研究生固體化學(xué)課程思政教學(xué)設(shè)計探索*

趙煜娟 嚴(yán)勇 安麗 李釩

北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與生命學(xué)部 北京 100124

0 引言

新時代背景下，國家需要的不僅是具備高級認(rèn)知和思維水平的人才，更需要具有正確價值觀、有責(zé)任能力擔(dān)當(dāng)?shù)母呒壢瞬拧Ｒ蚨咝５难芯可囵B(yǎng)不僅要側(cè)重其學(xué)術(shù)性、研究性、探索性，更需要發(fā)掘?qū)I(yè)課程所蘊(yùn)含的思想政治教育元素，與專業(yè)知識融合，將課程思政價值融入教育環(huán)節(jié)。因而，在構(gòu)建研究生專業(yè)知識體系的同時，塑造正確的價值觀，培養(yǎng)學(xué)生在科學(xué)研究工作中的堅定理想信念和奮斗精神，引導(dǎo)學(xué)生將自我價值的實現(xiàn)與服務(wù)國家建設(shè)的時代使命相結(jié)合，深化服務(wù)人民的愛國主義情懷，培養(yǎng)出滿足時代需求的高級人才，是每個教育工作者不可推卸的責(zé)任[1]。

高校課程思政教育強(qiáng)調(diào)在新時代實現(xiàn)“三全育人”，以“潤物細(xì)無聲”的方式將思政教育元素融入日常的課堂學(xué)習(xí)，通過課程建設(shè)和課程思政的結(jié)合，有效地解決“培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人”的根本問題[2-3]。作為高校研究生指導(dǎo)教師，尤其長期以傳授自然科、學(xué)知識為主的教師，往往容易忽略其中的隱性思政資源，對思政教育的實施感到茫然，無從下手。因此，需要我們努力探索，打破思想政治教育與專業(yè)教育相互隔絕的“孤島效應(yīng)”，做好教書和育人工作，并把育人作為首要任務(wù)[4]。因而，我們需要改變固有思維，首先，在日常教學(xué)中明確課程的育德目標(biāo)，深入思考發(fā)掘思政教育與專業(yè)知識的融合點(diǎn)，探索二者結(jié)合的方式方法，設(shè)計具體的教學(xué)案例及實施路徑。

1 固體化學(xué)課程思政的必要性

固體化學(xué)主要研究固體物質(zhì)的制備、組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，是面向化學(xué)專業(yè)研究生開設(shè)的一門基礎(chǔ)理論課程。在以往的教學(xué)過程中，教師與學(xué)生的交流多限于知識層面，注重基礎(chǔ)理論知識的傳授，忽略了價值觀的樹立和導(dǎo)向。另外，固體化學(xué)與固體物理、材料工程學(xué)等學(xué)科互相交叉滲透，是現(xiàn)代固體科學(xué)和技術(shù)的基礎(chǔ)。在材料領(lǐng)域有許多需要探索和亟待解決的問題，需要大量理論基礎(chǔ)扎實、科研能力強(qiáng)的高級研究人才。剛剛?cè)雽W(xué)的研究生，正處于樹立正確的科學(xué)觀和思想觀的關(guān)鍵引導(dǎo)期，我們在教授知識與研究方法的同時，需要培養(yǎng)研究生勇于質(zhì)疑、善于思辨、勤于鉆研的科學(xué)精神，同時，還需要樹立堅定的理想信念和價值觀，才能避免科學(xué)研究上的急功近利，耐得住科研工作的寂寞，不計個人得失，投入服務(wù)國家的建設(shè)中。因此，我們需要盡快在入學(xué)初始階段，建立起教師與學(xué)生人文關(guān)懷的交流紐帶，使學(xué)生健康成長，實現(xiàn)“全程育人、全方位育人”。

另外，把思政教育引入研究生培養(yǎng)，對授課教師也提出了更高的要求，不僅需要教師具備深厚的科研基礎(chǔ)，熱愛相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域，把握科技前沿，也要求教師自身德才兼?zhèn)洌哂泄そ尘窈蛨远ǖ睦硐胄拍睿拍軐野l(fā)展需要解決的專業(yè)問題融入專業(yè)課教學(xué)中，激發(fā)學(xué)生研究攻克重大科學(xué)技術(shù)難題的興趣和勇氣。因而，思政課程建設(shè)和實踐的過程也是對教師思想素養(yǎng)的自我提升過程。

2 固體化學(xué)課程思政的挖掘

固體化學(xué)技術(shù)的發(fā)展是人類探索自然、認(rèn)識世界與改造世界的過程。古代青銅器的熔合、淬火，傳統(tǒng)的陶瓷工藝、石灰石的煅燒、黑火藥的制造等都匯集了人類對于固體化學(xué)技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗。但固體化學(xué)原理的發(fā)展卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于固體化學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，固體化學(xué)是20世紀(jì)六七十年代基于材料科學(xué)的發(fā)展形成的，也是以推動材料科學(xué)發(fā)展為使命的一門學(xué)科。因而不少固體化學(xué)家在開拓材料新體系方面作出了巨大貢獻(xiàn)，如氧化物高溫超導(dǎo)材料、固體電解質(zhì)材料、激光晶體和非線性光學(xué)晶體等[5]。

2.1 堅定的理想信念和愛國精神的培養(yǎng)

我國科學(xué)家在早期艱苦的條件下，發(fā)揚(yáng)不屈不撓的奮斗精神在新材料領(lǐng)域不斷取得突破，為國家發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)。例如，中國陶瓷基復(fù)合材料及高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料研究領(lǐng)域的開拓者郭景坤帶領(lǐng)團(tuán)隊研制出纖維補(bǔ)強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料和陶瓷發(fā)動機(jī)材料及其零部件，解決了中國第一代戰(zhàn)略武器關(guān)鍵部位的防熱難題，使中國成為國際上繼美、日之后無水冷陶瓷發(fā)動機(jī)行車試驗成功的國家。中國高溫合金和新型合金鋼的重要奠基人、材料腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域的開拓者師昌緒在美國研究的超高強(qiáng)度鋼解決了飛機(jī)起落架經(jīng)常發(fā)生斷裂事故的問題，但他認(rèn)為“中國人應(yīng)該回中國去，現(xiàn)在中國十分落后，需要我這樣的人”，毅然回國。在蘇聯(lián)專家撤離，動力問題成為我國新型飛機(jī)自主設(shè)計方案中的重大關(guān)鍵項目時，師昌緒率領(lǐng)課題組攻克了造型、脫芯、合金質(zhì)量控制等一系列難關(guān)，使我國成為繼美國后第二個掌握這項尖端制造技術(shù)的國家。師昌緒先生認(rèn)為“我的人生觀就是要使祖國強(qiáng)大”，這一愛國者底色貫穿了他默默奉獻(xiàn)的一生。電影《我和我的父輩》的《詩》篇章中的試驗情景是真實存在的，當(dāng)年的總工程師楊南生（我國著名的探空火箭、導(dǎo)彈和力學(xué)專家）就是不顧個人安危，站在只有5厘米厚的透明有機(jī)玻璃窗后觀察發(fā)動機(jī)試車的全過程。固體火箭推進(jìn)劑火藥整形工的取材人物是2015年當(dāng)選為《感動中國》年度人物的中國航天高級技師徐立平。曾經(jīng)，大批科技工作者為了中國的振興，艱苦奮斗無私奉獻(xiàn)，正是基于對國家高度的責(zé)任感和使命感，以及他們堅定的理想信念和無私奉獻(xiàn)的精神，這些老一輩科學(xué)家和科技工作者不計個人得失，不求功名利祿，為祖國的繁榮昌盛奉獻(xiàn)了自己的青春與熱血。

近些年來，我國在材料領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究取得了非常大的進(jìn)步。我國研究論文發(fā)表的數(shù)量已經(jīng)遙遙領(lǐng)先，但是，論文數(shù)量不能代表解決實際問題的能力，解決重大工程問題，提升國家發(fā)展實力，是每個科技工作者的最高目標(biāo)。作為以推動材料科學(xué)發(fā)展為使命的固體化學(xué)課程而言，我們需要將思政教育內(nèi)容與新材料領(lǐng)域日新月異的發(fā)展有機(jī)融合起來。挖掘固體化學(xué)基礎(chǔ)理論在相關(guān)材料的研究方向和工程應(yīng)用中解決問題的實際案例，及時引入與新材料相關(guān)的新發(fā)現(xiàn)、新理論、新工藝、新成果，激發(fā)研究生的學(xué)習(xí)熱情和專業(yè)自豪感，繼承前輩們的愛國精神，勇于擔(dān)當(dāng)，擔(dān)負(fù)起時代賦予的使命。

2.2 科學(xué)思維和科學(xué)精神的培養(yǎng)

科學(xué)思維是進(jìn)行科學(xué)探索、科學(xué)實踐、科學(xué)研究過程中的通用思維及方法，是從事科學(xué)研究的人員必備的核心素養(yǎng)。各門科學(xué)中的定律、原理、規(guī)律等都是人類科學(xué)思維的產(chǎn)物，通過質(zhì)疑和批判，創(chuàng)造性地提出觀點(diǎn)、認(rèn)識事物及事物之間的聯(lián)系。

從晶體學(xué)的發(fā)展史中可以看到，研究者在晶體研究中運(yùn)用了常見的科學(xué)思維方法，比如分析、比較、歸納、演繹、綜合、抽象和概括等，總結(jié)出晶體的各種定律。例如，從表觀看，天然晶體具有平的面、直的棱，研究者通過觀察、對比分析各種礦物晶體外在的幾何形態(tài)，歸納總結(jié)出了 “面角守恒定律”；并從晶體的外部形態(tài)規(guī)律總結(jié)，逐漸開始探討內(nèi)部本質(zhì)原因，對晶面在三維空間中分布規(guī)律的對稱性進(jìn)行研究。通過幾何方法和嚴(yán)密的數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出晶體形態(tài)可能的對稱要素的組合形式，即：32個對稱型（點(diǎn)群）和晶體的14種空間格子，同時考慮平移與旋轉(zhuǎn)、反應(yīng)的對稱變換的復(fù)合，推導(dǎo)出晶體結(jié)構(gòu)一切可能的對稱形式，即：230種空間群。研究者進(jìn)一步從數(shù)學(xué)的角度對晶體結(jié)構(gòu)的規(guī)律建立了數(shù)學(xué)模型，并且后續(xù)通過X-射線實驗證實了晶體結(jié)構(gòu)的重復(fù)周期性，在此基礎(chǔ)上，開拓了晶體結(jié)構(gòu)研究的新領(lǐng)域。因此，晶體學(xué)的發(fā)展歷史完美地體現(xiàn)了比較與分類、歸納與演繹、分析與綜合、抽象與概括等科學(xué)思維方法的應(yīng)用。其實，在固體化學(xué)課程中存在很多類似實例，我們需要在教學(xué)過程中不斷發(fā)掘，并對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，潛移默化培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

科學(xué)精神是一種敢于堅持科學(xué)思想的勇氣和不斷探求真理的意識，實踐是檢驗科學(xué)認(rèn)識真理性的標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)識發(fā)展的動力。

固體化學(xué)中很多內(nèi)容都具體體現(xiàn)了研究者們的求實、探索、創(chuàng)新等科學(xué)精神。例如，對于晶體如何確定缺陷類型，科學(xué)家們精心設(shè)計多種研究方法對缺陷模型的假定進(jìn)行實驗驗證，重視以定性分析和定量分析作為科學(xué)認(rèn)識的一種方法，如微重量法、密度測定法、示蹤原子法和標(biāo)記物法等；在固相反應(yīng)動力學(xué)的研究中，從楊德爾方程、卡特方程到金斯特林格方程，人們提出模型，驗證、修正，不斷反復(fù)實踐檢驗?zāi)Ｐ偷暮侠硇院瓦m用性；在固體化學(xué)的研究進(jìn)展中，科學(xué)家們深知結(jié)構(gòu)決定性能，需要獲取更多準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)信息，因而材料的性能表征和實驗測量技術(shù)與新技術(shù)跨學(xué)科結(jié)合，不斷創(chuàng)新各種晶體結(jié)構(gòu)以及原子/電子的表征手段，充分體現(xiàn)了科學(xué)家們永無止境的探索，不斷創(chuàng)新進(jìn)取的科學(xué)精神和信念。我們需要在教學(xué)過程中強(qiáng)化研究生基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)的同時，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，學(xué)會通過總結(jié)、聯(lián)系，通過理論與實驗反復(fù)驗證的學(xué)習(xí)方法，來解決實際問題。

2.3 科學(xué)道德與人文素質(zhì)

科學(xué)道德是科學(xué)工作者在從事科學(xué)研究和處理科研成果時的內(nèi)在自我約束標(biāo)準(zhǔn)，求真務(wù)實，不弄虛作假，也是科學(xué)研究人才必備的基本素養(yǎng)。我們需要通過人文素質(zhì)培養(yǎng)學(xué)生的內(nèi)在精神品格，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)的同時思考人生的目的、意義、價值，培養(yǎng)正確的價值觀和自律意識。

在課堂學(xué)習(xí)中，我們可以通過目前科研案例分析，強(qiáng)化科學(xué)道德和價值取向的引導(dǎo)，實現(xiàn)人才培養(yǎng)的功能目標(biāo)與價值引領(lǐng)的統(tǒng)一。通過具體案例剖析，讓學(xué)生意識到科研不端、不當(dāng)行為的表現(xiàn)形式和危害，以及科學(xué)精神缺失和學(xué)風(fēng)浮躁表現(xiàn)和導(dǎo)致的后果，引以為戒。

同時，也通過具體實驗中常見問題的處理分析案例，警醒學(xué)生即使在實驗數(shù)據(jù)處理分析過程中的小細(xì)節(jié)上，主觀因素也可能會在無意識中妨礙科學(xué)研究的真實性。因此，在科研道路上，我們需要時刻警醒自己，開展思政價值觀綜合評判，避免急功近利，只求速度，不求質(zhì)量，制造垃圾論文，浪費(fèi)國家資源。增強(qiáng)學(xué)生道德自律意識以及社會責(zé)任感，明確學(xué)術(shù)研究是極為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程，來不得半點(diǎn)弄虛作假，警醒學(xué)生在今后科研工作中遇到困惑和抉擇時，做出正確選擇。

3 開展多樣化課程思政教學(xué)模式

3.1 深入理論學(xué)習(xí)，拓展實踐應(yīng)用，強(qiáng)化科學(xué)思維培養(yǎng)

物理學(xué)關(guān)心普遍性，化學(xué)注重特殊性，物理和化學(xué)兩個學(xué)科，在各自的發(fā)展過程中一直是相互借鑒，相互促進(jìn)的[5]。

固體物理是固體化學(xué)重要的理論基礎(chǔ)，因而，在課程學(xué)習(xí)中我們會引入部分固體物理基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，以豐富相關(guān)知識內(nèi)容。例如，倒易點(diǎn)陣和晶體點(diǎn)陣的相互表達(dá)，晶體的布里淵區(qū)、能帶、態(tài)密度等概念，可以更好地幫助學(xué)生理解分析電子衍射圖譜以及第一性原理計算的結(jié)果分析。讓學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)沒有捷徑，只有踏踏實實掌握基礎(chǔ)理論知識，才有能力解決實際應(yīng)用問題。

固體化學(xué)是材料學(xué)的理論基礎(chǔ)，我們在此基礎(chǔ)上設(shè)計和制備、開發(fā)新材料，拓展材料學(xué)實踐活動相關(guān)的理論知識，便于指導(dǎo)新材料的設(shè)計和合成。因此，我們需要多層次地研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及它們之間的關(guān)系，從研究個體顆粒的性質(zhì)，拓展到宏觀顆粒集合（即粉體）的性質(zhì)。我們在固體化學(xué)課程中引入了與粉體工程技術(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)理論以及實際應(yīng)用，進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)。如粉體的粉碎、混合、分離等的相關(guān)機(jī)理和設(shè)備與實驗操作中的對應(yīng)操作關(guān)聯(lián)起來，有助于學(xué)生深入理解實驗操作背后的基本原理以及對應(yīng)的生產(chǎn)場景。

綜上，固體物理、冶金學(xué)和材料學(xué)等都與固體化學(xué)有密切的聯(lián)系，所以在固體化學(xué)課程的學(xué)習(xí)中，不能局限于本課程的基礎(chǔ)內(nèi)容，需要更加適合現(xiàn)代化水平的復(fù)合型知識結(jié)構(gòu)，因而，在固體化學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容之上，我們?nèi)诤喜糠止腆w物理和材料工程技術(shù)的知識，深入理論學(xué)習(xí)和實踐應(yīng)用，強(qiáng)化科學(xué)思維和科學(xué)精神的培養(yǎng)。

3.2 開展學(xué)科跨界融合

針對材料領(lǐng)域智能化、信息化、數(shù)字化的現(xiàn)狀，計算材料學(xué)快速興起，推動了材料研發(fā)由“經(jīng)驗+試錯”的模式向計算驅(qū)動的研發(fā)模式轉(zhuǎn)變。近年來，機(jī)器學(xué)習(xí)已經(jīng)成為材料研究的前沿方向和熱點(diǎn)領(lǐng)域。數(shù)據(jù)挖掘和統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法在分析材料數(shù)據(jù)集和構(gòu)建機(jī)器學(xué)習(xí)模型方面也變得尤為重要。因此，在課程的教學(xué)中，我們注重繼承與創(chuàng)新、交叉與融合，引入新材料前沿領(lǐng)域的介紹，機(jī)器學(xué)習(xí)在材料設(shè)計優(yōu)化方面的案例，打破學(xué)生對傳統(tǒng)“生化環(huán)材”學(xué)科的認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生研究熱情和創(chuàng)新，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型的科研后備軍。

3.3 構(gòu)建學(xué)習(xí)共同體

現(xiàn)在的教育資源，不再局限于校園內(nèi)部，網(wǎng)絡(luò)上豐富的優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資源為學(xué)生提供了更多的學(xué)習(xí)途徑。在課堂上，通過聚焦學(xué)科前沿發(fā)展，提出和實際應(yīng)用相關(guān)的問題，讓學(xué)生通過文獻(xiàn)調(diào)研提出解決問題的大思路；也可以聚焦小問題，通過多種學(xué)習(xí)資源的利用，提出解決方案，共同進(jìn)行分析解決，構(gòu)建師生學(xué)習(xí)共同體。學(xué)習(xí)共同體的構(gòu)建可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新思想，增強(qiáng)師生互動，培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作精神，提高學(xué)生解決復(fù)雜實際問題的意識和能力，培養(yǎng)面向未來、符合時代發(fā)展要求、具有科學(xué)精神和責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)膬?yōu)秀科研人才。

4 結(jié)束語

綜上，本文對固體化學(xué)課程知識點(diǎn)進(jìn)行了梳理，挖掘有關(guān)思政教育素材，尋找切入點(diǎn)，將思政教育元素融入知識點(diǎn)；培養(yǎng)學(xué)生堅定的理想信念和愛國精神，提升科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)精神，以及科學(xué)道德和人文素養(yǎng)；開展多樣化課程思政教學(xué)模式，深入理論學(xué)習(xí)，拓展實踐應(yīng)用，開展學(xué)科跨界融合，構(gòu)建學(xué)習(xí)共同體。為新時代研究生的思想道德建設(shè)發(fā)揮積極作用，培養(yǎng)具有團(tuán)隊協(xié)作精神，科學(xué)精神和責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)膬?yōu)秀科研人才。