新工科材料科學與工程專業科研反哺教學改革設想

［摘 要］ 新工科背景下，高等教育工科專業在教學與科研方面較失衡的現象尤為突出，客觀上需要開展科研反哺教學的研究。以材料科學與工程專業為例，分析科研反哺教學的動因和基礎，闡述新工科背景下開展科研反哺教學面臨的困境，提出新時代高校建設過程中的應對策略。科研反哺教學的實踐方法主要包括：科研成果融入課堂教學、學生參與科研項目、翻轉課堂與科研成果展示課、科研實踐教學活動。在實施過程中，需要學校政策、經費支撐以及硬件軟件建設，同時對教師提出了新的更高的要求。通過科研反哺教學彌合科研與教學平衡，最終實現高水平科研與高質量教學協同發展。

［關鍵詞］ 新工科；材料科學與工程；科研反哺教學；教學改革

［基金項目］ 2020年度哈爾濱工程大學研究生高水平核心課程“‘材料合成與制備’建設項目”；2022年度哈爾濱工程大學教改項目“新工科背景下以科技文獻為案例科研反哺教學探索”（JG2022B1009）；2021年度哈爾濱工程大學教改項目“以科技文獻案例為核心多維混合教學模式在工程類選修課中的探索與研究”（JG2021Y083）

［作者簡介］ 白成英（1986—），男，河北邢臺人，博士，哈爾濱工程大學材料科學與化學工程學院副教授，博士生導師，主要從事多孔陶瓷、多孔地質聚合物研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2025）08-0054-05 ［收稿日期］ 2023-11-20

建設世界一流大學和一流學科是黨中央、國務院做出的重大戰略決策，也是繼“211工程”和“985工程”后的又一國家戰略，有利于提升中國高等教育綜合實力和國際競爭力，為實現第二個百年奮斗目標和實現中華民族偉大復興的中國夢提供有力支撐。在歷史學中，把石器時代、青銅時代、鐵器時代劃分為人類的早期歷史時期，可見材料學科作為基礎學科的重要性。目前，全球范圍內的科技革命和產業變革日新月異，材料是經濟建設、社會進步和國家安全的物質基礎和先導，材料科學面臨著技術突破和重大產業發展機遇。

新形勢下，新工科建設對高等教育工科專業提出了更高的要求［1-3］。工科高校如何優化高水平科研支撐優秀人才培養，成為其發展和建設面臨的重要問題。第一輪“雙一流”建設學科共計465個，一流學科數量排名前列的為材料科學與工程（30個）、化學（25個）、生物學（16個）、數學（14個）、計算機科學與技術（14個）等；第二輪“雙一流”建設學科中排名前列的未發生變化，材料科學與工程仍居首位。在材料科學與工程專業，科研與教學長期失衡，存在“重科研、輕教學”的現象，高校材料學科教師重心多放在科研上；同時，工科高校“重科研、輕教學”的現象更普遍［1-6］。因此，在“雙一流”建設和新工科背景下，材料科學與工程專業如何利用科研反哺教學，完善高水平科研支撐拔尖創新人才培養的機制，以及實現高校人才培養目標，是亟須探討的教學改革問題。

一、科研反哺教學的意義

近年來，隨著科學技術的快速發展，新工科領域不斷涌現出新技術和新理念，帶來了前所未有的機遇和挑戰。因此，教育界亟須探索適應新工科發展的教學模式，以使學生能夠適應現代社會的需求。“雙一流”建設高校中包括清華大學、北京大學在內的30所高校將材料科學與工程作為“雙一流”建設學科，基于中國知網檢索“科研反哺教學”主題，圖1、圖2分別給出了該檢索條件下論文發表量分布趨勢、主要主題分布和次要主題分布。基于科研反哺的教學改革得到廣泛關注，發表的教改成果發文量近乎呈線性增長（見圖1），排名靠前的主題（見圖2（a））依次為：科研反哺教學、反哺教學、教學改革、教學中的應用、本科生、高職院校、實踐探索等；相應排名靠前的次要主題（見圖2（b））依次為：科研反哺、教學改革、科研與教學、教學與科研、反哺教學、本科生、人才培養等。

目前，高等教育教學方法仍是以教師為主體的“滿堂灌”教學模式為主，大部分情況下學生處于被動接受狀態，難以調動學生的主觀能動性，學生對課程的興趣較弱，同時材料類課程授課內容基礎性知識點較多，傳統的課本知識點應用的案例前沿性不足。新形勢下，學生知識的更新、信息的獲取、知識的生產模式、知識的功能和邊界都在變化，對于課程中引入的傳統課程例子和案例，很多信息學生已經掌握，因此學生對教學案例的選擇提出了新的更高的要求；傳統教學模式更注重理論的灌輸，導致培養的學生不能將理論知識與應用實踐相結合，評價體系較為傳統，導致學生不能熟練地應用所學的材料科學理論知識分析和解決工程實踐中的具體問題［7-8］。此外，第四次工業革命浪潮（包括先進材料、人工智能、增材制造、機器學習、ChatGPT、智能制造等領域）催動多學科知識、跨領域科技的深度融合，對新時代培養什么樣的人才提出了更高的要求。因此，在新工科背景下，課程改革勢在必行。新時代“研究型教學”模式得到廣泛關注，促進教學與研究有機結合，使學生尤其是本科生有機會參與研究工作，接觸科技前沿，探索未知世界，高校必須在教學創新上下功夫，建立新機制。

二、科研反哺教學的實踐方法

結合文獻調研及課題組多年教學工作經驗，基于科研反哺教學的實踐方法和措施主要包括以下內容。

（一）科研成果融入課堂教學

將最新科研成果（科技論文、專利、科研項目等）融入課堂教學，讓學生直接感受科學研究的魅力和價值。教師可以通過講述科研經過、展示實驗數據、分析科研結果等方式將科研成果與課堂教學相結合［7-8］。在科研成果融入教學的過程中，對教師提出了更高的要求，需要在傳統課本知識點的基礎上，將教學內容更新與提高，優選最新科研成果與課堂知識點進行整合，梳理教案并完善案例，這需要教師不斷更新和提高教學內容。將科研成果融入課堂教學能有效提高教學效果，可以更好地貼近學生的實際需求，提高學生的學習興趣。

（二）學生參與科研項目

鼓勵學生參與科研項目，讓他們直接參與科學研究，增強學生的實踐能力和創新精神。教師可以提供科研指導和幫助，讓學生能夠順利完成科研項目。在本科生中實行“導師制”，讓學生提前接觸科研項目，在項目研究過程中發現問題，探索解決問題的途徑，最終解決問題，依托項目培養學生的綜合能力［9-10］。

（三）翻轉課堂與科研成果展示課

結合課程內容設計翻轉課堂，將重點基于討論課以翻轉課堂的形式開展教學，告別傳統單一的教授模式；開展科研成果展示課，讓學生能夠了解和學習最新的科學研究成果。教師可以邀請與課程內容相關的專家學者介紹最新的科學研究，或者將學生的科研成果展示給全校師生。將問題留給學生，一方面可以將科研成果深層次與知識點進行有效結合，加深學生對課上內容的理解；另一方面可以培養學生主動學習、表達和團隊協作等方面的能力，優化考核模式。

（四）科研實踐教學活動

組織科研實踐教學活動，使學生能夠直接體驗科學研究的過程和樂趣。教師可以組織實驗課、模擬課、科技展覽等多種形式的科研實踐教學活動，讓學生能夠更直觀地感受科學研究的內涵。科研反哺教學注重學生實踐能力的培養，通過科研實踐教學活動既可以提高學生的實踐能力，又可以使學生掌握更多的實際應用技能［10］。

總的來說，科研反哺教學的實踐方法多樣，但是教師需要根據學生的特點和課程內容，合理選擇實踐方法，使科研反哺教學的實施更加順利和有效。高校也應該意識到在開展科研反哺教學的過程中，需要軟硬件建設、教師能力培養、經費支撐等多方面條件，才能有望實現課程改革建設［3-6］。

高校科研方面的提升與教學能力的提升關系復雜，具有較多的不確定性。而筆者發現科研實力的提升，能有效提升教學質量，進而提供了一種以科技文獻為核心彌合教學與科研失衡問題的教學改革思路。前期實踐表明，設計以科技文獻案例為核心的教學模式，有助于學生有效掌握材料類課程理論知識［3］。但筆者在教學改革執行過程中發現，針對課堂講授培養模式進行改革難以滿足新時代學生創新能力培養的需求、傳統教學內容難以滿足新型復合型人才培養目標、“填鴨式”教學方法難以匹配創新能力培養、傳統科教融合難以促進新工科對人才培養提出的新的更高的要求等問題，僅僅依靠教師進行課程設計（科研成果融入課堂教學、學生參與科研項目、翻轉課堂與科研成果展示課、科研實踐教學活動）遠遠不夠，還需要在學校政策引領、持續性更新教材教案及課程內容、與其他教學改革措施協同、強化教學實驗條件保障等方面進一步優化設計。現代高校應為發展新質生產力提供基礎性支撐，而科學研究是高校的重要職能，同時它必須服務于教學工作，為教學高質量提升奠定基礎。教學偏向于言傳，科研偏向于身教，兩者相輔相成，共同促進新時代人才培養，通過科研反哺教學彌合科研與教學的失衡，充分發揮兩者各自的優勢，共同促進，實現高水平科研與高質量教學協同發展。

三、科研反哺教學的實踐案例

本文選擇材料科學與工程中的“材料制備技術”課程進行科研反哺教學改革措施案例探討。以粉末冶金技術為例，使學生深刻理解并牢固掌握了先進金屬材料制備技術部分的知識點。

調研最近幾年關于粉末冶金技術的文獻［11-16］，最終優選出發表在SCI期刊——Materials Today Communications［11］和Nature communication［12］上的文獻為主要案例。這兩篇科技文獻案例與粉末冶金技術高度契合，同時代表了最新科技文獻粉末冶金技術方面的前沿進展。借助科學研究方面的科技文獻案例，能使學生進一步理解霧化法制粉、粉末冶金的定義、工藝流程（粉末制備、成型、燒結技術）、影響因素、性能評價（XRD、SEM、TEM、硬度、力學性能）、粉末冶金技術特點等，此外，案例還涉及霧化法制粉、放電等離子燒結技術（SPS）等，能加深學生對本課程霧化法制備粉體和放電等離子燒結技術的理解，將知識點串聯起來。

教師團隊優選相關的制備技術（粉末冶金）英文科技文獻案例信息和閱讀資料［11-16］，整理學生課前需要閱讀的文獻與精選的案例資料上傳到智慧樹、雨課堂，或者QQ群、微信群組中；進一步豐富案例信息，設計案例資源，優選確定課程教學過程中使用的案例（見圖3（a）、圖3（b））。圖3（a）展示了粉末冶金技術制備銅鉻鎂合金的流程圖［11］，涉及的知識點包括：粉末冶金技術、霧化法制粉、放電等離子燒結；圖3（b）展示了粉末冶金技術制備3D石墨烯/銅金屬復合材料的流程圖［12］，涉及的知識點包括：粉末冶金技術、金屬基復合材料、納米材料制備、熱壓技術。文獻案例［12］既可以強化粉末冶金課程內容知識點，還可以強化學習課程涉及的納米材料制備（石墨烯制備）和熱壓技術知識點。

上述優選的文獻案例［11-12］除了可以作為課程教學過程中的素材外，還可以豐富科學素養相關的課程思政內容建設，助力全面提升人才培養質量和用于過程和期末課程考核素材。此外，相關文獻案例庫建設可以借助名師及相關領域專家和國際合作力量，定期更新優化，助力科研與教學互補，以及課程內容持續設計、教學方法持續更新、評價方式持續優化等。

結語

綜上所述，將科技文獻作為案例的科研反哺教學方法，對于新工科背景下的教學有著重要的意義。它不僅可以幫助學生更好地理解科學研究的內涵，提高科學素養，也可以增強學生的科研能力和創新精神。因此，科研反哺教學應該得到更多的重視和實施。在實際教學過程中，教師須根據學生的特點和課程內容，合理選擇科研反哺教學的實踐方法，使科研反哺教學的實施更加順利和有效，同時，主管部門和學校應提供相應的經費支撐，做好相應的保障，以學生為中心多維度協同優化改革。未來，科研反哺教學將在新工科教育中發揮更加重要的作用，期待能夠在未來的教學實踐中看到更多關于科研反哺教學的有益探究。

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Exploration of Materials Science and Engineering Major Scientific Research Back-feeding

Teaching Reform

BAI Cheng-ying， WANG Xiao-dong， ZHENG Ting， ZHANG Li-li

（College of Materials Science and Chemical Engineering， Harbin Engineering University， Harbin， Heilongjiang 150001， China）

Abstract： Under the background of the development of Emerging Engineering Education（3E） in China， the imbalance between teaching and scientific research is more prominent in the engineering specialty of higher education. Taking materials science and engineering major as an example， this paper analyzes the motivation and basis of scientific research back-feeding teaching （SRBT）， expounds the difficulties faced in carrying out scientific research feeding teaching under the background of 3E， and puts forward countermeasures in the process of university construction in the new era. The practical methods of SRBT mainly include： integration of scientific research results into classroom teaching; Students’ participation in research projects; Flipped classroom and research achievement demonstration class; Scientific research practice teaching activities. In the process of implementation， it needs the support of school policy funds and the construction of hardware and software. Meanwhile， it puts forward new and higher requirements to bridge the balance between scientific research and teaching through SRBT， and finally realize the coordinated development of high-level scientific research and high-quality teaching.

Key words： emerging engineering education; materials science and engineering; scientific research back-feeding teaching; teaching reform