(diào)研報(bào)告中參考文獻(xiàn)正確的引用方法，學(xué)會如何避免對參考文獻(xiàn)的簡單堆砌，學(xué)會深入總結(jié)歸納以提出自己的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)。近幾年，學(xué)生提交的調(diào)研報(bào)告中涉及諸多交叉學(xué)科領(lǐng)域，充分體現(xiàn)了無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)知識在學(xué)科交叉研究中的重要作用，其中包括：固體燃料電池、納米技術(shù)、航空航天用熱障涂層、鋰離子電池、高熵陶瓷、壓電陶瓷、儲能電介質(zhì)、過濾陶瓷、生物惰性陶瓷等。在進(jìn)行PPT 匯報(bào)和課堂討論中，組長制作了內(nèi)容豐富且邏輯性強(qiáng)的PPT，進(jìn)行了簡明扼要的講解，學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)助精神、演講能力、應(yīng)變能力都得到了全方位訓(xùn)練，有效地提高了教學(xué)效果。學(xué)科交叉背景下以文獻(xiàn)調(diào)研帶動的課堂討論，涉及了前沿領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，從近年來的實(shí)施情況來看，這種形式的課堂討論氣氛更為活躍，學(xué)生參與度明顯提高。

3.3 開展學(xué)科交叉特色的科研實(shí)踐

正所謂百聞不如一見，科研實(shí)踐是學(xué)生消化理論知識的載體。在課堂之外,我們鼓勵班里學(xué)生參與青年教師的交叉學(xué)科特色科研項(xiàng)目。近年來，專業(yè)青年教師帶領(lǐng)有意向的學(xué)生積極申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目，參加大學(xué)生挑戰(zhàn)杯等學(xué)術(shù)競賽，開展了以本科生為主體的交叉特色科研實(shí)踐活動。學(xué)生在進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研、資料整理、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、科研分工協(xié)作、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)采集和分析處理中，不僅強(qiáng)化了對材料科學(xué)基礎(chǔ)理論知識的掌握程度，還培養(yǎng)了實(shí)踐動手能力，提升了科研技能和素質(zhì)，這為學(xué)生后續(xù)研究生深造確定自己感興趣的科研方向或從事材料研究開發(fā)工作夯實(shí)了基礎(chǔ)。

4 學(xué)科交叉式教學(xué)方式對無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)青年教師科研工作的影響

目前，高校青年教師普遍存在科研創(chuàng)新意識不強(qiáng)的問題。由于材料科學(xué)發(fā)展速度迅猛，青年教師畢業(yè)后離開了原有的科研平臺，入職后沒有與時俱進(jìn)，對本學(xué)科和專業(yè)的學(xué)術(shù)動態(tài)和前沿信息掌握不夠，視野受限。在專業(yè)課教學(xué)當(dāng)中，如果采用學(xué)科交叉式教學(xué)手段，將對青年教師的交叉學(xué)科知識儲備提出新的要求。通過對無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)青年教師的訪談?wù){(diào)研發(fā)現(xiàn)，他們在準(zhǔn)備學(xué)科交叉特色的教學(xué)資料的過程中，多領(lǐng)域?qū)W科專業(yè)知識得到了完善。通過了解相關(guān)領(lǐng)域的最新研究現(xiàn)狀激發(fā)了其科研靈感，許多青年教師提出了創(chuàng)新性的交叉學(xué)科特色的科研課題，獲得了國家基金或省基金的資助，真正實(shí)現(xiàn)了以教促研、教研互動。

5 結(jié)語

學(xué)科交叉背景下“無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革已在無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)2016、2017、2018、2019 級共180 多名本科生中實(shí)施，今后還將繼續(xù)推行、持續(xù)改進(jìn)。教學(xué)改革激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)潛能，拓寬了學(xué)生的知識面，學(xué)生期末考試中相應(yīng)知識點(diǎn)的得分率明顯提高，已取得了初步成效。通過對“無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程進(jìn)行學(xué)科交叉式教學(xué)設(shè)計(jì)，可發(fā)揮無機(jī)非金屬材料專業(yè)諸多青年教師具有學(xué)科交叉特色科研經(jīng)歷的優(yōu)勢，以研促教，推進(jìn)科教融合。不僅提升了本科生的綜合素養(yǎng)，滿足了新工科背景下材料專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求，還提升了青年教師的教學(xué)科研水平。