林業高校的材料與化工專業課程建設與實踐

談繼淮，張雄飛

（南京林業大學 化學工程學院，南京 210037）

材料是現代社會發展的基石，是人類文明的物質基礎，是一個國家綜合國力和科技水平快速發展的先鋒。材料發展水平的高低已經成為衡量一個國家國力強弱的標準之一，大力發展高端新材料已成為世界大國的發展共識。中國是材料產業大國，金屬材料、建筑和高分子等材料的產量與消費量均居全球首位；然而，我國材料領域仍存在資源利用率低、能耗高、污染嚴重、新興材料創新能力不足和高層次專業人才緊缺等突出問題。在此背景下，國務院學位委員會聯合教育部增開了基于材料和化學工程雙學科交叉的材料與化工專業碩士學科[1]，旨在通過增強研究生的創新實踐能力、培養專業人才隊伍，推動現有材料產業結構升級。然而，高校現有材料與化工專業的核心課程多是建立在“石油化工”基礎上[2]，滯后于國家“雙碳”發展戰略提出的綠色發展之路。如何建立契合于國家“雙碳”戰略部署，培養“雙碳”目標的高質量人才是材料與化工專業核心課程改革的重要研究方向。

相較于其他高校，“雙碳”戰略背景下林業高校材料與化工專業碩士學科的課程建設更具獨特優勢。首先，林業高校在辦學的歷程中，對天然產物尤其是林業特色生物質材料（如纖維素、木質素、非食用木本油脂等）從培育到利用都具有深刻的理論知識儲備和良好的利用能力。此外，由于林業高校的“雙一流”學科往往都是以林業資源為基礎，這更有利于生物質材料專業的發展。林業高校在材料與化工專業的建設過程中仍存在授課內容過于寬泛[3]，沒有自己的特色或側重點；專業發展滯后無法緊跟國家政策的步伐或時代發展趨勢；課程理論知識傳授與實際應用嚴重脫節等問題，這嚴重制約了林業高校在“雙碳”目標下培養高質量人才的能力。

基于上述問題，文中首先從國家和社會發展要求方面闡述材料與化工專業建設的必要性，其次以作者所在林業高校——南京林業大學為例，舉例說明林業高校在材料與化工專業碩士學科建設方面存在的問題，并針對這些問題提出了解決方案，旨在為建設林業高校特色的材料與化工專業課程建設添磚加瓦。

1. 材料與化工專業建設的必要性

1.1 我國材料產業結構升級的必然要求

中國是材料制造大國，但我國材料產業主要以石油化工等傳統材料化工為主，且技術水平不高、生產過程存在“能耗大”、“污染重”等問題[4]。推動材料產業結構升級、突破關鍵材料的核心制備技術從而實現材料行業的高速、可持續發展，已成為我國經濟高質量發展的必然要求。推動產業結構的升級的關鍵在于擁有專業的高層次人才，因此通過材料與化工專業的學科建設，培養更多的專業技術人才是材料化工行業升級轉型的必然要求。

1.2 國家“雙碳”戰略對材料化工專業建設提出更高要求

“碳達峰”、“碳中和”的“雙碳”戰略是事關中華民族永續發展和構建人類命運共同體的重大戰略決策，既體現了我國實現綠色、可持續發展的決心，又充分彰顯了中國言必信、行必果的大國擔當。“雙碳”戰略的實行不可能是一蹴而就，需要平衡國民經濟增長和環境保護之間的協同關系。材料化工產業是國民經濟的重要組成部分，掌握材料化工核心制備技術特別是生物質材料的核心制備技術既是國民經濟快速發展的保障[5]，同時也是實現“雙碳”戰略目標的重要手段。當前我國材料與化工的發展尤其是生物質材料化工的發展遠落后于發達國家，尚不能滿足國家戰略需求。在此背景下，材料與化工專業朝著生物質材料的開發利用方向進行轉型已是勢在必行。高等林業院校作為生物質材料研究的主力軍，構建能滿足國家戰略需求的生物質材料課程體系已是迫在眉睫。

1.3 課程高質量建設和學生就業的迫切需求

課程質量的好壞不僅關乎學生的學習興趣，更直接影響學生最終的就業情況。當前，材料與化工專業的課程設置和授課方式主要建立在教師的講授上，這樣容易形成“剃頭挑子一頭熱”，學生的學習興趣大打折扣，很容易將課程變成“水課”。消滅“水課”、建設“金課”逐漸成為高等學校乃至社會的普遍共識，林業高校肩負推動落實國家“雙碳”政策和“生態文明”建設的雙重使命，更應該落實好材料與化工專業課程建設，提高課堂教學質量，為社會和國家提供更多的專業性人才[6]。

此外，為推動節能減排、實現綠色發展，許多新材料企業都注重生物基材料和環保型材料的研發[7]，因此，在企業招聘過程中，更偏好于擁有生物質材料研發經歷的學生，故而加強材料與化工特別是生物質材料專業的建設是實現學生在這類企業快速就業的內在要求。

2 林業高校材料與化工專業建設過程存在的問題

2.1 課程內容未聚焦林業高校學科特色

以作者所在高校南京林業大學的材料與化工專業碩士學科為例，學生必須課程包括：高等有機化學、精細有機合成、工業催化、合成樹脂、有機化合物色譜分析等，專業授課范圍較為寬泛且有重復，未能體現林業高校的學科特色。課程內容設置上缺乏材料與化工專業前沿動態的課程內容，不利于培養學生前瞻性思維。

2.2 課程發展與雙一流學科建設結合度不高

“雙一流”學科建設是中華民族偉大復興的基礎工程，南京林業大學是國家首批“雙一流”學科建設高校，其中林業工程為我校一流學科。目前，我校的材料與化工專業的碩士學科建設并未及時與我校特色學科林業工程相結合，缺少契合度更好的教學大綱和專項發展基金，導致學科發展滯后和專業性師資人才缺失，高層次材料與化工專業的人才培養能力有待于進一步加強。

2.3 課程建設與企業實踐緊密度不高

林業高校的材料與化工專業在建設過程中，往往注重于基礎性研究，很大程度上忽視了實踐教學平臺的建設以及企業實踐應用[8]，學生的研究課題和方向與企業需求呈現“脫節”現象，不可避免地影響了學生的就業問題。同時，還會導致林業高校的材料與化工專業在社會上的認可度不高，影響該專業的后續發展。

3 課程建設的舉措

3.1 開設具有林業高校特色的材料與化工專業課程

為了更好地契合我校一流學科林業工程，促進材料與化工專業朝著生物質材料和碳捕捉回收方向發展，建議除了材料與化工專業的基礎課程外，開設生物質能源與材料，生物質材料化學制備技術，生物質材料轉化技術前沿和二氧化碳回收及應用技術等4門課程，如圖1 所示。生物質能源與材料主要介紹生物質材料制備的原料來源，屬于材料與化工專業的基礎課程；而生物質材料化學制備技術則是從化學原理角度闡釋從生物質原料如何轉換為現代社會賴以生存的材料；基于這兩門課程的重要性，應設置為研究生課程的必修課程。相比較而言，生物質材料轉化技術前沿主要介紹生物質材料轉化技術的研究現狀、技術進展和推廣應用等，更強調生物質材料的前沿技術動態[9-10]，旨在為學生提供生物質材料前沿技術發展的概況；而二氧化碳回收及利用技術則是為了呼應國家“雙碳”發展戰略，主要介紹二氧化碳捕捉、回收和應用的新技術、新方法，旨在為學生提供二氧化碳回收及利用的前沿技術發展概況；這兩門課程應設置為研究生的選修課程。

圖1 林業高校材料與化工專業特色課程開設Fig.1 Setting up characteristic courses for materials and chemical engineering in forestry university

3.2 采用先進教學方式

在課程建設的過程中，應將課堂知識講授和學生匯報、課下師生互動、課后創新思考三個維度結合起來，形成一套先進的教學體系，激發學生的學習興趣，更好地引導學生發揮自己的主觀能動性和創造性。

3.3 建立“產學融合”的特色教學模式

材料與化工專業在教學過程中既要體現林業高校的自身優勢學科，又要實現材料工程與化學工程的交叉融合，形成林業高校特有的教學內容[11]。此外，為了更好地契合企業實際需求，材料與化工專業建設的承擔單位還應該在上述課程體系上加強與先進企業的合作，形成一套特色的產學融合教學模式，如圖2 所示。這樣既做到了課程知識的學習，又實現了理論知識與實際應用的接軌。例如，一些重點必修課的教學目標必須統一，學生掌握必修科目的理論知識；學院與生物質材料領域高、精、尖企業開展合作，學院或導師為學生定制培養方案，派遣學生前往具有研究生工作站、博士后工作站等實踐基地的企業實習。

圖2 產學融合特色教學模式Fig.2 Characteristic teaching mode of integration of industry and learning

在企業實習的過程當屬實踐課程，企業應聘請具有較高科研水平和產業經驗豐富的企業人員作為學生的校外導師、挑選擁有與課程內容相匹配的科研設備和科研條件、能夠滿足學生日常科研工作和生活的實習場所[12]。在企業學習工作的過程中，學生應該兼顧理論和時間相結合。因此，課程內容首先須體現基礎知識的學習，在此基礎上增加實際操作的過程，使學生在理解理論知識的基礎上，培養學生解決材料制備過程中存在的系列問題，激發學生的科研和實踐興趣。以日常所見的油墨連接料——二聚酸聚酰胺為例，企業導師首先應介紹二聚酸聚酰胺是什么，以及合成二聚酸聚酰胺的原料來源（植物油）；再從化學原料角度闡釋聚酰胺的實驗室小試制備過程及合成過程中需要注意的工藝參數、根據工藝參數，確定適宜的工藝條件；然后根據工程經驗介紹二聚酸聚酰胺在工業放大過程中可能存在的一系列工程問題及相關的解決方案；最后介紹二聚酸聚酰胺在實際應用過程中需要注意的一些操作事項以及生產工藝符合國家“雙碳”戰略目標的原因，讓學生從原料來源到產業應用都有一個清晰的認識，激發學生的學習興趣。此外，還應該注重學生的動手能力，通過前期的講解，讓學生分組進行小試實驗，并完成油墨配方設計。最后，企業導師應根據自己的工作經驗有意識地將學科交叉知識傳授給學生，培養學生利用交叉學科解決工業化過程中存在的問題[13]。

4 培養材料與化工專業“雙創”人才

4.1 創新創業的重要性

“創新是第一生產力”在歷史經驗和社會發展過程中得到了充分驗證。只有力爭創新走在世界前列，牢牢把握住核心技術，才能保證中國的高質量發展不受制于人，因此，在“大眾創業，萬眾創新”的社會背景之下，高等林業院校材料與化工專業應肩負起為社會培養創新、創業“雙創”型人才的責任。創新、創業能力的提升對于大學生個人的發展和社會企業的發展乃至整個國家的繁榮昌盛都有積極意義[14]。

4.2 重視科技創新競賽

科技創新競賽是學生培養方案中重要的開放性實踐環節[15]。林業高校材料與化工專業的學生亦是如此，高校積極鼓勵學生參與創新創業社會實踐，是創新、創業教育的集中體現，應該得到重視。為此，南京林業大學應高度重視并鼓勵我校材料與化工專業師生，積極參加“互聯網+”等創新、創業大賽；由導師帶隊、學生組隊，在創新創業過程中，通過學生積極實踐和共同協作等方式熟悉企業的日常運行，為學生畢業后的成功創業打下堅實基礎。此外，創新、創業比賽還有利于拓寬學生思維，將生物質材料方面取得的理論成果應用于實踐，不僅可以滿足國家和社會需要，還可以助力于我校的“雙一流”學科建設。

5 結語

通過對林業高校現有材料與化工專業課程建設過程中存在的問題進行剖析，提出了體現林業高校特色課程和產教融合相結合的林業高校特色教學模式，使林業高校的材料與化工專業更加契合于國家“雙碳”和“產業結構升級”的雙重戰略；此外，改革后的材料與化工專業與林業高校的“雙一流”學科聯系更加緊密，可依托“雙一流”學科建設平臺，使學生在學習課程中能接觸到最先進的思想理念與科學知識，培養學生在科研上的獨立性和自主性，使學生成長為國家和社會發展需要的高素質專業性人才。