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        以課促研,助力研究生職業(yè)發(fā)展

        2025-03-20 00:00:00張變香楊恒權(quán)王永釗張劍
        應(yīng)用化學(xué) 2025年2期

        摘要 綠色化學(xué)化工是從源頭上阻止污染的化學(xué),是化學(xué)工作者關(guān)注的前沿學(xué)科?!?綠色化學(xué)化工》作為一門(mén)多學(xué)科交叉滲透、理論與實(shí)踐結(jié)合緊密的課程,承載著人類(lèi)環(huán)保意識(shí)培育和化學(xué)知識(shí)傳輸?shù)暮诵娜蝿?wù)。本文從山西大學(xué)化學(xué)學(xué)科研究生培養(yǎng)現(xiàn)狀與趨勢(shì)出發(fā),通過(guò)改革教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法及完善考核方式等研究探索,提出了多學(xué)科交叉融合、企業(yè)需求為導(dǎo)向的“以課促研,以研促長(zhǎng),助力研究生職業(yè)發(fā)展”的課程改革模式,并進(jìn)一步總結(jié)了該模式在提高研究生綜合素質(zhì)方面的潛在優(yōu)勢(shì)。

        關(guān)鍵詞 研究生培養(yǎng);綠色化學(xué)化工;以課促研;多學(xué)科交叉

        中圖分類(lèi)號(hào):O622 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1000-0518(2025)02-0249-07

        高等院校作為培養(yǎng)高素質(zhì)勞動(dòng)者和專(zhuān)業(yè)人才的專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu),承擔(dān)著不同領(lǐng)域科研技術(shù)轉(zhuǎn)化和人才培養(yǎng)的重要任務(wù)[1-2]。 當(dāng)前我國(guó)研究生教育還不能完全適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的多樣化需求,研究生自身的學(xué)習(xí)生涯對(duì)其后續(xù)的職業(yè)發(fā)展并未起到實(shí)質(zhì)性作用[3]。 如何立足我國(guó)實(shí)際情況,開(kāi)展有效的課程建設(shè),是教學(xué)實(shí)踐中的一大難題[4-6]。 近年來(lái),綠色化學(xué)發(fā)展迅速,新的理論、方法、技術(shù)和工藝不斷被開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。 特別是在“雙碳”戰(zhàn)略背景下,強(qiáng)化綠色化學(xué)教育,成為高等學(xué)校化工專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)工作的重要任務(wù)之一[7-8]。《 綠色化學(xué)化工》課程涉及知識(shí)面廣,在化學(xué)類(lèi)等理工科研究生培養(yǎng)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用,是化學(xué)、化工和醫(yī)藥類(lèi)專(zhuān)門(mén)人才拓寬知識(shí)面的重要課程,全面而系統(tǒng)地向?qū)W生傳授其理念和知識(shí)是非常必要的、迫切的。

        1 化學(xué)學(xué)科研究生培養(yǎng)現(xiàn)存問(wèn)題

        隨著社會(huì)對(duì)高科技復(fù)合型人才需求的增大,不同學(xué)科的研究呈現(xiàn)出多樣性、綜合性和前瞻性的發(fā)展趨勢(shì)。 化學(xué)化工技術(shù)作為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展進(jìn)步的主要推動(dòng)力,高校研究生的培養(yǎng)任務(wù)隨之也需要更新。 因此,當(dāng)前化學(xué)學(xué)科研究生培養(yǎng)面臨的問(wèn)題,特別是課程教學(xué)方面的問(wèn)題也浮現(xiàn)出來(lái)。

        1. 1 跨學(xué)科合作不足

        科學(xué)研究的跨學(xué)科交叉融合可以擺脫禁錮的學(xué)科思維界限,進(jìn)一步解決深層次的實(shí)際問(wèn)題。 現(xiàn)有的課程培養(yǎng)體系受課時(shí)限制使得課堂教學(xué)局限于教材大綱范圍,很少進(jìn)行跨專(zhuān)業(yè)、跨學(xué)科交融教學(xué),對(duì)研究生的視野缺乏足夠拓展,難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的化學(xué)科學(xué)問(wèn)題。 教學(xué)模式需要增加更多元的課程設(shè)置來(lái)提升研究生的學(xué)術(shù)能力、職業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力以及解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力。

        1. 2 課程結(jié)構(gòu)相對(duì)不合理

        在研究生教育體系中,課程實(shí)踐平臺(tái)不能滿足實(shí)踐教學(xué)要求。 在教學(xué)中抽象的理論概念和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景缺少有機(jī)融合,弱化了研究生學(xué)習(xí)自主性、創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力的培養(yǎng)。 在研究生課程教學(xué)中需要引入更多的實(shí)際案例研究,鼓勵(lì)學(xué)生去獨(dú)立思考和解決問(wèn)題。

        1. 3 職業(yè)發(fā)展規(guī)劃支持力度不足

        現(xiàn)有的教學(xué)通常側(cè)重于傳授學(xué)生學(xué)術(shù)知識(shí)和研究技能,強(qiáng)調(diào)科研與學(xué)術(shù)能力的培養(yǎng),沒(méi)有進(jìn)行足夠的職業(yè)規(guī)劃指導(dǎo),很多研究生在完成學(xué)業(yè)后對(duì)自己職業(yè)發(fā)展規(guī)劃不清晰,無(wú)法快速適應(yīng)社會(huì)需求和行業(yè)發(fā)展的要求,甚至畢業(yè)后從事的工作與所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)關(guān)聯(lián)度很低的學(xué)生比比皆是。

        針對(duì)上述研究生培養(yǎng)中普遍存在的問(wèn)題,改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容及方式、拓展課程的課堂時(shí)空、注重理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的相互促進(jìn)非常重要?!?綠色化學(xué)化工》作為多學(xué)科交叉滲透的課程,與社會(huì)發(fā)展、行業(yè)生產(chǎn)和日常生活等聯(lián)系密切,能夠起到理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)之間的橋梁作用。 因此,“以課促研,以研促長(zhǎng),助力研究生職業(yè)發(fā)展”的課程改革模式,能為培養(yǎng)化學(xué)化工類(lèi)復(fù)合型人才及科研產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供有力支撐。

        2 教學(xué)方式

        本課程的目標(biāo)是通過(guò)學(xué)習(xí),使學(xué)生掌握綠色化學(xué)的基本概念、基本原理,明確原子經(jīng)濟(jì)性的重要性,了解化學(xué)、化工生產(chǎn)中資源和能源的合理利用及與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展之間的關(guān)系,初步具備能夠利用綠色化學(xué)的理論、方法和技術(shù),解決化學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)問(wèn)題的能力,并將綠色化學(xué)的理念融入今后的學(xué)習(xí)工作中。

        2. 1 教學(xué)內(nèi)容模塊化,多學(xué)科交叉融合,以課促研

        與專(zhuān)業(yè)必修課程不同,《綠色化學(xué)化工》的教與學(xué)能夠以相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)內(nèi)容、相對(duì)完整的案例為單元進(jìn)行,適合“模塊化”、“案例式”教學(xué)。 可將涵蓋化學(xué)及化工產(chǎn)業(yè)的原料、技術(shù)、工藝、產(chǎn)品、催化劑、助劑和溶劑等綠色化學(xué)中的主要元素劃分為4個(gè)模塊,圍繞原子經(jīng)濟(jì)性展開(kāi)從源頭到終端的每個(gè)環(huán)節(jié)和要素進(jìn)行學(xué)習(xí)討論(圖1)。

        另一方面,模塊整體涵蓋了化學(xué)的各個(gè)分支領(lǐng)域及相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)點(diǎn),如有機(jī)、無(wú)機(jī)、分析化學(xué)、電化學(xué)、應(yīng)用催化、材料化學(xué)和醫(yī)藥領(lǐng)域等。 課堂上鼓勵(lì)學(xué)生打破學(xué)科邊界,師生共同超越純粹的學(xué)科界限,借鑒其他領(lǐng)域的思維方式和解決問(wèn)題的方法,研討并發(fā)現(xiàn)科研新思路,提出一些有創(chuàng)新性和前瞻性的研究問(wèn)題。 例如,在全球“雙碳”背景下,攻克CO2轉(zhuǎn)化利用的高效技術(shù)需要通過(guò)化學(xué)、化工等多學(xué)科、多領(lǐng)域的交叉和有機(jī)結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn),是一個(gè)包括CO2的產(chǎn)生、排放、捕集、轉(zhuǎn)化和再利用的生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈,不僅要考慮其C—O鍵的活化斷鍵難題,還要考慮其經(jīng)濟(jì)性及規(guī)模性問(wèn)題,需要多學(xué)科交叉融合[9-10]。 再比如模塊二中的教學(xué)案例: 有機(jī)化合物尿素(CO(NH2)2)是常見(jiàn)的肥料和化學(xué)原料。 工業(yè)合成尿素的主要工藝為將二氧化碳(CO2)和氨(NH3)在高溫、高壓條件下熱化偶聯(lián),其合成條件苛刻且能耗高。 2024年,贛南師范大學(xué)張勇課題組聯(lián)合清華大學(xué)王定勝團(tuán)隊(duì)提出了一種脈沖電還原策略,實(shí)現(xiàn)了高效電催化合成尿素。 該項(xiàng)研究將界面材料化學(xué)、電催化等多學(xué)科交叉融合,開(kāi)發(fā)的Cu-O-Si界面位點(diǎn)在電催化尿素合成方面,具有高產(chǎn)率(79. 01%)和穩(wěn)定性(即使在80 h的測(cè)試后,法拉第效率仍保持在80%)等優(yōu)點(diǎn)(圖2)[11]。通過(guò)一個(gè)個(gè)模塊化內(nèi)容的學(xué)習(xí),使學(xué)生重視課堂知識(shí)的學(xué)習(xí)及其靈活應(yīng)用,積極思考與自身科研方向的最佳結(jié)合點(diǎn),關(guān)注自身的跨界思維,達(dá)到以課促研的功效。

        2. 2 創(chuàng)新專(zhuān)題報(bào)告形式,促進(jìn)產(chǎn)教融合、科教融匯

        培養(yǎng)化學(xué)、化工類(lèi)的專(zhuān)業(yè)型研究人才不僅需要具有扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和技能,了解相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和學(xué)術(shù)前沿,還應(yīng)該與行業(yè)需求相結(jié)合,使產(chǎn)學(xué)研一體化,促進(jìn)學(xué)生的研究方向更加貼近行業(yè)需求。 為此,將各國(guó)政府對(duì)綠色化學(xué)的政策與獎(jiǎng)勵(lì)辦法,以專(zhuān)題報(bào)告的形式引入課堂,加深學(xué)生對(duì)綠色化學(xué)新技術(shù)、新方法的了解和認(rèn)識(shí),增強(qiáng)他們分析和解決問(wèn)題的能力[12]。 例如: 讓學(xué)生分組講解不同年份的美國(guó)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)。 該獎(jiǎng)項(xiàng)屬于美國(guó)國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)勵(lì),涵蓋了學(xué)校、工業(yè)界等多個(gè)領(lǐng)域,極大地推動(dòng)了綠色化學(xué)在美國(guó)乃至全球的發(fā)展。 得獎(jiǎng)?wù)呖梢允莻€(gè)人、團(tuán)體或組織,旨在鼓勵(lì)更多的科學(xué)家和工程師投身于綠色化學(xué)的研究與實(shí)踐。 因此,小組成員需要課前收集材料,分析總結(jié),編制PPT; 課上負(fù)責(zé)人主講匯報(bào)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目的概要、項(xiàng)目研發(fā)的前因后果及創(chuàng)新與價(jià)值。 然后,師生共同討論其綠色化學(xué)原理融入的化學(xué)設(shè)計(jì)、制造和技術(shù)(表1[13])。 教師作為主持人,針對(duì)學(xué)生的匯報(bào)提出意見(jiàn),引導(dǎo)學(xué)生參與到討論中,啟發(fā)學(xué)生的科研思維。 專(zhuān)題報(bào)告模式的美國(guó)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)與傳統(tǒng)的課堂講解相比,有助于提高學(xué)生探討研究問(wèn)題、共享研究成果和學(xué)術(shù)交流的能力,能夠有效促進(jìn)產(chǎn)教融合、科教融匯,達(dá)到以研促長(zhǎng)的課程功效。

        2. 3 引入新興技術(shù),緊跟學(xué)科前沿研究,助力研究生職業(yè)規(guī)劃發(fā)展

        近年來(lái),綠色化學(xué)發(fā)展迅速,不斷涌現(xiàn)出新的綠色理論、方法和工藝。 當(dāng)前大部分綠色化學(xué)課程教材內(nèi)容已嚴(yán)重滯后,存在課程教學(xué)內(nèi)容與科技前沿聯(lián)系不緊密現(xiàn)象,難以有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維與創(chuàng)新意識(shí)。 為此,在教學(xué)中設(shè)置了新興技術(shù)專(zhuān)題化的課程內(nèi)容,鼓勵(lì)引導(dǎo)每個(gè)學(xué)生將自己感興趣的綠色新興技術(shù)引入課堂(圖3)。 通過(guò)同學(xué)圖文并茂的講解,開(kāi)拓了學(xué)生的視野,發(fā)揮了研究生集思廣益的優(yōu)勢(shì),對(duì)新研究思路的產(chǎn)生起到了相互啟發(fā)、相互促進(jìn)的作用。

        另一方面,針對(duì)網(wǎng)傳的“生化環(huán)材”天坑專(zhuān)業(yè)的傳言,課堂上綠色化學(xué)化工新興技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景的展示,有助于激發(fā)學(xué)生自我職業(yè)發(fā)展的內(nèi)驅(qū)力,形成良好、正確的成就動(dòng)機(jī)(個(gè)體追求自認(rèn)為重要或有價(jià)值的工作,并使之達(dá)到完美地步的一種內(nèi)在推動(dòng)力),并積極投身到學(xué)習(xí)和科研中,感受學(xué)習(xí)、研究進(jìn)步的快樂(lè),使?jié)撛诘膭?chuàng)造力得以發(fā)揮,進(jìn)而產(chǎn)生課程的附加值和升華值。

        2. 4 融入思政元素,進(jìn)行顯性教育和隱性熏陶

        當(dāng)前高校普遍偏重對(duì)研究生的知識(shí)傳授和能力培養(yǎng),在校研究生“自我中心”強(qiáng)烈,許多學(xué)生專(zhuān)注于自身專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí),社會(huì)責(zé)任感不強(qiáng),職業(yè)道德意識(shí)淡薄。 化學(xué)技術(shù)在人類(lèi)發(fā)展史上功不可沒(méi),但“雙面刃”的問(wèn)題依然存在,減少或避免對(duì)人類(lèi)和環(huán)境造成危害是每個(gè)化學(xué)相關(guān)工作者應(yīng)有的理念。 綠色化學(xué)化工課程教學(xué)中蘊(yùn)含著豐富的育人元素,課前我們進(jìn)行了思政元素體系化設(shè)計(jì)(圖4),并將其有機(jī)融入教案及課堂等教學(xué)環(huán)節(jié),通過(guò)介紹古今中國(guó)化學(xué)領(lǐng)域科學(xué)家的事跡弘揚(yáng)愛(ài)國(guó)精神,課堂上通過(guò)介紹學(xué)習(xí)中國(guó)科學(xué)家研發(fā)的國(guó)際領(lǐng)先新興技術(shù)及科研成果,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐精神,使學(xué)生成為綠色化工潛在的實(shí)踐者及推廣者,充分發(fā)揮專(zhuān)業(yè)課育人功能。

        許多藥物存在對(duì)映異構(gòu)體,其生理作用不同,化合物的分離、純化成為醫(yī)藥和化工生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。 眾所周知的“反應(yīng)停事件”就是藥物中的異構(gòu)體沒(méi)有充分拆分所致的。 作為將來(lái)化工、醫(yī)藥類(lèi)的專(zhuān)業(yè)人員,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理不精確,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的忽略,均會(huì)給人類(lèi)和社會(huì)帶來(lái)巨大的危害,以此培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)和職業(yè)道德。 2013年,復(fù)旦大學(xué)的投毒案在全國(guó)影響惡劣,二甲基亞硝胺原本在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室才會(huì)有的化學(xué)藥品,居然出現(xiàn)在宿舍飲水機(jī)中,一人行為,生生毀了2個(gè)原本幸福的家庭。 通過(guò)一個(gè)個(gè)活生生的例子,達(dá)到顯性教育和隱性熏陶的課程思政效果。

        2. 5 考核機(jī)制全程覆蓋,提升語(yǔ)言表達(dá)能力及應(yīng)變思維

        學(xué)生綜合成績(jī)可以反映課程教學(xué)效果,在總學(xué)時(shí)不變的情況下,調(diào)整并重組教學(xué)內(nèi)容,構(gòu)建了基于科教融合的專(zhuān)題研討模式,考核階段實(shí)現(xiàn)由期末考試轉(zhuǎn)變到全過(guò)程考核。 學(xué)生綜合成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)主要包括考試、PPT匯報(bào)與專(zhuān)題研討與其他事項(xiàng)4部分,各部分成績(jī)占比如圖5所示。許多研究生在本科階段通常專(zhuān)注于成績(jī)績(jī)點(diǎn)、備戰(zhàn)考研的理論課學(xué)習(xí),缺乏對(duì)知識(shí)的思考、拓展,無(wú)法快速適應(yīng)研究生階段的不僅要掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí),還要學(xué)會(huì)思考和研究的現(xiàn)狀。 考核機(jī)制的全程覆蓋,特別是新興技術(shù)的講解有利于研究生形成自己的語(yǔ)言體系、邏輯框架及清晰的研究思路,并結(jié)合自身的科研課題,最終明白自己需要什么樣的能力儲(chǔ)備,為今后的職業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

        3 課程教學(xué)改革成效

        通過(guò)改革教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法及完善考核方式等研究探索,初步形成了“以課促研,以研促長(zhǎng),助力研究生職業(yè)發(fā)展”的課程改革模式,并取得了較為滿意的教學(xué)效果。 主要表現(xiàn)為: 1)新興技術(shù)專(zhuān)題化課程內(nèi)容的引入,提高了學(xué)生課堂參與度,由教師一個(gè)人授課變成了大家共同參與,人人有機(jī)會(huì)發(fā)表自己的見(jiàn)解,有助于提升學(xué)生專(zhuān)業(yè)功底、語(yǔ)言組織表達(dá)能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。 2)課程體系涵蓋的知識(shí)領(lǐng)域廣泛,如醫(yī)藥、材料學(xué)等,學(xué)生有機(jī)會(huì)接觸到與自身專(zhuān)業(yè)不同領(lǐng)域的研究?jī)?nèi)容,拓寬了學(xué)術(shù)視野。因此,吸引了許多本科大四推免保研的學(xué)生去旁聽(tīng)上課。 通過(guò)課后調(diào)研及問(wèn)卷結(jié)果顯示95%的學(xué)生認(rèn)為,該課程教學(xué)對(duì)新知識(shí)的吸收很有幫助。 3)“以課促研、以研助長(zhǎng)”的教學(xué)實(shí)施效果明顯,主要體現(xiàn)在學(xué)生后期的學(xué)習(xí)生活中,特別是學(xué)生在中期報(bào)告、畢業(yè)答辯中,綠色化學(xué)用語(yǔ)頻出,回答問(wèn)題的思路中融入了綠色化學(xué)的理念。 同時(shí),學(xué)生將新興技術(shù)與科研課題相結(jié)合,增加了自身化學(xué)職業(yè)發(fā)展的內(nèi)驅(qū)力,堅(jiān)定了今后從事化學(xué)職業(yè)的信心,攻讀博士學(xué)位的人數(shù)連年增加。 4)教師從“主講者”變?yōu)榱藢W(xué)習(xí)活動(dòng)的“引導(dǎo)者”和“參與者”,互動(dòng)式的教學(xué)方法使課堂成為學(xué)生開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng)、展示學(xué)習(xí)成果和進(jìn)行交流辯論的場(chǎng)所,促進(jìn)了師生共同成長(zhǎng)。 主講教師也榮獲了省教學(xué)成果獎(jiǎng)(高等教育)一等獎(jiǎng)、山西省普通高等學(xué)校課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)大賽二等獎(jiǎng)及省高校教學(xué)名師等多項(xiàng)榮譽(yù),并獲得省級(jí)教育教學(xué)改革項(xiàng)目3項(xiàng)。

        4 結(jié) 論

        經(jīng)過(guò)多年教學(xué)實(shí)踐表明,研究生的課程教學(xué)是一項(xiàng)需要長(zhǎng)期研究實(shí)踐的教育工程,是一種依靠教師精心組織的活動(dòng)?!?以課促研,以研促長(zhǎng),助力研究生職業(yè)發(fā)展”的教學(xué)模式雖然取得了一些成果,但還需要繼續(xù)改進(jìn)教學(xué)方法,在以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)主陣地上,使得知識(shí)學(xué)習(xí)與創(chuàng)造力培養(yǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展,切實(shí)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)與創(chuàng)新能力,服務(wù)于地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。

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