課程思政元素融入《材料化學》教學中的探索與實踐

楊艷華，王寶玲，高樹林，王建飛，李湘廣

(昆明學院 化學化工學院，云南 昆明 650214)

“課程思政”是高校以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，以習近平總書記關于教育工作的重要論述為根本遵循，落實立德樹人根本任務的重要舉措，是構建德智體美勞全面培養的教育體系和高水平人才體系的有效切入，也是完善全員全程全方位“三全育人”的重要抓手[1].大學教育通過構建系統的學科知識框架，在培養學生科學的研究思維、健全的人生觀和世界觀等方面，有至關重要的作用.將思政元素融入大學課程教學中，實現思想政治教育與化學學科知識體系的有機統一，既有利于構建大學教育的全方位育人體系，也體現了高校思政教育隱形化、融合性的思路[2].

材料化學是一門從化學學科角度研究材料結構與性能、理論與方法、材料實際應用與發展前景，提升學生素質教育和開拓學科視野的學科基礎選修課.本課程開設于大學二年級上學期，對昆明學院化學專業的學生來說，已具備無機化學學科基礎知識，與有機化學和分析化學進行同向教學，不僅有利于各基礎課程間知識的穿插講解，也有利于學生將所學知識融會貫通.雖然只有16學時，但根據我們已有的教學改革經驗和課程思政教學設計思路[3-4]，在有限的課程教學時間內，不僅可在學科基礎課間起到承上啟下、充分調動學生學習積極性的作用，而且課程思政元素的融入在提升學科素質教育、激發學科自豪感和社會責任感方面有顯著促進作用.本文梳理了材料化學教學內容與思政元素的融合點(表1)，從培養學生愛國情懷、學科自豪感、社會責任感和提升學生學科素養等幾個方面展現課程思政教育的育人功能.

1 以課程思政元素培養學生愛國情懷

“理想因其遠大而為理想，信念因其執著而為信念”，面對新的時代，青年要有更加強烈的家國情懷、更加忠誠的政治品格、更加遠大的理想抱負，青年應樹立遠大理想引領愛國之志、用擔當時代責任詮釋愛國之情[5].通過列舉與課程教學內容相關的中國科學院院士、播放院士采訪時講述的心路歷程及介紹研究方向和內容，學習科學家嚴謹務實的工作態度，增強學習緊迫感，以孜孜不倦地求知問學，筑牢學科基礎知識，腳踏實地、勇于奮斗，勇賦時代擔當、樹立遠大理想抱負，繼而培養學生愛國情懷.

表1 材料化學教學中的思政元素融合點

例如，在第1章光致變色材料中的超分子材料部分，介紹我國光化學領域的奠基人和超分子化學領域的拓荒人之一——佟振合院士[6].1963年佟院士畢業于中國科學技術大學，并于上世紀70年代末，進入美國哥倫比亞大學光化學領域領導者Turro院士課題組攻讀博士學位，畢業后毅然回國，用自身所學報效國家，不僅在光誘導電子轉移、能量傳遞和化學轉換等方面取得開創性成果，獲得了國家自然科學二等獎，而且，在利用太陽能進行光催化分解水方面也有不俗的成績.此外，佟院士以獨特的學術魅力和個人魅力，在教書育人過程中，注重立德樹人，讓學生領悟光化學的強大力量和研究意義，培養了許多光化學和超分子化學研究領域的骨干和領軍人物.

在第2章熒光材料中的聚集誘導發光時，介紹2017年國家自然科學一等獎獲得者、聚集誘導發光的提出者——唐本忠院士[7].1982年，唐院士從華南理工大學畢業后，赴日本京都大學繼續深造，在博士期間潛心研究、刻苦學習，為后續的研究打下堅實的基礎.在海外從事一段時間的研究工作后，于1994年返回祖國，在香港科技大學繼續從事人工發光材料的研究工作.2001年，他在實驗室中發現一種奇特的發光現象，并將其命名為聚集態誘導發光效應，即一種分子材料在溶液中幾乎不發光，但在聚集態或固態下發光性能顯著增強的現象，這是中國科學家原創的新材料體系，在后續的研究中逐漸發現，具有聚集態誘導發光的材料，在光電器件、化學傳感器、生物檢測、成像診療、液晶顯示器和有機發光二極管等諸多領域具備巨大應用潛力，引起國際科技界的廣泛關注，聚集誘導發光被認為是支撐未來納米光學革命的4大納米材料之一.面對榮譽，唐本忠曾說：“國家對科學技術非常重視，作為個人，在這個時代里就是滄海一粟，但是你也可以做點事情，爭取在有生之年能夠給國家、給人民做點有意義的事情.”

很多科技工作者與佟振合院士和唐本忠院士一樣，都有海外研究經歷，但他們并沒有留戀國外的優渥條件，而是選擇回國，用所學知識報效國家，在祖國基礎研究領域嘔心瀝血，不僅推動了本土科技產業的發展，而且也為我國在諸多領域趕超國際水平打下人才和技術基礎.當代大學生就應該學習這樣的科學家精神，學習他們“繁霜盡是心頭血，灑向千峰秋葉丹”的忠貞不渝的報國之心，學好專業知識，學以致用，為祖國的繁榮昌盛貢獻自己的力量.

2 以課程思政元素培養學生學科自豪感和社會責任感

習近平總書記指出：大學生要關心國家、關心人民、關心世界，學會擔當社會責任[8].增強新時代大學生的社會責任感不僅是黨和國家立德樹人的基本要求，也是大學生思想政治教育的重要目標和根本任務[9].材料化學作為化學專業選修課程，在教學過程中引入中國企業在高科技領域的研發故事，可以培養學生的學科自豪感和社會責任感.

在第1章光致變色材料中的高分子材料部分，可引入福耀集團生產的汽車玻璃技術及發展情況.汽車玻璃使用的調光膜也稱聚合物分散液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal，簡稱PDLC)，這種膜可在透明與非透明狀態間變化.在生產工藝中，將玻璃與PDLC膜制造成夾心結構，通過電壓調節PDLC膜液晶材料的有序/無序排列，起到調節光線通過的作用[10].上世紀80年代初，福建商人曹德旺發現國內汽配市場上，日本進口的汽車玻璃每塊售價為 1 000～2 000 元人民幣，這對于改革開放初期的中國人來說是一筆巨款，這一痛點激發了曹德旺要做中國人自己的汽車玻璃的想法，并在1987年成立了福耀玻璃工業集團股份有限公司.經過多年的努力和技術攻關，福耀集團改變了中國汽車玻璃完全依賴進口的局面，如今的福耀集團已成為國內第一、世界第四的汽車玻璃生產制造商，在國際汽車玻璃配套市場，也得到了世界8大汽車廠商的認證.福耀汽車變色玻璃屬于電致變色材料，可作為光致變色材料的知識的延伸，介紹給學生，進一步拓展學科知識面.

在第4章高科技新材料中的信息存儲材料部分，可介紹我國信息存儲芯片領域的進展情況.2018年至今由美國掀起的中美貿易爭端中，在高科技領域對中興和華為圍堵與封殺的新聞層出不窮.在手機操作系統中，華為公司經過多年研究與市場分析，在操作系統方面取得重大突破，自主研發的HarmonyOS系統在面對美國禁止出售Android系統時顯得無比從容、自信.同時，大數據時代對信息存儲芯片在存儲容量、效率和安全性方面有著越來越高的要求，芯片的制造主要依賴荷蘭的光刻機技術，中國國內市場巨大，芯片的生產是卡脖子工程，“中國芯”已成為國人心中不懈追求的目標.經過多年發展，國內華為、中興、飛騰、京東方等都在芯片制造領域布局，加速研發.手機、電腦和服務器等系統的內存主要是易失性動態隨機存取存儲器(dynamic random access memory，簡稱DRAM)，DRAM國產化一直都是中國高端制造的夢想，2017年紫光國芯自主研發的高性能第4代DRAM存儲器通過科技成果評價，填補了我國第4代接口DRAM產品的空白，可助力大數據、云計算和移動終端服務.此外，日常使用的U盤屬于非易失性可重寫存儲器.由此可見，各類存儲器已深入我們的日常生活，突破技術壁壘和國外封鎖，已成為廣大科技工作者的使命和擔當.

無論是變色玻璃還是信息存儲芯片，都離不開化學學科.傳統的存儲材料都是以無機硅化合物的半導體為基礎，在當前的移動設備逐漸向小型化、便攜化和多功能化方向發展背景下，硅基半導體技術面臨著理論和物理尺寸的限制，而化學學科在研究新型存儲材料方面的優勢日益突出.根據最新研究表明，除了傳統的無機存儲材料，還有一些有機小分子、有機金屬配位化合物、聚酰亞胺、聚合物復合材料等，在信息存儲領域都具備應用前景.此外，變色玻璃和存儲器在使用過程中都會面臨使用安全性和使用壽命等問題，從分子角度出發，通過化學合成對材料進行結構修飾，提升材料的使用性能，是化學專業學生未來研究的主攻方向.化學學科離我們生活并不遙遠，除了我們日常接觸到的化學反應，在高新產業和經濟領域，也有著不可替代的作用，職業發展前景光明.

3 以課程思政元素提升學生學科素養

中國學生發展核心素養主要是指學生應具備的、能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力.要以科學性、時代性和民族性為基本原則，以培養“全面發展的人”為核心[11].材料化學在課程講解中，多以物質的用途為切入點讓學生了解物質的性質，因此，在教學過程中可以將一些前沿科學研究成果引入課堂，用淺顯易懂的表述使學生理解其研究意義，把握科學性和時代性，潛移默化地提升學生學科素養.

在第1章光致變色超分子材料中，可引入張希院士團隊的研究成果———種可殺死腫瘤細胞的光敏劑.治療腫瘤的臨床手段主要有手術(局部治療)、放射線化療(早期治療)和化學藥物治療(較嚴重或擴散時)等，長期治療對人體損傷太大，且會產生嚴重的副作用和耐藥性.為了解決這些問題，研究人員在上世紀70年代末提出了光動力療法(photodynamic therapy，簡稱PDT)，此種方法主要是光敏劑(photosensitizers，簡稱PS)在光激發和氧刺激下產生單線態氧(1O2)和其它種類的活性態氧(reactive oxygen species，簡稱ROS)，通過調節光照時間和照射位置來控制光動力治療，該方法較為安全和簡便.張希院士團隊合成了一種光敏劑ProBODIPY-2I[12]，其中含有的苯硼酸頻那醇酯部分在ROS存在下被氧化，使得ProBODIPY-2I被激活轉化為可高效產生1O2的BODIPY-2I，在光照射下就可殺死腫瘤細胞，如圖1(a)所示.研究人員將ProBODIPY-2I分別注入人結腸癌細胞(HCT116)和正常結腸上皮細胞(NCM460)中，ProBODIPY-2I可在活性氧存在下被激發產生強熒光，用細胞成像既可觀測.ProBODIPY-2I一旦進入腫瘤細胞HCT116，ProBODIPY-2I可被高濃度的ROS重新激活為BODIPY-2I，并高效產生1O2.用ProBODIPY-2I處理過的HCT16和NCM460細胞在不同時間條件下，均可觀測到綠色熒光，但HCT116細胞的熒光強度隨時間增加而變強、NCM460的熒光強度隨時間變化不大，如圖1(b)和(c)所示.研究說明ProBODIPY-2I可在腫瘤細胞中被激活，顯示出優異的PDT性能，而在正常細胞中保持惰性，顯示低的光毒性，在不犧牲治療效果的前提下，提升了PDT治療的安全性和選擇性.那么熒光是怎么產生的呢？轉接第2章的內容進行講解.

圖1 (a)用于智能光動力療法的可激活ProBODIPY基光敏劑設計示意圖；(b)HCT116在ProBODIPY(5 μmol/L)中，時間分別為0、1、3 h后治療的共焦顯微鏡圖像(比例尺為50 μmol/L)；(c)NCM460在ProBODIPY(5 μmol/L)中，時間分別為0、1、3 h后治療的共焦顯微鏡圖像(比例尺為50 μm)

在第3章生物醫用材料3大研究領域部分，可以介紹一種具備周圍神經組織工程的水凝膠.在臨床上，周圍神經損傷的間隙大于 5 mm 時就必須植入神經導管形成神經再生的引導通道，否則可致永久殘疾.損傷后的修復分2種類型，即自體移植(Autograft)和植入再生導管，其中，自體移植可提升周圍神經再生效率，是目前臨床使用的最佳方式，但需要進行2次手術且可提供的神經數量有限，因此，研究人員將目光轉向了導管材料的開發.前期研究結果顯示，含有氨基多糖的甲殼素具備優異的生物相容性和生物降解性，可經加工后作為組織工程支架和神經再生導管.在此基礎上，研究人員制備了一種新型的殼聚糖基神經導管水凝膠(chitosan-based nerver-guide hydrogel conduit，CNHC)，將其植入有缺損10 mm長坐骨神經的實驗鼠體內，如圖2(a)所示[13].90 d 后，將實驗病情穩定的(stable disease，SD)大鼠置于干凈的工作臺上自由行走，觀察其與自體移植大鼠的行為，結果顯示：CNHC組的大鼠在站立時表現出與自體移植相似的爪子獨立運動狀態，如圖2(b)和(c)所示，說明CNHC的功能恢復與自體移植相當.坐骨功能指數、電生理分析、再生神經組織學評估、免疫力學分析和腓腸肌組織學測量等綜合結果分析顯示，CNHC能促進細胞增殖、支持細胞粘附、具有很強的引導軸突通道內生長的能力，是一種安全、有效的周圍神經再生候選材料.

圖2 (a)CNHC修復SD大鼠10 mm坐骨神經損傷的手術過程；(b)自體移植組合SD大鼠的代表性站立圖；(c)老鼠行走時在紙上留下的代表性腳印

將當代科學研究前沿與教學內容相結合，不僅可以提升學生參與本科科研實驗的積極性、拓展實驗思維、進一步培養科學探究與創新意識的學科核心素養，而且體現了教師對學生傳授知識的顯性教育與潤物細無聲的隱形思政教育的深度融合[14].

4 教學評價與交流

課程思政教學效果考核，是課程思政建設的一大難點，考核的關鍵是考查學生是否實現“知行合一”，考核學生使用思政理念考慮和解決的能力[15].因此，采用帶有思政教育要求的案例分析報告，讓學生撰寫課程教學中感興趣的6～8個課程思政元素，并自由選擇其中一個為實例，展開具體、詳實的闡述.

本課程為專業選修課，考核方式為“考查”，一章內容結束后，運用學習通進行基礎知識測試，成績占比40%，部分考核結果如圖3所示.課程結束后，由6～8名同學組成一個小組，撰寫課程思政元素探析內容，此作業包含課程基本信息、團隊成員分工情況、對實施課程思政教學的總體概況感受、課程思政元素教學中的興趣點、課外延伸、課程特色與創新、課程實施過程中的意見及建議等內容，此作業成績占比60%，部分學生完成作業情況如圖4所示.

圖3 學習通設置部分作業答題情況

圖4 課程思政元素探析作業部分內容

課程以基礎知識+化學家主要貢獻/科學研究前沿/生產生活的關系等形式呈現給學生，在掌握知識的同時，潛移默化地培養學生家國情懷、創新精神和社會責任感.從“學習通”作業的完成情況看，學生較熟練的掌握了講授的基礎知識，并具備知識遷移和分析問題的基本能力.從課程思政元素探析作業的完成情況看，學生都積極參與到各欄目的撰寫中，成員間分工明確，完成質量較好，具備團隊協作能力.通過課后作業，學生對與課程內容相關的科學家精神、中國企業面臨的挑戰和科學研究前沿有了更加深刻的認識，實現了知識傳授與思想教育的統一.同時，該作業形式還訓練了學生文獻檢索、閱讀和方案撰寫等能力，為后續課程學習和畢業論文撰寫以及大學生創新創業項目申報等提供基礎.

5 結語

在傳授課程知識的基礎上，引導學生將所學到的知識和技能轉化為內在德行和素養，注重將學生個人成長與社會進步、國家發展結合起來，有助于幫助學生在創造社會價值過程中明確自身價值和社會定位，進一步提升和改善專業學科的育人成效[16].教學實踐表明，雖然材料化學課程課時較少，但通過深挖提煉專業知識中蘊含的思政元素、合理地拓展專業知識的深度和廣度，在培養學生的思想道德品質、拓寬學生學科視野、樹立正確的人生觀和價值觀方面有積極的促進作用.