研究生固體化學課程思政教學設計探索*

趙煜娟 嚴勇 安麗 李釩

北京工業大學環境與生命學部 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知和思維水平的人才，更需要具有正確價值觀、有責任能力擔當的高級人才。因而高校的研究生培養不僅要側重其學術性、研究性、探索性，更需要發掘專業課程所蘊含的思想政治教育元素，與專業知識融合，將課程思政價值融入教育環節。因而，在構建研究生專業知識體系的同時，塑造正確的價值觀，培養學生在科學研究工作中的堅定理想信念和奮斗精神，引導學生將自我價值的實現與服務國家建設的時代使命相結合，深化服務人民的愛國主義情懷，培養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任[1]。

高校課程思政教育強調在新時代實現“三全育人”，以“潤物細無聲”的方式將思政教育元素融入日常的課堂學習，通過課程建設和課程思政的結合，有效地解決“培養什么人、怎樣培養人、為誰培養人”的根本問題[2-3]。作為高校研究生指導教師，尤其長期以傳授自然科、學知識為主的教師，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教育相互隔絕的“孤島效應”，做好教書和育人工作，并把育人作為首要任務[4]。因而，我們需要改變固有思維，首先，在日常教學中明確課程的育德目標，深入思考發掘思政教育與專業知識的融合點，探索二者結合的方式方法，設計具體的教學案例及實施路徑。

1 固體化學課程思政的必要性

固體化學主要研究固體物質的制備、組成、結構和性質，是面向化學專業研究生開設的一門基礎理論課程。在以往的教學過程中，教師與學生的交流多限于知識層面，注重基礎理論知識的傳授，忽略了價值觀的樹立和導向。另外，固體化學與固體物理、材料工程學等學科互相交叉滲透，是現代固體科學和技術的基礎。在材料領域有許多需要探索和亟待解決的問題，需要大量理論基礎扎實、科研能力強的高級研究人才。剛剛入學的研究生，正處于樹立正確的科學觀和思想觀的關鍵引導期，我們在教授知識與研究方法的同時，需要培養研究生勇于質疑、善于思辨、勤于鉆研的科學精神，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，投入服務國家的建設中。因此，我們需要盡快在入學初始階段，建立起教師與學生人文關懷的交流紐帶，使學生健康成長，實現“全程育人、全方位育人”。

另外，把思政教育引入研究生培養，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，熱愛相關專業領域，把握科技前沿，也要求教師自身德才兼備，具有工匠精神和堅定的理想信念，才能將國家發展需要解決的專業問題融入專業課教學中，激發學生研究攻克重大科學技術難題的興趣和勇氣。因而，思政課程建設和實踐的過程也是對教師思想素養的自我提升過程。

2 固體化學課程思政的挖掘

固體化學技術的發展是人類探索自然、認識世界與改造世界的過程。古代青銅器的熔合、淬火，傳統的陶瓷工藝、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技術的應用經驗。但固體化學原理的發展卻遠遠滯后于固體化學技術的應用，固體化學是20世紀六七十年代基于材料科學的發展形成的，也是以推動材料科學發展為使命的一門學科。因而不少固體化學家在開拓材料新體系方面作出了巨大貢獻，如氧化物高溫超導材料、固體電解質材料、激光晶體和非線性光學晶體等[5]。

2.1 堅定的理想信念和愛國精神的培養

我國科學家在早期艱苦的條件下，發揚不屈不撓的奮斗精神在新材料領域不斷取得突破，為國家發展作出了巨大的貢獻。例如，中國陶瓷基復合材料及高溫結構陶瓷材料研究領域的開拓者郭景坤帶領團隊研制出纖維補強陶瓷基復合材料和陶瓷發動機材料及其零部件，解決了中國第一代戰略武器關鍵部位的防熱難題，使中國成為國際上繼美、日之后無水冷陶瓷發動機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、材料腐蝕與防護領域的開拓者師昌緒在美國研究的超高強度鋼解決了飛機起落架經常發生斷裂事故的問題，但他認為“中國人應該回中國去，現在中國十分落后，需要我這樣的人”，毅然回國。在蘇聯專家撤離，動力問題成為我國新型飛機自主設計方案中的重大關鍵項目時，師昌緒率領課題組攻克了造型、脫芯、合金質量控制等一系列難關，使我國成為繼美國后第二個掌握這項尖端制造技術的國家。師昌緒先生認為“我的人生觀就是要使祖國強大”，這一愛國者底色貫穿了他默默奉獻的一生。電影《我和我的父輩》的《詩》篇章中的試驗情景是真實存在的，當年的總工程師楊南生（我國著名的探空火箭、導彈和力學專家）就是不顧個人安危，站在只有5厘米厚的透明有機玻璃窗后觀察發動機試車的全過程。固體火箭推進劑火藥整形工的取材人物是2015年當選為《感動中國》年度人物的中國航天高級技師徐立平。曾經，大批科技工作者為了中國的振興，艱苦奮斗無私奉獻，正是基于對國家高度的責任感和使命感，以及他們堅定的理想信念和無私奉獻的精神，這些老一輩科學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了自己的青春與熱血。

近些年來，我國在材料領域的基礎研究取得了非常大的進步。我國研究論文發表的數量已經遙遙領先，但是，論文數量不能代表解決實際問題的能力，解決重大工程問題，提升國家發展實力，是每個科技工作者的最高目標。作為以推動材料科學發展為使命的固體化學課程而言，我們需要將思政教育內容與新材料領域日新月異的發展有機融合起來。挖掘固體化學基礎理論在相關材料的研究方向和工程應用中解決問題的實際案例，及時引入與新材料相關的新發現、新理論、新工藝、新成果，激發研究生的學習熱情和專業自豪感，繼承前輩們的愛國精神，勇于擔當，擔負起時代賦予的使命。

2.2 科學思維和科學精神的培養

科學思維是進行科學探索、科學實踐、科學研究過程中的通用思維及方法，是從事科學研究的人員必備的核心素養。各門科學中的定律、原理、規律等都是人類科學思維的產物，通過質疑和批判，創造性地提出觀點、認識事物及事物之間的聯系。

從晶體學的發展史中可以看到，研究者在晶體研究中運用了常見的科學思維方法，比如分析、比較、歸納、演繹、綜合、抽象和概括等，總結出晶體的各種定律。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，歸納總結出了 “面角守恒定律”；并從晶體的外部形態規律總結，逐漸開始探討內部本質原因，對晶面在三維空間中分布規律的對稱性進行研究。通過幾何方法和嚴密的數學方法推導出晶體形態可能的對稱要素的組合形式，即：32個對稱型（點群）和晶體的14種空間格子，同時考慮平移與旋轉、反應的對稱變換的復合，推導出晶體結構一切可能的對稱形式，即：230種空間群。研究者進一步從數學的角度對晶體結構的規律建立了數學模型，并且后續通過X-射線實驗證實了晶體結構的重復周期性，在此基礎上，開拓了晶體結構研究的新領域。因此，晶體學的發展歷史完美地體現了比較與分類、歸納與演繹、分析與綜合、抽象與概括等科學思維方法的應用。其實，在固體化學課程中存在很多類似實例，我們需要在教學過程中不斷發掘，并對學生進行引導，潛移默化培養學生的科學思維。

科學精神是一種敢于堅持科學思想的勇氣和不斷探求真理的意識，實踐是檢驗科學認識真理性的標準和認識發展的動力。

固體化學中很多內容都具體體現了研究者們的求實、探索、創新等科學精神。例如，對于晶體如何確定缺陷類型，科學家們精心設計多種研究方法對缺陷模型的假定進行實驗驗證，重視以定性分析和定量分析作為科學認識的一種方法，如微重量法、密度測定法、示蹤原子法和標記物法等；在固相反應動力學的研究中，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，不斷反復實踐檢驗模型的合理性和適用性；在固體化學的研究進展中，科學家們深知結構決定性能，需要獲取更多準確的結構信息，因而材料的性能表征和實驗測量技術與新技術跨學科結合，不斷創新各種晶體結構以及原子/電子的表征手段，充分體現了科學家們永無止境的探索，不斷創新進取的科學精神和信念。我們需要在教學過程中強化研究生基礎知識學習的同時，培養學生的科學思維，學會通過總結、聯系，通過理論與實驗反復驗證的學習方法，來解決實際問題。

2.3 科學道德與人文素質

科學道德是科學工作者在從事科學研究和處理科研成果時的內在自我約束標準，求真務實，不弄虛作假，也是科學研究人才必備的基本素養。我們需要通過人文素質培養學生的內在精神品格，引導學生在學習的同時思考人生的目的、意義、價值，培養正確的價值觀和自律意識。

在課堂學習中，我們可以通過目前科研案例分析，強化科學道德和價值取向的引導，實現人才培養的功能目標與價值引領的統一。通過具體案例剖析，讓學生意識到科研不端、不當行為的表現形式和危害，以及科學精神缺失和學風浮躁表現和導致的后果，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，警醒學生即使在實驗數據處理分析過程中的小細節上，主觀因素也可能會在無意識中妨礙科學研究的真實性。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，不求質量，制造垃圾論文，浪費國家資源。增強學生道德自律意識以及社會責任感，明確學術研究是極為嚴謹的過程，來不得半點弄虛作假，警醒學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模式

3.1 深入理論學習，拓展實踐應用，強化科學思維培養

物理學關心普遍性，化學注重特殊性，物理和化學兩個學科，在各自的發展過程中一直是相互借鑒，相互促進的[5]。

固體物理是固體化學重要的理論基礎，因而，在課程學習中我們會引入部分固體物理基礎知識的學習，以豐富相關知識內容。例如，倒易點陣和晶體點陣的相互表達，晶體的布里淵區、能帶、態密度等概念，可以更好地幫助學生理解分析電子衍射圖譜以及第一性原理計算的結果分析。讓學生認識到科學沒有捷徑，只有踏踏實實掌握基礎理論知識，才有能力解決實際應用問題。

固體化學是材料學的理論基礎，我們在此基礎上設計和制備、開發新材料，拓展材料學實踐活動相關的理論知識，便于指導新材料的設計和合成。因此，我們需要多層次地研究物質組成、結構、性質及它們之間的關系，從研究個體顆粒的性質，拓展到宏觀顆粒集合（即粉體）的性質。我們在固體化學課程中引入了與粉體工程技術相關的基礎理論以及實際應用，進行拓展學習。如粉體的粉碎、混合、分離等的相關機理和設備與實驗操作中的對應操作關聯起來，有助于學生深入理解實驗操作背后的基本原理以及對應的生產場景。

綜上，固體物理、冶金學和材料學等都與固體化學有密切的聯系，所以在固體化學課程的學習中，不能局限于本課程的基礎內容，需要更加適合現代化水平的復合型知識結構，因而，在固體化學基礎內容之上，我們融合部分固體物理和材料工程技術的知識，深入理論學習和實踐應用，強化科學思維和科學精神的培養。

3.2 開展學科跨界融合

針對材料領域智能化、信息化、數字化的現狀，計算材料學快速興起，推動了材料研發由“經驗+試錯”的模式向計算驅動的研發模式轉變。近年來，機器學習已經成為材料研究的前沿方向和熱點領域。數據挖掘和統計學習方法在分析材料數據集和構建機器學習模型方面也變得尤為重要。因此，在課程的教學中，我們注重繼承與創新、交叉與融合，引入新材料前沿領域的介紹，機器學習在材料設計優化方面的案例，打破學生對傳統“生化環材”學科的認識，激發學生研究熱情和創新，培養多元化、創新型的科研后備軍。

3.3 構建學習共同體

現在的教育資源，不再局限于校園內部，網絡上豐富的優質學習資源為學生提供了更多的學習途徑。在課堂上，通過聚焦學科前沿發展，提出和實際應用相關的問題，讓學生通過文獻調研提出解決問題的大思路；也可以聚焦小問題，通過多種學習資源的利用，提出解決方案，共同進行分析解決，構建師生學習共同體。學習共同體的構建可以激發學生的學習熱情和創新思想，增強師生互動，培養團隊協作精神，提高學生解決復雜實際問題的意識和能力，培養面向未來、符合時代發展要求、具有科學精神和責任擔當的優秀科研人才。

4 結束語

綜上，本文對固體化學課程知識點進行了梳理，挖掘有關思政教育素材，尋找切入點，將思政教育元素融入知識點；培養學生堅定的理想信念和愛國精神，提升科學素養和科學精神，以及科學道德和人文素養；開展多樣化課程思政教學模式，深入理論學習，拓展實踐應用，開展學科跨界融合，構建學習共同體。為新時代研究生的思想道德建設發揮積極作用，培養具有團隊協作精神，科學精神和責任擔當的優秀科研人才。