功能材料導論課程教學與“雙一流”學科建設的結合探討

劉金剛 陳淑靜 佟望舒 王珂 王琳

摘要：“功能材料導論”是中國地質大學（北京）材料科學與工程學院材料物理專業本科生三年級的專業主干課。該課程的主要教學內容包括新能源材料、環境功能材料、光電功能材料、生物醫用功能材料以及先進復合材料等。為了更好地服務于學校“雙一流”學科的建設，文章嘗試將傳統的“功能材料導論”教學內容進行改進，融入了大量與我校“雙一流”學科“地質學”和“地質資源與地質工程”緊密相關的內容。實踐教學證明該項教學改革取得了良好的效果。

關鍵詞：“雙一流”學科；材料物理；教學；功能材料導論

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）34-0163-02

2017年9月21日，教育部、財政部、國家發展改革委員會印發了《關于公布世界一流大學和一流學科建設高校及建設學科名單的通知》，公布了世界一流大學和一流學科（簡稱“雙一流”）建設高校及建設學科名單。“雙一流”建設將學科建設在我國高校發展中的地位提升至一個新的高度，勢必對我國高校學科建設產生深遠的影響。筆者所在的中國地質大學（北京）（以下簡稱“學校”）作為“一流學科建設高校”，有兩個學科（包括“地質學”與“地質資源與地質工程”）入圍了“雙一流”建設學科名單。

我校材料科學與工程學院（以下簡稱“學院”）自1999年成立以來，一直面向資源綜合利用、節能減排、低碳環保、循環經濟等國家戰略需求，以資源綜合利用與新材料為主要方向。2015年學院進入了全球基本科學指標（Essential Science Indicators，ESI）排名前1%。雖然學院目前尚不屬于學校的“一流建設學科”，但此環境下應該如何適應學校“雙一流”學科的建設引起了筆者的深入思考。我們在向材料學科評估中獲得“A+”評價的清華大學、北京航空航天大學、武漢理工大學學習先進經驗的同時，該如何適應學校“地質學”與“地質資源與地質工程”一流學科的建設，是擺在我們面前的教學改革課題之一。

一、材料物理專業功能材料導論課程介紹

“功能材料導論”課程是我校材料科學與工程學院材料物理專業本科生三年級的專業主干課，內容涉及無機化學、有機化學、物理化學、膠體與界面化學、高分子化學、晶體材料學、高分子材料、復合材料學、無機材料工藝學等多門課程，重點講述新能源材料、環境功能材料、光電功能材料、生物醫用功能材料以及先進復合材料等內容。該課程從先進材料的科學和使用出發，根據已有的材料科學的基礎理論，使學生掌握功能材料的基本概念及應用，了解相關理論。課程通過具體的實例，對功能材料的發展歷史、制備方法、應用領域做了系統闡述，介紹了最新的科技成果，為學生開展科研訓練與創新活動、專業綜合實驗和畢業論文提供了理論指導。

由于學科背景所限，筆者在之前主講該門課程時，一直沿襲著傳統的教學思路，主要從材料學角度出發來講授功能材料的發展前沿。2018年6月，學校召開了“雙一流”暨學科建設工作會后，進一步明確了全校師生長期奮斗，不斷攻堅克難，全面推動學校“雙一流”建設工作，為實現建設地球科學領域世界一流大學的長遠奮斗目標而不懈努力的工作方針。此次會議的召開極大地鼓舞了全校師生的士氣。作為材料科學與工程學院的一名一線教師，筆者也深感應為學校“雙一流”建設工作貢獻自己的微薄之力。為此，筆者在深切領會“功能材料導論”教學大綱的前提下，對原來的教授內容進行了優化和調整，將與我校一流學科“地質學”與“地質資源與地質工程”相關的內容融入新的教學工作中，并進行了初步的改革嘗試。

二、功能材料導論課程教學探索

為了適應學校“雙一流”學科的建設，筆者在“功能材料導論”課程中進行了有益的嘗試。在不違背教學大綱的前提下，將講述內容重新進行了調整，在課件制作過程中參考了大量與“地質學”和“地質資源與地質工程”相關的內容。例如，在新能源材料的講述中增加了地質礦產資源在清潔能源領域中的應用，包括鈣鈦礦太陽能電池（轉化效率已經突破20%，可以媲美傳統的硅太陽能電池，同時具有成本低廉等特征）、鋰離子電池（鋰精礦已經成為支撐新能源汽車等應用鋰離子電池行業的戰略性資源）、石墨烯材料等；在環境功能材料的講述中增加了地質礦產資源在環境保護與治理領域中的應用，包括土壤修復（方解石、石灰、磷礦石、羥基磷灰石、膨潤土、沸石、海泡石、硅藻土等治理重金屬污染土壤等）、污水與廢水處理、工業與室內廢氣治理（沸石處理二氧化硫、膨潤土與蛭石固硫反應、青石、滑石、海泡石處理汽車尾氣、室內空氣污染）等；在光電功能材料的講述中增加了地質礦產資源在光功能材料以及電功能材料中的應用，包括絕緣材料、電磁波吸收材料、耐電暈材料、發光材料等；在生物醫用功能材料的講述中增加了地質礦產資源在生物醫用領域中的應用，包括骨替代材料（磷灰石、硅灰石等制備聚乳酸/硅灰石等具有良好生物活性、生物相容性、可降解性、抗磨損性和抗壓性的礦物復合材料）、生物陶瓷材料（羥基磷灰石與磷酸三鈣等應用于制備生物活性陶瓷；氧化鋁與氧化鋯等應用于制備生物惰性陶瓷等）、生物傳感器材料、組織工程材料等；在先進復合材料的講述中增加了地質礦產資源在復合材料領域中的應用，包括礦物復合高分子材料（功能性礦物填料應用于高分子材料的改性，例如蒙脫石等層狀硅酸鹽用于提高高分子材料的水氧阻隔性；海泡石、蛋白石、碳酸鈣等用于改善高分子材料的耐蠕變性、尺寸穩定性以及其他力學性能；蛭石等用于增強高分子材料的保溫性能等）、礦物復合陶瓷材料（石榴石礦物應用于制備碳化硅復合材料）等。

通過2015級本科生的教學實踐，學生們普遍反映講述的內容更加切合學校的特色，與他們之前學過的“工業礦物與巖石”、“復合材料與工藝”等課程形成了良好的互補，對地質礦產資源在材料領域中的應用有了更深層次的理解。可以說，這次教改嘗試取得了令人滿意的效果。

三、結語

國家實施教育改革“雙一流”戰略以來，非“雙一流”學科如何在學校大力建設一流學科背景下，積極投身服務于一流學科建設的潮流中已經逐漸成為當今眾多高校院系在人才培養、課程設置、實踐教學等環節中需要思考的問題之一。筆者在材料學院材料物理專業本科生教學過程中也積極思考了該問題，并在自己主講的“功能材料導論”課程中進行了有益的嘗試。在不違背教學大綱的前提下，將講述內容重新進行了調整，努力適應學校“雙一流”學科建設，為學校建設地球科學領域世界一流大學的目標做出自己的貢獻。

參考文獻：

[1]劉仁山.“雙一流”建設與新時代人才培養[J].國家教育行政學院學報，2018，（6）：50-55.

[2]張海峰.“雙一流”背景下的一流實驗室建設研究[J].實驗技術與管理，2017，34（12）：6-10.