學科交叉背景下無機非金屬材料工程專業課程教學改革芻議
——以“無機材料科學基礎”為例

馬 妍，王周福，劉 浩，韓兵強，夏忠鋒

（武漢科技大學材料與冶金學院，湖北 武漢 430081）

1 學科交叉背景下材料專業的科教融合

學科交叉不僅是社會發展的客觀需要，也是科學技術發展的必然趨勢，交叉學科建設已成為我國各大高校發展戰略規劃的重要目標之一，在高校教學與科研工作中發揮著舉足輕重的作用。教學方面，多學科交叉是培養創新型人才的重要途徑，拓寬學生的知識面、優化學生的知識和能力結構、強化學生綜合能力、構建寬口徑的培養模式有利于適應現代學生就業需求。科研方面，僅僅依靠單一學科的力量已難以解決某些重大科學問題，采取多學科交叉聯合探究的方式許多科學難題可望取得突破性進展。

材料科學與工程學科是一門理工結合、多學科交叉的新興學科，其發展關系到其他工程學科的進步。材料科學與工程包含豐富的內涵，具有多學科交叉滲透的特征，涉及化學、物理，數學、生物、醫學、環境、新能源等諸多學科和領域。如何充分利用材料科學與工程學科自身的學科交叉特點，把材料科學與工程學科的前沿知識，特別是把具有當代科學發展特征的多學科交叉知識滲透反映到教學內容中，培養學科交叉型創新人才，一直以來都是高校材料專業教師的教學研究熱點課題。

對于材料科學與工程學科的教師而言，搞好教學和科研是兩個首要任務。處理好二者之間的關系，使教學和科研和諧發展，對于每位教師的個人發展都至關重要。青年教師是未來高校教學工作的主體，肩負著推進高等教育不斷前進的重任。據了解，某高校無機非金屬材料工程專業在職青年教師均為國內外知名高校的博士研究生，具有在國內外高校或科研機構從事博士后研究的經歷。這些青年教師在碩士、博士、博士后期間都參與了不同領域的科研課題，在各學科交叉融合大背景下，他們如今所從事的科研課題大多仍具有學科交叉特色。以上科研經歷使得無機非金屬材料專業青年教師具有物理、化學、冶金、環境、能源、光電子信息技術、生物醫藥等多學科背景知識，這為他們豐富專業課教學內容提供了先天條件。可見，當前的學科交叉形勢為無機非金屬材料工程專業青年教師的教學和科研融合發展帶來了新的機遇與挑戰。

如何利用青年教師已有的學科交叉科研經歷，合理設計所授專業課程教學方案、改進教學方法、實現科研教學融合共進，是一個值得探討的問題。本文將以無機非金屬材料工程專業核心課程——“無機材料科學基礎”課程教學為例，探討交叉學科背景下課程教學方法的改進措施，可為該專業青年教師教學科研互動提供有益參考。

2 “無機材料科學基礎”課程教學中存在的問題

“無機材料科學基礎”是無機非金屬材料工程專業本科生的一門必修專業課程，開課目的是為學習后續專業課、從事無機非金屬材料領域的科研和生產工作打下理論基礎。學生通過本課程的學習可掌握無機非金屬材料的工藝設計、制備及生產應用中涉及的基本原理，為后續專業課程的學習及畢業論文/設計等實踐教學環節推進打下堅實理論基礎。該課程教學內容繁多，包括結晶學基礎、晶體結構與晶體的缺陷、熔體和玻璃體、表面與界面、熱力學應用、相平衡、擴散與固相反應、相變和燒結九大章節。課程的每一章節都涉及諸多基本概念和經典理論。從歷屆學生反饋情況來看，學生普遍認為學習難度大，對于許多抽象知識點掌握不好，即使死記硬背應付了考試，但并沒有深入理解。此外，學生對各個章節的理論知識相應的實際應用不清楚，分析問題和解決工程問題的能力不足，導致其在后期科研和工作中無法靈活運用已學的理論知識。

為了積極響應國家提倡的“實踐與教育相結合”的方針政策，很多高校都在紛紛縮減專業課的學時，這無疑給以知識點多、概念多、理論抽象為特點的“無機材料科學基礎”課程的教學帶來更大的挑戰。在有限的學時條件下，如要保證教學效果不打折扣，拓展學生的知識面以適應現代科學技術的發展，與時俱進地培養出學科交叉型復合型材料科學與工程人才，必然依賴于學生學習積極性的提高，需要督促學生自主學習以提高學習效率。

3 交叉學科背景下“無機材料科學基礎”教學改革策略

3.1 融入思政元素的學科交叉式案例教學

為了提高學生理論聯系實踐的能力，在“無機材料科學基礎”課程教學中，教師可將晦澀難懂的知識點巧妙地融入交叉學科特色的案例教學中，體現出該知識點在指導實際生產、科研實踐中的重要性。這不僅可以激發學生的學習興趣，也可引導學生利用多學科交叉知識解決實際科研和工程問題，有利于培養適應當下新工科背景下創新型和應用型工程技術人才的培養需求。與此同時，在案例教學中，可將思政元素潤物細無聲地融入，培養學生的愛國情懷、激發學生學以致用、振興中華的壯志雄心。

例如，在講授“晶體結構與晶體的缺陷”這一章節時，我們將“綠色建筑節能顏料的開發”這一科研案例引入到課堂教學中，講解過程中涉及了環境工程、固體物理、無機化學、漿體流變學、傳熱學、新能源等多學科知識。學生在案例教學互動過程中可以從技術研發人員的視角進行思辨，了解顏料晶體結構對其光學、熱學及化學穩定性等性質的重要影響，理解固溶摻雜是晶體材料改性的有效手段。在整個案例教學過程中，學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對人們生活水平提升的重要意義，同時培養了學生的節能環保意識。

3.2 學科交叉背景下以文獻調研帶動課堂討論

檢索并閱讀科技文獻、撰寫文獻調研報告，可為本科生畢業論文環節撰寫文獻綜述打下堅實基礎。例如在講授“晶體結構與晶體的缺陷”這一章節時，我們要求學生查閱有關“固溶體在節能、環保及新能源領域中的應用”相關文獻，每人撰寫不少于800 字的文獻調研報告。報告完成后，將教學班分組，每組組長代表組員做PPT匯報，開展學科交叉背景下的課堂討論。其目的是在學生深入理解固溶改性在無機非金屬材料結構設計中重要地位的同時，培養學生閱讀文獻和總結歸納的能力。

學生在完成文獻調研報告的過程中，可了解無機材料領域常用數據庫，掌握調研報告中參考文獻正確的引用方法，學會如何避免對參考文獻的簡單堆砌，學會深入總結歸納以提出自己的學術觀點。近幾年，學生提交的調研報告中涉及諸多交叉學科領域，充分體現了無機材料科學基礎知識在學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、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、過濾陶瓷、生物惰性陶瓷等。在進行PPT 匯報和課堂討論中，組長制作了內容豐富且邏輯性強的PPT，進行了簡明扼要的講解，學生的團隊協助精神、演講能力、應變能力都得到了全方位訓練，有效地提高了教學效果。學科交叉背景下以文獻調研帶動的課堂討論，涉及了前沿領域的研究熱點，從近年來的實施情況來看，這種形式的課堂討論氣氛更為活躍，學生參與度明顯提高。

3.3 開展學科交叉特色的科研實踐

正所謂百聞不如一見，科研實踐是學生消化理論知識的載體。在課堂之外,我們鼓勵班里學生參與青年教師的交叉學科特色科研項目。近年來，專業青年教師帶領有意向的學生積極申報大學生創新創業訓練項目，參加大學生挑戰杯等學術競賽，開展了以本科生為主體的交叉特色科研實踐活動。學生在進行文獻調研、資料整理、實驗方案設計、科研分工協作、實驗操作、數據采集和分析處理中，不僅強化了對材料科學基礎理論知識的掌握程度，還培養了實踐動手能力，提升了科研技能和素質，這為學生后續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工作夯實了基礎。

4 學科交叉式教學方式對無機非金屬材料工程專業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新意識不強的問題。由于材料科學發展速度迅猛，青年教師畢業后離開了原有的科研平臺，入職后沒有與時俱進，對本學科和專業的學術動態和前沿信息掌握不夠，視野受限。在專業課教學當中，如果采用學科交叉式教學手段，將對青年教師的交叉學科知識儲備提出新的要求。通過對無機非金屬材料工程專業青年教師的訪談調研發現，他們在準備學科交叉特色的教學資料的過程中，多領域學科專業知識得到了完善。通過了解相關領域的最新研究現狀激發了其科研靈感，許多青年教師提出了創新性的交叉學科特色的科研課題，獲得了國家基金或省基金的資助，真正實現了以教促研、教研互動。

5 結語

學科交叉背景下“無機材料科學基礎”課程教學改革已在無機非金屬材料工程專業2016、2017、2018、2019 級共180 多名本科生中實施，今后還將繼續推行、持續改進。教學改革激發了學生的學習興趣和自主學習潛能，拓寬了學生的知識面，學生期末考試中相應知識點的得分率明顯提高，已取得了初步成效。通過對“無機材料科學基礎”課程進行學科交叉式教學設計，可發揮無機非金屬材料專業諸多青年教師具有學科交叉特色科研經歷的優勢，以研促教，推進科教融合。不僅提升了本科生的綜合素養，滿足了新工科背景下材料專業創新型人才培養的需求，還提升了青年教師的教學科研水平。