“以研促

摘 要：“以研促教，以教促研”是相輔相成、不可分割的，它是評價我國高校教師是否具有一流教學(xué)能力的重要標(biāo)準(zhǔn)。本文結(jié)合“材料科學(xué)基礎(chǔ)”本科教學(xué)中的實踐案例，闡述開展“以教促研”和“以研促教”的必要性和實施效果。以期為正在探究如何做好“教研相長”的高校教師提供一定的指導(dǎo)與參考。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)基礎(chǔ);以研促教;以教促研;教研相長

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-260X（2024）09-0102-04

習(xí)近平總書記多次強調(diào)教師隊伍建設(shè)在我國教育事業(yè)發(fā)展中的重要地位，明確了新時代教師隊伍立教興教的時代使命[1]。當(dāng)前社會經(jīng)濟和科技的迅猛發(fā)展，對能夠引領(lǐng)科技創(chuàng)新的新工科人才的需求日益增加，這迫切要求高校教師具備一流的科研水平和一流的教學(xué)能力，切實做到“雙一流”的科教高效融合，這樣才能形成“以學(xué)生為中心、以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和體驗式創(chuàng)新能力為目標(biāo)”的教育教學(xué)新模式。面對教育理念的不斷發(fā)展，我國的教學(xué)改革也在持續(xù)改進。多種新型教學(xué)模式相繼被提出并應(yīng)用于本科教學(xué)活動中，且大多已取得了良好的效果。然而，高校在教學(xué)改革中對教學(xué)與科研相互關(guān)系的關(guān)注度依然不足。目前，我國高校主要以科研成果作為教師業(yè)績考核的重要指標(biāo)，導(dǎo)致大部分高校教師出現(xiàn)重科研而輕教學(xué)的現(xiàn)象，這嚴(yán)重破壞了教學(xué)與科研之間的平衡，最終難以保障本科教學(xué)質(zhì)量[2，3]。因此，關(guān)于如何正確處理教學(xué)與科研之間的關(guān)系，如何開展“以研促教，以教促研”教學(xué)模式等問題的思考與探索，對推進我國高校教學(xué)改革的順利進行具有重要意義。

1 科研與教學(xué)之間的關(guān)系

長期從事科研工作的高校教師，不僅需要掌握學(xué)科發(fā)展的最新動向，提升自己的專業(yè)理論水平，而且還要學(xué)會利用自身的實踐經(jīng)驗，建立科研與教學(xué)之間的關(guān)聯(lián)，使教師的前沿科研資源能夠有效服務(wù)于人才培養(yǎng)。因此，教師應(yīng)不斷尋找科研在教學(xué)中的切入點，將相關(guān)的科研成果引入課堂教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，激發(fā)學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)熱情，最終實現(xiàn)科研反哺教學(xué)，提升課堂教學(xué)質(zhì)量。

長期從事教學(xué)工作的高校教師，具有扎實的理論知識和豐富的教學(xué)經(jīng)驗，但由于他們普遍缺乏科研經(jīng)歷，難以讓學(xué)生更好地將理論知識與實踐探索進行有機融合。倘若這些高校教師能夠敏銳地將教科書中的基本概念、基礎(chǔ)理論與科學(xué)研究相結(jié)合，從中汲取科學(xué)問題，則可以進一步提升其科研創(chuàng)新能力，積累更多的科研實踐經(jīng)驗。最終將這些科研成果帶入課堂教學(xué)、課外科研活動和本科畢業(yè)設(shè)計等教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，真正做到“教研相長”。因此，高校教師應(yīng)辯證地看待教學(xué)與科研之間的關(guān)系，二者需要協(xié)同推進、教研相長，切不可厚此薄彼。

2 “以研促教，以教促研”理念下的教學(xué)實踐探析

所謂“教研相長”是指課堂教學(xué)和科學(xué)研究的相互促進、協(xié)同發(fā)展。能否做好“以研促教，以教促研”已成為評價我國高校教師是否具有一流教學(xué)能力的重要標(biāo)準(zhǔn)。然而，近年來相關(guān)學(xué)者在傳統(tǒng)教學(xué)實踐的基礎(chǔ)上著重強調(diào)了“以研促教”的作用[4，5]，卻忽略了“以教促研”的重要性。因此，只有做好“以教促研”才能更好地實現(xiàn)“以研促教”。

針對這一現(xiàn)狀，本文將詳細(xì)闡述“以教促研”和“以研促教”是相輔相成、不可分割的。通俗來講，“教研相長”不僅需要高校教師將自己現(xiàn)有的科研資源融入課堂教學(xué)和實踐教學(xué)來提升學(xué)生對理論知識的理解（以研促教），更重要的是要具有識變求變的能力，能夠?qū)⒔炭茣械幕靖拍詈突纠碚撚行У厝谌肟茖W(xué)研究，以此汲取科學(xué)問題，使自身的科研成果再上新臺階（以教促研），并將科研所取得的新成果再次融入教學(xué)實踐環(huán)節(jié)（以研促教），最終形成教學(xué)與科研的良性循環(huán)。本文以“材料科學(xué)基礎(chǔ)”的課堂教學(xué)為例，就“以研促教，以教促研”的實踐探索進行分析與論述。

“材料科學(xué)基礎(chǔ)”是材料科學(xué)與工程各專業(yè)的學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程，是材料科學(xué)領(lǐng)域研究材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝與材料性能之間相互關(guān)系的基礎(chǔ)理論。內(nèi)容包括：原子結(jié)構(gòu)與鍵合、固體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、固體中原子及分子的運動、材料的形變和再結(jié)晶、單組元相圖及純晶體的凝固、二元系相圖及其合金的凝固、三元相圖等八部分。該課程能夠為大材料類專業(yè)課程學(xué)習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等教學(xué)環(huán)節(jié)提供專業(yè)基礎(chǔ)知識支撐，同時也是數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等自然科學(xué)知識學(xué)習(xí)向?qū)I(yè)課學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化的過渡銜接。更重要的是，該課程是材料類專業(yè)學(xué)生首選的研究生入學(xué)考試專業(yè)課初試科目，也是研究人員開展前沿科學(xué)研究的基礎(chǔ)理論參考。該課程具有概念術(shù)語多、原理規(guī)律多、公式計算題多、涉及相關(guān)學(xué)科多等特點，進而導(dǎo)致課程理論性強、知識點抽象，因而在枯燥的課堂環(huán)境中一味地對學(xué)生進行理論知識傳遞，不僅難以激發(fā)其主動學(xué)習(xí)熱情，未能培養(yǎng)其主動學(xué)習(xí)習(xí)慣，反而容易使學(xué)生產(chǎn)生疲倦感和厭學(xué)情緒。同時，結(jié)合在“材料物化綜合實驗”“畢業(yè)設(shè)計”“材料現(xiàn)代分析方法”等后續(xù)課程的教學(xué)反饋發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍存在“不會利用理論知識解決實際問題”的現(xiàn)象，即理論與實踐難以有效銜接。

總結(jié)近年來的課程教學(xué)，當(dāng)前“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程主要存在的問題是現(xiàn)行教材內(nèi)容缺少先進性和前沿性案例。主要表現(xiàn)在重要知識點內(nèi)容抽象，晦澀難懂，且內(nèi)容仍不完善，缺少相關(guān)前沿知識補充，導(dǎo)致學(xué)生的視野和學(xué)習(xí)熱情受限。材料按其使用性能可以分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料，現(xiàn)行教材的知識點主要是介紹金屬結(jié)構(gòu)材料相關(guān)基礎(chǔ)理論以及對其力學(xué)和基本物理性質(zhì)的影響規(guī)律，然而相同知識點對功能材料的擴展與示例幾乎為零，導(dǎo)致學(xué)生形成了“只知其一，不知其二”的思維和認(rèn)知。例如，學(xué)生通過教材僅知道位錯、孿晶、點缺陷等晶體缺陷影響材料的力學(xué)性能，但并不知道它們對材料的光電化學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律。特別是對材料物理、材料化學(xué)、新能源材料與器件專業(yè)的學(xué)生而言，他們涉及的材料體系主要為功能材料，而現(xiàn)行教材在這方面明顯呈現(xiàn)出教學(xué)內(nèi)容不完整的問題。

如何解決這一問題以及如何貫徹長久以來所倡導(dǎo)的“以本為本，教研相長”的教育教學(xué)理念已成為追求一流教學(xué)的動力源泉。下面以晶面指數(shù)的標(biāo)定為實例，探討“以研促教”的教學(xué)理念實踐;以位錯和孿晶等晶體缺陷對功能材料性能的影響為實例，探討“以教促研”的科研理念實踐。

2.1 以研促教，提升學(xué)生理論與實踐相結(jié)合的能力

作為固體結(jié)構(gòu)研究的重要概念[6]，晶面指數(shù)是揭示材料各向異性和晶面效應(yīng)的重要參數(shù)。如何確定晶面指數(shù)，特別是材料實際微觀結(jié)構(gòu)的晶面指數(shù)，對闡明晶面與使用性能的相關(guān)性而言至關(guān)重要。同時，它也是材料學(xué)專業(yè)學(xué)生必備的重要技能。然而，在長期的本科生和研究生的培養(yǎng)過程中（包括本科畢設(shè)、研究生數(shù)據(jù)分析和研究生論文評閱）發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)材料學(xué)專業(yè)的學(xué)生難以獨立完成材料微觀結(jié)構(gòu)（掃描電鏡或透射電鏡等拍攝的微觀顆粒）晶面指數(shù)的標(biāo)定。究其原因是現(xiàn)行教科書中關(guān)于晶面指數(shù)的確定方法和示例普遍停留在理論層面，而在實踐過程中如何運用這些概念和方法來完成晶面指數(shù)的確定，教科書中并未列舉。例如立方體、八面體和十二面體，初學(xué)者是可以通過教材中晶面指數(shù)的確定方法來標(biāo)定晶面指數(shù)的，但晶體實際微觀結(jié)構(gòu)的幾何特征較為豐富、相對復(fù)雜，僅僅依靠教材中的基礎(chǔ)理論，若不加以知識擴展和示例引導(dǎo)，初學(xué)者難以獨立完成復(fù)雜幾何形貌晶面指數(shù)的標(biāo)定。

為了打破教材的局限，使初學(xué)者能夠順利完成各種實際微觀結(jié)構(gòu)晶面指數(shù)的標(biāo)定，本文將前期的一些研究成果引入課堂教學(xué)。首先以二十六面體氧化亞銅晶體為實例[7，8]，為學(xué)生解析了如何結(jié)合教科書中的基礎(chǔ)理論（包括晶面指數(shù)確定方法和晶面夾角公式）來標(biāo)定實際多面體晶體的晶面指數(shù)。隨后運用數(shù)學(xué)模型，為學(xué)生揭示了這種二十六面體的演變過程（立方體→十四面體→十八面體→二十六面體→五十面體）和晶面指數(shù)的變化規(guī)律。并結(jié)合課題組關(guān)于多面體氧化亞銅晶體光催化性能的研究結(jié)果，為學(xué)生分析不同晶面具有各異的原子排列，正是這些原子排列的差異性導(dǎo)致光催化性能具有明顯的晶面指數(shù)依賴效應(yīng)。通過上述討論與分析，不僅使學(xué)生理解了如何確定實際晶體的晶面指數(shù)、標(biāo)定晶面指數(shù)的意義、晶面指數(shù)與性能之間的構(gòu)效關(guān)系，而且還引導(dǎo)學(xué)生主動探究如何才能實現(xiàn)氧化亞銅晶體的幾何形貌調(diào)控，以及幾何形貌的形成機理。這種宏觀（紅色氧化亞銅粉末）→微觀（不同多面體形貌）→晶面效應(yīng)的實際案例分析是目前教材中所未提及的，它讓學(xué)生目睹了材料的微觀結(jié)構(gòu)，切身體會了不同晶面指數(shù)引起的奇異效應(yīng)。將這部分內(nèi)容融入課堂教學(xué)，有利于學(xué)生更好地理解基礎(chǔ)理論知識并運用其解決實際問題，實現(xiàn)了科研反哺教學(xué)，引發(fā)了學(xué)生的科研興趣，提升了學(xué)生理論與實踐相結(jié)合的能力。

結(jié)合前期的科研結(jié)果，為了使學(xué)生能夠更加系統(tǒng)地理解晶面指數(shù)的標(biāo)定方法、基礎(chǔ)理論和注意事項，完善學(xué)生的晶面指數(shù)基礎(chǔ)理論和解決實際問題的能力，撰寫發(fā)表了題為“Identification of the Miller indices of crystallographic plane：A tutorial and comprehensive review on fundamental theory，universal methods based on different case studies and matters needing attention”的綜述論文[9]，切實做到了“科研促進教學(xué)”。

以上案例是探索“科研反哺教學(xué)”過程中的一個重要實踐，它在活躍課堂氛圍的同時，明顯提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和科研興趣。多人在課后主動要求進入課題組進行科研訓(xùn)練和畢業(yè)設(shè)計，并參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃等科研活動，實現(xiàn)了“以研促教”的目的。這種教學(xué)理念將改善傳統(tǒng)教學(xué)存在的弊端，有利于實現(xiàn)理論與實踐的相互結(jié)合，同時還可延伸到其他學(xué)科領(lǐng)域并為一線教學(xué)工作者提供一定的實踐參考。

2.2 以教促研，提升教師的科研創(chuàng)新能力

位錯和孿晶是材料科學(xué)中的核心概念[6]，在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教科書中，這兩個概念的引入和實例分析主要圍繞金屬材料的力學(xué)性能來展開。經(jīng)典晶體缺陷理論表明：材料內(nèi)部一定數(shù)量位錯或?qū)\晶的存在能夠有效改善材料的力學(xué)性能。例如，中科院沈陽金屬研究所盧柯院士團隊在《Science》雜志上發(fā)文報道，構(gòu)建納米孿晶可以同時提高金屬銅的強度和導(dǎo)電性[10]。浙江大學(xué)余倩團隊在《Nature》雜志上發(fā)文報道，調(diào)控合金成分促使位錯線發(fā)生交滑移可以同時提高高熵合金的強度和韌性[11]。除力學(xué)性能外，材料的物理化學(xué)性能對其實際應(yīng)用也是至關(guān)重要的。令人遺憾的是，現(xiàn)行教科書中并未提及位錯或?qū)\晶對材料光、電、熱、磁和催化等物理化學(xué)性能的影響規(guī)律，這不利于學(xué)生全面理解材料的“構(gòu)效關(guān)系”。于科研工作者而言，若從該角度入手科學(xué)研究，不僅可以探索新的研究方向，而且能夠運用以此取得的科研成果來彌補教科書中的缺陷與不足，進而豐富基礎(chǔ)理論。鑒于此，目前已將含有位錯和孿晶的功能材料作為課題組的主要科研方向，先后開發(fā)出含有刃型位錯的金屬氧化物和含有孿晶的金屬硫化物。研究發(fā)現(xiàn)，孿晶沿孿晶界具有對稱且高度有序的原子排列，這不僅可促進單晶光催化劑中光生電子—空穴對的運輸，而且可形成內(nèi)建電場進而加速光生電子—穴對的有效分離。因此，含有納米孿晶的硫化銅的光催化性能明顯優(yōu)于不含納米孿晶的硫化銅。近期，基于孿晶與光催化性能的相關(guān)性，在《Catalysis Science & Technology》雜志上發(fā)表了題為“Twin engineering of photocatalysts： A minireview”的綜述論文[12]，切實做到了“教學(xué)促進科研”。

在此基礎(chǔ)上，將這些研究成果及時引入課堂教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，不僅改變了學(xué)生對位錯和孿晶作用的常規(guī)認(rèn)識，實現(xiàn)了對位錯和孿晶在材料科學(xué)研究中的多維認(rèn)知，更重要的是能培養(yǎng)學(xué)生樹立“知識交叉、普遍聯(lián)系”的科學(xué)思維以及“勇于創(chuàng)新”的科研精神。將其他基礎(chǔ)理論與科學(xué)前沿融入課堂教學(xué)，例如界面位向與介觀晶體、表/界面能與密度泛函理論計算、相圖與新型高熵合金設(shè)計、位錯理論與金屬材料的強韌化、形核/生長理論與同步輻射觀測、擴散理論與異質(zhì)金屬連接等，這些案例的融入實現(xiàn)了功能材料與結(jié)構(gòu)材料基礎(chǔ)理論的交叉融合，進一步完善了學(xué)生的知識構(gòu)架以及理論與實踐相結(jié)合的能力。

綜上所述，將教科書中的傳統(tǒng)概念或基礎(chǔ)理論與科學(xué)研究相結(jié)合，從中凝練科學(xué)問題，并運用現(xiàn)代科研手段來解決這些問題以彌補教科書的不足，這是完善學(xué)科基礎(chǔ)理論的又一實踐成果。這種“以教促研”的理念將為追求一流教學(xué)能力的高校教師提供新的思路，并為其探索新的科學(xué)研究方向提供理論參考。

2.3 心得體會

教學(xué)不僅僅是傳授教科書中的理論知識，更重要的是啟發(fā)學(xué)生如何將理論運用到實踐當(dāng)中，從而對理論知識產(chǎn)生更深的認(rèn)識，最終做到舉一反三、融會貫通，實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合，進而培養(yǎng)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)習(xí)慣、自主創(chuàng)新能力和終身學(xué)習(xí)能力。立足我國“以本為本”的教育教學(xué)建設(shè)總體目標(biāo)，發(fā)揮高校作為教書育人與科學(xué)研究的基本職能，要求新時代的高校教師要重新定位“教研相長”這一教學(xué)理念，開創(chuàng)適合于高素質(zhì)人才培養(yǎng)的創(chuàng)新教學(xué)模式。一流的人才培養(yǎng)需要一流的高校教師，若要全面提升高校教師自身的教學(xué)與科研素質(zhì)，必須做到“以教促研”和“以研促教”，兩手都要抓，兩手都要硬。希望本文的教學(xué)實踐探索與科研經(jīng)驗?zāi)軌驗檎谔骄咳绾巫龊谩敖萄邢嚅L”的高校教師提供一定的指導(dǎo)與參考，最終促進教學(xué)與科研之間的良性互補、雙贏互利。

3 結(jié)束語

教育是立國之本，它不僅是國家發(fā)展的力量源泉，更是中國特色社會主義事業(yè)和中華民族屹立于世界民族之林的根本保障。教育興，則民族興。只有擁有大量“教研”兼?zhèn)涞睦蠋煟拍芘囵B(yǎng)出具有深厚專業(yè)素養(yǎng)、善于終身學(xué)習(xí)、善于思辨的高素質(zhì)人才。因此，從事一線教育的高校教師要主動擔(dān)起重任，把握好教育事業(yè)的發(fā)展方向，堅持“以本為本，教研相長”的教育教學(xué)理念，努力做好“教學(xué)與科研”之間的雙贏互利，用一生的堅守，為我國教育事業(yè)的發(fā)展貢獻自己的力量。

參考文獻：

〔1〕吳小凡，楊馨夢，李申.習(xí)近平關(guān)于教師隊伍建設(shè)重要論述的理想淵源、邏輯體系和精神特質(zhì)[J].高教論壇，2019，35（12）：12-19.

〔2〕黃興勝，黃少成.新中國成立70年來高等教育強國建設(shè)的歷史邏輯與啟示[J].中國高教研究，2019， 35（12）：29-35+4z25StGDOYtrTDekSiw4tfw2TgWxmEW3tbbFbwYt30iY=1.

〔3〕謝和平.打造一流師資隊伍 建設(shè)一流本科教育[J].中國大學(xué)教學(xué)，2019，41（04）：8-10+33.

〔4〕劉夢竹，王永鵬，王鑫，等.從提升應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量談科研對教學(xué)的促進作用[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報，2019，36（04）：5-8.

〔5〕賀顯聰，章曉波，巴志新，等.應(yīng)用型本科高校科研對教學(xué)的促進作用[J].中國冶金教育，2018，27（04）：6-8.

〔6〕胡賡祥，蔡珣，戎詠華.材料科學(xué)基礎(chǔ)[M].3版.上海：上海交通大學(xué)出版社，2010.

〔7〕SUN S D， ZHANG X J， YANG Q， et al. Cuprous oxide （Cu2O） crystals with tailored architectures： A comprehensive review on synthesis， fundamental properties， functional modifications and applications[J]. Progress in Materials Science， 2018， 96： 111-173.

〔8〕SUN S D， ZHANG X， CUI J， et al. High-index faceted metal oxide micro-/ nanostructures： A review on their characterization， synthesis and applications[J]. Nanoscale， 2019，11（34）： 15739-15762.

〔9〕SUN S D， ZHANG X C， CUI J， et al. Identification of the Miller indices of a crystallographic plane： A tutorial and a comprehensive review on fundamental theory， universal methods based on different case studies and matters needing attention[J]. Nanoscale， 2020，12（32）： 16657-16677.

〔10〕LU L， SHEN Y F， CHEN X H， et al. Ultrahigh strength and high electrical conductivity in copper[J]. Science， 2004， 304（5669）： 422-426.

〔11〕DING Q Q， ZHANG Y， CHEN X， et al. Tuning element distribution， structure and properties by composition in high-entropy alloys[J]. Nature， 2019， 574： 223-227.

〔12〕SUN S D， ZHANG X C， CUI J， et al. Twin engineering of photocatalysts： A minireview[J]. Catalysis Science & Technology， 2020， 10（13）： 4164-4178.