功能材料領域研究生多學科交叉融合培養探索與實踐

李小燕 梁金生 郝琳 田光燕

摘? 要：面向高質量的資源保障和人民群眾的美好生態環境需要，積極探索新時代功能材料領域研究生的培養模式，向社會輸送大批具有家國情懷、多學科交叉融合、能解決重大問題的創新人才顯得尤為重要。通過將思想政治工作貫穿教育全過程，樹立材料學科自信，實現“立鴻鵠志、做奮斗者”的價值塑造；強化礦物資源、環境、材料等多學科交叉，以及科教、產教融合，實現“人才培養鏈”與“科研創新鏈”雙鏈合一；以重點科研項目為載體，引領研究生全程實踐，提高科研綜合素質；著重培養學生的創新精神、創新能力、實踐能力，全力培養學術創新精英和產業創新領袖，形成多學科交叉融合培養功能材料領域研究生的模式。該培養模式已經取得良好的人才培育效果。

關鍵詞：礦物資源；環境；材料學科；功能材料；學科交叉；創新人才；創新能力

中圖分類號：C961? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）09-0042-04

Abstract： In order to meet the need of high quality resource guarantee and the beautiful ecological environment of the people， it is particularly important to actively explore the cultivation mode of graduate students in the field of functional materials in the new era， and to provide a large number of innovative talents with patriotism， interdisciplinary integration， and the ability to solve major problems to the society. By penetrating ideological-political work throughout the entire process of education and establishing confidence in the materials science discipline， the value of 'setting lofty aspirations and becoming a striver' is molded. By strengthening the interdiscipline of mineral resources， environment， materials and other disciplines， as well as the integration of science and education and the integration of industry and education， the dual chain of talent cultivation chain' and 'scientific research innovation chain' is combined. By taking key scientific research projects as carriers and leading graduate students to practice throughout the whole process， their comprehensive scientific research quality is improved. Focusing on the cultivation of innovative spirit， innovative ability and practical ability， a model of interdisciplinary integration and training of graduate students in the field of functional materials is formed to deliver academic innovation elites and industrial innovation leaders. This model has achieved good talent cultivation results.

Keywords： mineral resources; environment; materials science discipline; functional materials; interdiscipline; innovative talents; innovation ability

近年來在習近平生態文明思想引領下，“綠水青山就是金山銀山”理念日益深入人心，全社會保護生態環境的合力逐步形成，但生態環境保護結構性、根源性、趨勢性壓力總體上尚未根本緩解。2023年3月全國政協十四屆一次會議增設了“環境資源”界別，這是全國政協自1993年增設“經濟”界別以來，首次增加新的界別，表明環境資源高效利用越來越受到關注。

材料產業是國民經濟建設、社會進步、國防安全的物質基礎和先導[1]。面對資源日漸匱乏、能源漸趨短缺、環境問題日趨嚴峻等全球普遍關注的熱點問題，強調材料與礦物資源、環境協調統一，大力推進材料的生態化進程已經成為未來發展的重中之重[2-3]。以非金屬礦物功能化、資源循環、高效利用為標志的生態環境功能材料正在逐漸成為新材料、節能環保及資源循環利用等新興產業發展的新增長點[4-5]。

2020年交叉學科成為第14個學科門類，意味著學科交叉融合發展的時代正式到來[6]。礦物資源、環境與材料等多學科交叉融合建立功能材料領域新學科是材料學科發展的新趨勢。

一? 礦物資源、環境與材料多學科交叉融合培養功能材料領域研究生教育存在的主要問題

目前，我國已有一些高校在礦物資源、環境與材料等多學科交叉領域培養功能材料研究生，并取得了一定的成效。目前人才培養中存在的問題主要包括以下內容。

（一）? 重學術培養，輕思政育人

現階段課程思政教育實踐主要集中在本科階段，研究生思政教育的廣度和深度還存在差距[7-8]。2020年9月，教育部等部門聯合發布了《關于加快新時代研究生教育改革發展的意見》，明確提出要加強思想政治工作，健全“三全育人”機制，提升研究生思想政治教育水平。礦物資源、環境與材料多學科交叉融合發展背景下，研究生思想多元化、價值觀現實、對未來發展迷茫等方面較一些熱門學科領域的研究生更為突出。當前研究生培養過程中，重視專業知識傳授與科研能力培養，但沒有把人才價值引領放到同樣重要的位置。具體表現在專業課程中蘊含的思政元素挖掘不充分，研究生導師發揮思政教育的作用不夠，研究生對研究領域的認識有偏差，學位論文研究過程中學生的使命感不強等方面。

（二）? 重專業知識，輕交叉融合

材料學科側重材料成分、結構、性能之間關系的研究及材料零部件使役性研究，對材料生產、使用、廢棄全過程對環境、生態及人體健康影響規律關注不多。環境科學與工程學科側重人類與環境的相互作用關系研究，更加關注水、氣、固等污染源的治理。礦業工程學科側重采、選、冶過程的高效化和低成本，對于生產過程產生的“三廢”資源化利用、循環利用關注較少。這些學科建設過程中，學科之間內在聯系考慮少、學科交叉不深入，這就導致了礦物資源、環境與材料多學科交叉融合人才培養過程中，現有課程體系明顯滯后于新發展需求，前沿科研成果轉化為教學資源能力弱，對人才的創新思維和創新能力提升作用不強。另一方面，面對日趨強化的資源環境約束，產教融合程度低，材料領域創新人才培養與解決重大科技問題、實際產業問題的需求脫節。

（三）? 重基礎研究，輕工程實踐

作為一門實踐性很強的學科，把所學知識通過實踐活動得以應用，是材料學科人才培養過程中的重要環節。國家層面實施材料領域的重大工程和重點專項，從前沿基礎、重大共性關鍵技術到工程應用示范進行全鏈條設計，一體化組織實施，目的是使材料領域的基礎前沿研發活動具有更明確的需求導向和產業化方向，即科研項目是科學研究的主要載體，工程實踐是科學研究的落地目標。目前高校師資普遍偏重學術型，與學術型人才與專業型人才培養并重的格局有偏差；培養過程中重理論輕實踐、重學術輕應用等情況使得研究生缺乏系統的科研項目和工程實踐鍛煉[9]，人才培養與產業需求脫節；研究生發現真問題、解決大難題、定義新命題的實踐創新能力有待進一步提升。

二? 礦物資源、環境與材料多學科交叉融合培養功能材料領域研究生的模式與實踐

河北工業大學材料科學與工程學院（以下簡稱“學院”）下設材料物理與化學國家重點學科，是建設“國家雙一流學科”的依托學科，并建有生態環境與信息特種功能材料教育部重點實驗室和固廢資源利用與生態發展創新中心（工信部與河北省人民政府共建）等研究平臺。近年來學院一直在積極探索學科交叉融合背景下新時代材料領域創新人才培養模式。

（一）? 固本培元，強化思政教育融入新時代材料領域研究生教育，樹立學科自信，實現“立鴻鵠志、做奮斗者”的價值塑造，提升創新精神

1? 全面落實立德樹人根本任務，樹立學科自信，創新人才培養理念

聚焦學生這個中心，牢記為黨育人、為國育才初心使命，把立德放在人才培養的首位，真正培養出對國家、對社會、對人民有用的人才。使學生認清生態資源環境與經濟發展之間互為唇齒、互為表里的關系，推進資源循環利用、能源安全供給、生態環境保護，以及積極穩妥推進實現“碳達峰、碳中和”對于國家高質量發展和人類生存的迫切性和重要性，從而樹立投身新時代生態文明建設的偉大抱負。立足資源環境與材料產業國家重大需求，將教育教學、科學研究、產業需求等優勢相融合，突出研究生創新精神、創新能力、實踐能力的培養，全力培養學術創新精英和產業創新領袖。

2? 弘揚和傳承科學家精神，實現“立鴻鵠志、做奮斗者”的價值塑造

科學家精神的內涵是豐富的，包括胸懷祖國、服務人民的愛國精神，勇攀高峰、敢為人先的創新精神，追求真理、嚴謹治學的求實精神，淡泊名利、潛心研究的奉獻精神，集智攻關、團結協作的協同精神。老一輩科學家，如納米材料專家嚴東生院士、工業生態學專家陸鐘武院士、礦物加工專家陳清如院士等，為礦物資源、環境與材料類研究生的培養提供了生動案例，使學生理解材料在國家重大戰略中發揮的重要作用，增強學生的使命感。結合研究生的年齡特點與所處時代，講述包括哈爾濱工業大學黃陸軍、武漢理工大學尤雅在內的青年科學家故事，引導學生追科技之星，產生奮斗正青春、榜樣在身邊的共鳴，激發內生動力，樹立永攀科技高峰的使命感，進一步促進科學家精神這一寶貴精神財富在青年一代中的傳承。

3? 強化思政教育融入課程教學、融入學位論文研究全過程

立足礦物資源、環境及材料三個學科交叉融合的專業視野、理論、方法，研究專業課中蘊含的思政元素，將專業課教育與新材料強國、科學家精神培育融合，真正解決思政教育與專業教育脫節、“兩張皮”的問題。例如， 通過向學生介紹全球碳排放方案中碳配額分配對包括中國在內的發展中國家并不公平， “碳達峰、碳中和”是黨中央經過深思熟慮作出的重大戰略決策，事關中華民族永續發展和構建人類命運共同體；同時也要讓學生認識到科技創新對實現“碳達峰、碳中和”目標的關鍵支撐作用，號召研究生參與到低碳零碳負碳的科學研究與技術開發行動中來。這些不僅是當下學術界熱議的話題，而且是與眾多研究生的研究課題緊密相關的問題，能夠引起學生的關注。通過在教學和科研活動中培養學生的奮斗精神、趕超精神，在研究生培養各階段實現思政教學內容的全覆蓋。

（二）? 交叉融合，創新“學科交叉—科教融合—產教融合”的培養模式，實現了“人才培養鏈”與“科研創新鏈”雙鏈合一，提升創新能力

1? 健全學科交叉融合的專業理論課程體系和建設交叉學科的科研育人平臺

鑒于學院生態環境功能材料的培養特色，按照學科內在聯系自然延伸，突出材料與資源、環境、經濟等多學科的交叉與融合，新建資源循環科學與工程進展、產品質量監督與標準化、材料科技創新與成果等學科交叉課程，讓學生理解資源能源、環境與材料生產使用過程的相互關系，掌握材料的環境協調性評價基本概念和方法，能夠解決生態環境功能材料研究開發的若干前沿問題。另一方面，河北工業大學建成生態環境與信息特種功能材料教育部重點實驗室、固廢資源利用與生態發展創新中心等學科交叉科研創新平臺，為解決影響京津冀生態和環境安全的大宗工業廢棄物的資源化開發利用貢獻力量，協助有關部門制定相關產業發展的鼓勵政策，推進技術經濟、產業政策、商業模式的協同創新。

2? 優選教師科學研究成果，建立工程案例庫和數字化教學資源集

優選團隊在非金屬功能材料、環境礦物材料、固廢循環利用相關理論及技術和發展模式等方面的研究成果，建立生態環境與信息特種功能材料工程案例庫等課程；形成新的教學資源“京津冀污染物產排特征及區域分布”數據集及“環保非金屬礦物功能材料制備技術及應用研究”視頻集（相關內容均來自兩個“十三五”國家重點研發計劃項目），實現資源數據庫共享，充分發揮科技在反哺教育活動和人才事業中的動力源作用。

3? 建立“技術”+“產業、經濟、實踐、標準化”的“四結合”產學研實踐基地

產學研結合實踐育人是人才培養的有效途徑之一。學院與河北睿索固廢工程技術研究院、天津水泥工業設計研究院有限公司、蘇州非金屬礦工業設計研究院、山東海瓷文化股份有限公司和全國非金屬礦產品及制品標準化技術委員會等30余家公司、機構長期合作，建立“技術”+“產業、經濟、實踐、標準化”的“四結合”科研實踐平臺，為資源環境與材料領域的學生提供了一個更廣闊、更具體、更現實的教育環境，提高研究生科學素養和實踐能力。

（三）? 項目引領，開展研究生“真題真做”科研全程實踐培養工作，強化科研綜合素質培養，提升實踐能力

針對研究生工程實踐不足的問題，安排研究生參加以行業龍頭企業牽頭、“雙一流”大學、研究院所聯合承擔的國家重點科研項目，或者把產業真需求凝練為研究課題，使研究生從科研工作開始就理解“基礎前沿-重大共性關鍵技術-應用示范”全鏈條研究開發過程的深刻內涵，跨越材料從研制到應用的鴻溝，積極投身資源循環高效利用的實踐和生態文明建設。

1? 深化“問題-理論-實踐”的“三段式”培養模式

第1階段，在選題階段。保證選題科學性和前沿性，避免產生課題研用脫節的問題。第2階段，在研究生第一學年。掌握解決問題所需的基本理論和具體知識，縮小選課學用脫節的差距。第3階段，研究生第二、第三學年。通過課題研究開展，實施實踐檢驗，解決研究生科研能力不足、與社會服務脫節的問題。這三個階段中，選題階段尤為重要。以行業需求牽引為出發點的科研選題，既可以實現行業貼合，突破其中的應用瓶頸，又可以提升學生的專業理論水平，從而達到“產”為“教”引導研究方向，“教”為“產”服務，提升人才供給端的內容升級，使科研項目和人才培養服從產教融合的基本要求。

2? 強化科研成果產出能力培養

科研成果的價值更多地體現在其服務國家和地區經濟及社會效益上，要調動研究生導師進行科學研究的積極性，并提高科研項目和科技獎項等方面的產出質量和數量。在此基礎上從“理解精神—掌握知識—實踐訓練”三個層次來強化學生的科研成果產出能力，包括科技論文、知識產權、標準體系、科研誠信和保密安全等方面。通過以上措施，提高研究生產業技術創新綜合素質，能夠更好地適應未來的工作需求。

3? 推動產學研用深度融合和對接交流

交叉和融合賦予了科學研究活力，在我們的培養過程中研究生在學期間必須參加一次重點科研項目報告會、一次材料生產示范企業走訪、一次材料應用示范基地調研。通過參加重點科研項目報告會，學生可以拓寬學術視野，也有助于提升學生的合作和交流能力等綜合素質；通過材料生產企業走訪，系統了解包含原材料預處理、生產工藝裝備、質量控制的全過程，從而重視材料生產過程中的資源消耗和環境影響。通過材料應用企業調研，了解材料與產品使用過程中對環境的影響，分析材料回收的可行性與經濟性，從而有助于研究生將材料生態設計、綠色工藝開發、清潔生產和資源循環等諸多理論和技術應用到材料與產品的全生命周期中。在這種以工程實踐為基礎的培養生態下，研究生也很快具有了推進項目的實戰能力。

三? 礦物資源、環境與材料多學科交叉融合培養功能材料領域研究生的成效

學院在礦物資源、環境與材料多學科交叉創新人才培養過程中，堅持將思想政治工作貫穿教育全過程，堅持“四個面向”，強化學科交叉與科教、產教融合，以重點科研項目為載體，重點培養學生的創新精神、創新能力、實踐能力，全力培養學術創新精英和產業創新領袖。截至目前生態環境功能材料特色學科方向，將最新科研成果轉化為大學教材4部；主持國家重點研發計劃等重點科研項目和課題5項，主持國家標準3項；團隊獲天津市工人先鋒號、河北省先進集體、河北省優秀教學團隊；團隊成員評為省優秀共產黨員、省教學名師、省高端人才。

據統計近些年90%以上在校研究生在國內外知名期刊發表學術論文，近10%派往國際知名高校聯合培養，多名學生獲省部級科技競賽獎勵、成為科技獎勵獲獎人或國家標準起草人。例如，4名研究生建立飼料脫霉功能材料產品及測試方法標準化體系，獲2021年度全國大學生“挑戰杯”河北賽區特等獎；1名研究生參加電氣石礦物性能研究，成為GB/T 41760—2022《電氣石自發極化性能測試方法》主起草人之一。多名研究生畢業后已經成為礦物資源、環境與材料多學科交叉功能材料領域創新領軍人才。

通過十余年的探索與實踐，人才培養質量顯著提高，教師的教學水平和學術影響力、學科專業平臺建設水平等明顯增強，實現了高水平科研與創新人才培養一體化發展。成果和育人成效已被河北日報、中國建材報等媒體報道，并應邀在國內外重要會議、學科專業教育論壇、產業發展大會介紹項目經驗和做法。

四? 結束語

研究生教育是高等教育體系的最高層次，全面提高研究生教育質量是我國高水平人才培養的重中之重。瞄準提高新時代材料領域研究生培養水平和培養質量這一目標，通過全面落實立德樹人根本任務，弘揚和傳承科學家精神，強化思政教育融入研究生的課程教學與論文研究過程，樹立學科自信，實現“立鴻鵠志、做奮斗者”的價值塑造，提升創新精神；通過健全礦物資源、環境與材料多學科交叉融合的專業理論課程體系，強化交叉學科科研育人平臺建設，轉化教師最新科學研究成果為教學資源及建立“四結合”產學研實踐基地，創新了“學科交叉—科教融合—產教融合”的培養模式，實現了“人才培養鏈”與“科研創新鏈”雙鏈合一，提升創新能力；以實際項目為載體，開展研究生“真題真做”科研全程實踐培養工作，強化科研綜合素質培養，提升實踐能力。總之，通過學院和老師的共同努力，實現了專業知識傳授、科研能力培養與人才價值引領的有效融合，為生態文明和美麗中國建設、保障資源安全供給、材料強國戰略實施儲備了人才資源，為社會輸送了更多具有創新精神、創新能力、實踐能力的研究生人才。

參考文獻：

[1] 謝曼，干勇，王慧.面向2035的新材料強國戰略研究[J].中國工程科學，2020，22（5）：1-9.

[2] 梁金生，王菲.生態環境功能材料[M].北京：化學工業出版社，2023：4.

[3] 駱麗杰，林春富，陳擁軍.生態環境材料課程教學改革探索[J].教育教學論壇，2017（40）：124-126.

[4] 孫劍鋒，張紅，梁金生，等.生態環境功能材料領域的研究進展及學科發展展望[J].材料導報（A），2021，35（13）：13075-13084.

[5] 梁金生，王亞平.交叉學科背景下特種功能材料領域復合型創新人才培養模式的探索與實踐[J].大學，2023（5）：1-5.

[6] 郭連杰，陳虹.學部制對交叉學科發展的作用研究——以北京工業大學材料與制造學部為例[J].教育教學論壇，2023（7）：13-16.

[7] 張龍杰，王誠成.研究生課程思政教育的探索與實踐[J].高教學刊，2023，9（24）：173-176.

[8] 于耀光，張小雨，都娟娟.功能材料研究生課程融合思政教育的探索[J].化工高等教育，2023，40（2）：53-57.

[9] 王建穩.產教融合視角下研究生培養模式改革與實踐[J].北京教育（高教），2023（9）：82-84.