學科交叉融合下生物專業拓展課程“納米材料學”的實踐教學研究

摘"要：隨著時代的發展，以新興納米材料為主要研究對象的多元交叉產業發展迅速，逐漸成為一些高新技術企業的主要研究方向，因此對多學科交叉創新人才的需求旺盛。但是目前高校的教學缺乏相應的以生物和納米材料交叉為教學目標的創新人才培養模式，以至于不能滿足現今企業、研究院所的實際需求。為了滿足創新人才的能力培養和解決培養中的不足，本研究探索以生物工程專業教學和納米材料學交叉融合培養創新人才模式。同時，對“納米材料學”課程傳統課堂的教學現狀和不足進行了分析，并從課程目標達成的角度出發，提出了針對課程內容設計、課程評價模式、學科資源交叉整合等方面的教學改革探索，為多學科交叉培養模式下的課堂教學提供參考。

關鍵詞：學科交叉；課堂教學；生物納米材料；教學改革

Interdisciplinary"Integration"of"Biology"Professional"Extension"Courses

Research"on"Practical"Teaching"of"\"Nanomaterials\"

Zhang"Yue

School"of"Life"and"Health"Sciences，Anhui"Science"and"Technology"University"AnhuiChuzhou"233100

Abstract：With"the"development"of"The"Times，the"diversified"crossindustry"with"emerging"nanomaterials"as"the"main"researchnbsp;object"has"developed"rapidly，and"has"gradually"become"the"main"research"direction"of"some"hightech"enterprises.Therefore，there"is"a"strong"demand"for"interdisciplinary"innovative"talents.However，the"current"teaching"in"colleges"and"universities"lacks"the"corresponding"innovative"talent"training"model"with"the"teaching"goal"of"the"intersection"of"biology"and"nanomaterials，so"that"it"can"not"meet"the"actual"needs"of"enterprises"and"research"institutes.In"order"to"meet"the"ability"training"of"innovative"talents"and"solve"the"shortcomings"in"training，this"study"explores"the"crossintegration"of"biological"engineering"teaching"and"nanomaterials"to"train"innovative"talents.At"the"same"time，the"current"situation"and"shortcomings"of"traditional"classroom"teaching"of"\"Nanomaterials"Science\""course"are"analyzed，and"from"the"perspective"of"achieving"curriculum"objectives，the"teaching"reform"exploration"is"put"forward"in"terms"of"curriculum"content"design，curriculum"evaluation"mode，and"crossintegration"of"subject"resources，so"as"to"provide"references"for"classroom"teaching"under"multidisciplinary"crosstraining"mode.

Keywords：Interdisciplinary；classroom"teaching；bonanomaterials；teaching"reform

教育的結構性調整是由產業的結構性變化所決定的，尤其是高等教育中生物學科的人才培養面向國家戰略性新興產業和產業轉型升級需求的緊迫性更為明顯。國家發展改革委印發的《“十四五”生物經濟發展規劃》中明確提出［1］，促進生物技術和信息技術深度融合，加快發展生物技術和生物產業，做大做強生物經濟。由于世界范圍內高新科技競爭加劇以及我國新一輪科技革命、產業升級、新型經濟的不斷發展，催生了大量基于生物學的交叉學科以及以新學科融合為基礎的學科和研究方向，比如生物傳感、生物納米材料、生物基燃料電池等［2］。這些學科或研究方向都是多領域交叉融合的前沿學科，提出的要求都是研究人員和相關人才對多學科的綜合掌握，比如研究生物納米材料就要對生物學的專業知識以及納米材料的相關知識進行有機結合，才能具有在生物工程領域中應用納米材料學的能力以及生物領域對納米材料的前沿應用。

生物與材料學特別是納米材料學的多學科交叉融合的人才培養是面向國家戰略性、新興產業和產業轉型升級需求，也是滿足培養高新科技企業和新興產業發展對具有綜合創新能力的高素質人才的迫切需求［3］。本文以安徽科技學院為例，該校在第三次黨代表大會明確了應用型大學的辦學定位，因此，本文以面向生物學科專業學生開設的卓越特色課程“納米材料學”為例，探究如何實現“以學為中心、以教為主導、多學科交叉”的綜合型人才培養的課堂教學改革。

1"多學科交叉聯合培養模式的優勢

多學科交叉聯合培養模式旨在通過整合不同學科的知識和技能，培養出具有多學科背景的人才。在生物與納米材料學領域，這種模式的優勢主要體現在以下幾個方面。

1.1"拓寬學生的知識視野

現階段的生物學科專業確實涵蓋了生物工程、生物制藥以及生物科學等多個方向，學生們在這些專業領域內對基礎知識的掌握相對扎實。然而，對于基礎知識的拓展和深化，僅僅依靠課外閱讀確實存在局限性。將其他學科的知識引入生物學科的教學中，尤其是與生物學科密切相關的材料學和納米材料學，無疑是一種創新且有效的方法。這樣做不僅可以幫助學生更加全面地了解生物學科的前沿發展，還能夠拓寬他們的知識視野，增強跨學科的綜合素養。

具體來說，材料學和納米材料學的知識可以為生物學科提供許多新的視角和思路。例如，納米材料在生物醫學領域的應用已經取得了顯著的進展，包括納米藥物載體、生物傳感器、組織工程等方面。以安徽科技學院生物醫藥與健康研究院為例，可提供一系列關于生物與納米材料結合、納米材料制備與表征以及納米材料的應用等一系列知識科普教學場所和實際科研案例教學，具有較好的知識補充教學效果。

1.2"提升學生的創新能力

多學科交叉融合能夠激發學生的創新思維，使其在解決復雜問題時能夠提出新穎的觀點和方法。提升學生的創新能力是現代教育的重要目標之一，而多學科交叉融合為此提供了強有力的途徑。打破學科壁壘，讓學生在不同領域的知識中自由穿梭，不僅能夠拓寬他們的視野，更能激發他們的創新思維。在傳統的教育體系中，特別是生物學科領域的教學實施中，學科往往被割裂開來，學生通常只在單一的只跟生物學相關的領域內學習，這在一定程度上限制了他們的思考方式和解決問題的能力。然而，現實中的問題往往是復雜且多面的，需要綜合運用多個學科的知識和方法來解決。

多學科交叉融合能夠幫助學生建立起跨學科的知識體系，使他們在面對問題時能夠從多個角度進行思考。這種思考方式不僅能夠讓他們發現問題的本質，更能讓他們提出新穎的觀點和方法。例如，在解決生物酶傳感器應用問題時，學生不僅需要了解酶反應的基本知識，還需要借鑒工程學、納米材料學、醫學、生態學等多個學科的理論和實踐經驗。通過這種交叉融合的方式，學生不僅能夠更全面地理解問題，還能提出更具創新性的解決方案。此外，在解決復雜問題的過程中，學生需要與來自不同學科背景的同學進行合作，共同尋找解決方案，這需要他們提升各自的交叉學科知識儲備，從而實現有效溝通交流和合作。

1.3"增強學生的實踐能力

實踐教學在多學科交叉聯合培養中扮演著舉足輕重的角色。實踐教學是多學科交叉聯合培養的重要環節，通過親身參與實驗和項目，學生可以更好地理解和應用所學知識。它為學生提供了一個親身參與實驗和項目的平臺，使理論知識不再局限于書本和課堂，而是能夠得以實際應用和驗證。在實驗和項目中，學生需要運用所學的理論知識去分析問題、設計方案并動手實踐。這一過程不僅有助于鞏固和加深他們對知識的理解，還能夠使他們更加明白知識的實際應用場景和價值。此外，實踐教學還能夠培養學生的實踐能力和創新精神。在親身參與實驗和項目的過程中，學生需要不斷嘗試、探索和創新，以解決實際問題。這種經歷不僅能夠鍛煉學生的動手能力，還能夠培養他們的創新思維和解決問題的能力。同時，多學科交叉聯合培養的特點使實踐教學更具挑戰性和綜合性。通過克服這些挑戰，學生能夠更好地掌握跨學科的知識和技能，為未來的職業發展奠定堅實的基礎。

2"“納米材料學”課程教學現狀與不足

“納米材料學”作為一門前沿的學科課程，近年來在理工科院校中逐漸普及并受到越來越多的重視。其課程教學內容主要涵蓋納米材料的制備、性質、應用以及相關的研究方法和手段。然而，盡管“納米材料學”的教學在不斷發展，但面向生物學科人才培養時，會存在一些現狀與不足之處。

2.1"知識接受難度較高

從教學現狀來看，“納米材料學”作為一個涉及多學科的綜合性課程，其知識體系較為龐大且復雜。然而，由于納米材料學的抽象性和前沿性，大部分生物學科背景的學生在初次接觸時可能會感到困難，難以深入理解其本質和應用。

2.2"教學資源和設備的配備不足

一些高校已經配備了先進的納米材料制備和表征設備，以安徽科技學院生物醫藥與健康研究院為例，研究院近年來在生物傳感領域方向承擔了多項科研項目，設備較為齊全，特別是所涉及研究領域比如納米材料生物傳感試紙條、電化學檢測生物傳感器等實際應用的教學案例豐富。但是，雖然一些高校已經配備了先進的納米材料制備和表征設備，但仍有部分院校由于經費或場地等限制，無法為學生提供充足的實踐機會。

2.3"教學方法和模式單一

教學方法和模式的創新也是當前“納米材料學”課程教學中需要關注的問題。傳統的講授式教學雖然能夠系統地傳授知識，但往往缺乏對學生創新思維和實踐能力的培養。因此，如何引入更多的項目式教學、實驗教學等新型教學方法，激發學生的學習興趣和積極性，提高他們的動手能力和創新意識，是當前教學改革的重要方向。

3"基于學生學習成果為導向的“納米材料學”課堂教學改革

基于學生學習成果為導向的“納米材料學”課堂教學改革，是一種以學生為中心，以提升學生實際學習效果和綜合能力為目標的教學改革模式。這種改革旨在打破傳統的教學框架，更加注重學生的實際需求和學習效果，使教學更加貼近實際，更具針對性和實效性。

3.1"引入項目化學習，提高學生分析解決問題的能力

納米材料引入項目化學習，可以充分利用納米材料的獨特性質和項目化學習的優勢，提高學生分析解決問題的能力。首先，教師應根據學生的興趣和知識水平選擇合適的項目主題。其次，教師應提供必要的資源與支持，并指導學生如何安全地使用和操作這些材料。最后，教師還應提供必要的知識背景和理論指導，幫助學生更好地理解納米材料的性質和應用。重點要鼓勵學生自主探究與合作，他們可以分組進行實驗研究、數據分析和結果討論等活動，共同解決問題并完成任務。

3.2"“納米材料學”實踐教學方案設計

基于多學科交叉聯合培養模式的優勢，我們設計了以下“納米材料學”實踐教學方案：

（1）整合多學科課程內容：在課程設置上，我們將納米材料學與其他相關學科進行有機結合，如物理學、化學、材料科學等。通過跨學科課程的設置，學生能夠全面了解納米材料學的相關知識。

（2）強化實驗教學環節：實驗教學是實踐教學的重要組成部分。我們將設計一系列具有針對性的實驗項目，讓學生在實驗中掌握納米材料的制備、表征和應用等方面的技能。

（3）開展跨學科項目合作：鼓勵學生參與跨學科的項目合作，與不同學科背景的學生共同開展研究。通過項目合作，學生能夠更加深入地了解納米材料學的實際應用，并鍛煉其跨學科合作的能力。

（4）建立產學研合作機制：與企業和研究機構建立緊密的合作關系，共同開展納米材料學的研究和教學工作。通過產學研合作，學生能夠接觸到前沿的研究成果和技術應用，提高其就業競爭力。

結語

綜上所述，“納米材料學”課程教學在取得一定成果的同時，仍然面臨著一些挑戰和不足。為了提高教學效果和培養學生的綜合能力，教師需要不斷創新教學方法和手段，關注學科前沿動態，并為學生提供充足的實踐機會和資源支持。它不僅能夠幫助學生更好地理解和應用所學知識，還能夠培養他們的實踐能力和創新精神，為他們的未來發展提供有力支持，是現今生物與納米材料學科交叉教學下人才培養模式的重點。因此，我們應該積極推動跨學科的教學改革，將其他學科的知識引入生物學科的教學中，以培養學生的綜合素質和創新能力為核心目標，推動生物學科背景下多學科交叉融合人才培養的不斷發展和進步。

參考文獻：

［1］國家發展改革委.關于印發《“十四五”生物經濟發展規劃》的通知［EB/OL］.（20211220）.https：//www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/ghwb/202205/t20220510_1324436.html.

［2］孫亞楠，劉欣欣.多學科交叉下材料科學與工程專業生物材料本科培養課程設置調研［J］.廣東化工，2024，51（03）：177179.

［3］白春禮，王忠懷.納米科學與技術新進展［J］.中國科學基金，1993（03）：189194.

基金項目：安徽科技學院校級質量工程項目（X2021"062）

作者簡介：張越（1989—"），男，漢族，安徽合肥人，博士，講師，主要從事生物傳感領域的研究。