通识类选修课《纳米医药》课程的思政教学模式探索

梁宇光 李晶 陈建平 刘涛 臧慧敏 于敬茹 闫柄伏 武世奎

习近平总书记指出：“要用好课堂教学这个主渠道，思想政治理论课要坚持在改进中加强，提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待，其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。”按照总书记对课程思政的要求，笔者探索了《纳米医药》选修课程的思政教学模式，本着在改进中加强的原则，在满足学生成长发展的需求和期待的同时将学生工作和大学生创新项目融合到课程思政中，让思想政治教育不仅有亲和力和针对性，更具有实用性，真正做到思政元素与专业知识的有机融合，使思想政治教育润物细无声地融入课堂教学。选修课程的学业压力小，学生重视程度不够[1]。将思政元素以生活中的一些奇特现象融入知识点的讲解，会起到良好的效果[2]。由于课程形式和场地的限制，选修课程的实验很难开展。课程实验的开设对创新元素的融入需求更加迫切[3]。团队在教学中总结了思政案例，提高课程的趣味性和学生参与热情。此外，团队根据青年教师较多的特点，尝试了利用学校大学生创新课题开展团队实验教学的模式，并将实验结果进行总结、提炼，形成线上实验教学资源。

1 纳米医药中的思政点

由于缺少化学和材料课程的基础，医学和药学专业学生理解纳米材料的一些基本概念难度较大。教学团队将纳米材料的一些特殊效应与日常生活中的一些独特现象结合，同时用哲学原理对科学问题进行解释。

1.1 纳米颗粒的表面效应

1.1.1 基本概念

表面效应是指纳米粒子粒径变小后，表面原子占总原子数比例增大，引起表面积、表面能都迅速增加。表面原子的晶体场环境和结合能与内部原子不同。表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易于其他原子相结合而稳定下来，因而表现出很大的化学和催化活性[4]。

1.1.2 生活实例分析

壁虎常出现在灯光照射的墙壁上、屋檐下或电杆上，甚至在光滑的玻璃上也能够自由爬行[5]。笔者就这一现象在课堂上提问时，学生会给出多个答案，如吸盘、黏液、钩子等。就这一问题笔者做了文献调研。这是因为壁虎每只脚的底部长着数百万根极细的刚毛，每根刚毛末端又有约400～1 000 根更细的分支。每平方毫米上5 000 根长度在30～130 微米的刚毛。这些刚毛与物体间靠着分子间的范德华力实现了黏附。宏观的物体之间相互作用力是十分微弱的，但刚毛的直径小到一定程度后其相互作用力就不能忽视了。模拟实验表明，1 平方厘米的仿壁虎刚毛“胶带”可产生3N 的粘着力，吸附300 克的物体[6]。这一事例充分说明了纳米材料表面效应。

1.1.3 思政点分析

笔者将这个案例与现象与本质的思政点相联系，为学生讲解科学发现的过程需要不断地探索，同时引入质变与量变的辩证关系，启发学生理解质量互变规律，尝试用不同视角看待事物，进而培养学生多视角观察、分析和解决问题的能力。

现象与本质的关系：人们认识事物，就是要透过现象认识本质，把握事物的发展规律。这是一个艰苦、反复的过程。只有在实践中通过对多方面现象的分析研究，去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里，才能实现“从现象到本质、从不甚深刻的本质到更加深刻的本质的无限深化过程。在讲到纳米颗粒的表面效应这个知识点内容时，笔者将纳米颗粒的表面效应原理借助生动形象的生活中的事例展现出来，给学生直观的展示，同时又将学生们日常生活中经常遇到却又容易忽略的生活现象用科学的原理进行解释，进而联系到现象与本质的辩证关系，使学生学习和领悟科学研究的真谛以及科学研究过程中所蕴含的哲学原理。

量变引起质变：质量互变规律是唯物辩证法的基本规律，揭示了事物因矛盾引起的发展过程和状态、发展变化形式上具有的特点，从量变开始，质变是量变的结果，量变是质变的发生前提和准备阶段，但量变不因质变而停止，质变与量变的相互转变体现的是唯物辩证法中运动与变化是事物发生发展的内在本质。

1.2 纳米颗粒的小尺寸效应

1.2.1 基本概念

当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化[4]。

1.2.2 科研实例

当白银被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的光泽而呈黑色，这一现象在贵金属金、铂等纳米颗粒中均有发现[7]。调控银纳米颗粒的粒径和形貌，会变为红色、蓝色、紫色等，甚至可以得到像彩虹一样绚丽的色彩[8]。

1.2.3 宏观与微观的辩证关系

由于纳米颗粒体积极小，属于微观领域，学生在理解微观领域中的事物存在一定困难，该教学内容讲授时需要借助于宏观的视角加以解释，同时微观上的纳米颗粒数量众多，由极其微小但又数量极多的纳米颗粒组成的纳米药物在宏观上又展现出新的不同的特性，体现了量变引起质变的质量互变规律。利用宏观和微观的双视角观察和分析纳米颗粒性质，有助于学生理解和把握纳米颗粒的小尺寸效应。

1.2.4 联系的观点看事物

事物之间存在普遍的联系是唯物辩证法中一个基本观点。联系或关系作为哲学范畴，包含一切事物、现象、过程之间及内部诸要素之间的相互影响、相互作用和相互制约[9]。纳米颗粒因其尺寸极其微小，在微观视域里，纳米粒子呈现出不同的特性，表现出一些全新的物理现象，但这些全新的特性和物理现象又不是孤立的，而是与其他特性和现象相互联系的，即使尺寸小到纳米级别，纳米颗粒之间仍然存在相互作用和联系。因而，纳米颗粒的小尺寸效应很好地反映了世间万物彼此相互联系、相互作用的哲学原理。

1.3 纳米颗粒的宏观量子隧道效应

1.3.1 基本概念

宏观量子隧道效应是基本的量子现象之一，当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。

1.3.2 生产中的实例分析

在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无法正常工作，经典电路的极限尺寸大概在0.25 微米。研制的量子共振隧穿晶体管就是利用量子效应制成的新一代器件[10]。

1.3.3 用发展的眼光看问题

经典物理学认为，物体越过势垒，有一阈值能量；粒子能量小于此能量则不能越过，大于此能量则可以越过。例如骑自行车过小坡，先用力骑，如果坡很低，不蹬自行车也能靠惯性过去。如果坡很高，不蹬自行车，车到一半就停住，然后退回去[11]。

量子力学则认为，即使粒子能量小于阈值能量，很多粒子冲向势垒，一部分粒子反弹，还会有一些粒子能过去，好像有一个隧道，故名隧道效应（quantum tunneling）。可见，宏观上的确定性在微观上往往就具有不确定性。虽然在通常的情况下，隧道效应并不影响经典的宏观效应，因为隧穿几率极小，但在某些特定的条件下宏观的隧道效应也会出现[12]。

通过该案例和思政点的讲解可以让学生意识到科学的进展是不断向前的，发展地看问题是创新思维的关键要素。马克思主义基本原理认为发展是事物运动的永恒主题，科学研究与探索亦是如此。纳米颗粒的宏观量子隧道效应的科学研究过程和对此效应的解释也折射出真理发现的过程：真理的发现是一个从相对向绝对无限接近的过程，即由相对真理无限接近绝对真理。在人类已掌握的知识限度内，真理具有绝对性，但随着人类对于真理的不断追求和探索，以往的“绝对真理”也被不断突破，成为相对真理。对纳米颗粒的宏观量子隧道效应的研究和解释正是经历这样的一个过程，实现了经典物理学向量子力学的飞跃[13]。

2 纳米医药课程理论课思政教学模式

纳米医药课程实践性强、知识更新快、学科交叉特点突出，传统的课堂讲授模式效果不理想。多年来，笔者一直探索更好地将理论授课、课程思政与大学生创新能力培养相结合的课堂组织模式。目前笔者将24学时的课程分为基础理论讲授、专题讲座、分组研讨三个阶段：

第一阶段，主讲教师负责基本概念的讲授，使学生掌握纳米医药的概念、制备、表征等基本方法。该阶段可以自然地将马克思主义哲学基本原理与纳米医药的基本概念相融合，既增加了逻辑性，又能降低学生理解的难度。在将思政元素与专业课知识相融合时，力争做到有机的融合，润物细无声的将课程思政点体现在课程教学之中，探索在专业课知识讲授中适当加入日常生活现象分析和马克思主义哲学原理阐释，使晦涩难懂的专业课知识通过日常生活现象生动呈现，又从宏观的角度对涉及到哲学原理加以分析解释，实现学生在学习纳米医药专业知识的同时加深对马克思主义基本原理的理解和唯物辩证法的运用。

第二阶段，由一线科研人员分专题讲授新上市纳米制剂、纳米药物的药理、毒理、质量标准等相关内容，使学生熟悉纳米药物的研究和开发过程，为后续创新课题申请打下基础。该阶段思政内容讲授主要以我国科研工作者近年来在科技前沿取得的成果、案例为主，建立学生对我国科研实力的自信，激发科研创新的热情。同时，教学团队引入一线科研人员也有助于加强学生实践操作能力的培养，提高学生对于科学实验的兴趣，进而提高实验的参与度。

第三阶段，按照个人意愿自主结成团队，分组研讨课程论文，选择指导教师准备创新课题申报。充分利用现有资源调动学生积极性，提高课堂参与度。该阶段可以邀请具有丰富管理经验和思政经验的专兼职辅导员、班主任加入团队，定期组织学习经典著作，引导学生利用马克思主义的方法论和辩证法分析问题、解决问题，同时培养学生独立思考、自主研习、团队合作的意识和能力[14]。

该教学模式下，保障了学生对基础知识的掌握、对前沿知识的探索，充分发挥主观能动性，提升创新的热情与技能，同时也充分利用了学校的师资、经费、场地资源，探索了创新人才培养的新方式。

3 纳米医药课程实验课思政模式

受到学时和专业限制，通识类选修课的实验开展比较困难。笔者利用学校的领航创新团队、英才培育、开放实验等创新项目，由选课的学生自主选择教师团队中的指导教师申报相关项目。在获批后，实验团队开展基础性的纳米医药创新研究，将推广性较强的研究内容进行整理，录制视频，在线上开展实验教学。目前，相关实验研究已经由学生独立整理发表。

该模式下的探索有利于开发创新性实验：学生自主设计实验通常来自理论教学，融合医药领域多学科内容。例如，药学实验废水处理实验[15]，差式量热法测量药物微晶与纳米晶的热力学性能等。这些实验巧妙地针对无机化学、物理化学、分析化学和药物化学等实验室的共性问题，提出的综合解决方案。

案例分析：从化学反应原理角度出发，对铬酸废液以及强碱氢氧化钠和硝酸铅等危害性强的废液提出一种创新的综合处理方案。分析铬酸废液危害成分包括高浓度的硫酸（H2SO4）、铬酸（H2CrO4）、六价铬（Cr2O72+）、三价铬离子（Cr3+）以及铬酐（CrO3）。结合所学知识，进行方案设计：（1）分离铬酐沉淀，加热使CrO3还原为Cr2O3；（2）在废液中加入适当的还原试剂如硫酸亚铁溶液，将残存的有毒的Cr2O72+转变为Cr3+；（3）利用过量的氢氧化钠溶液中和浓硫酸，并与Cr3+反应生成沉淀；（4）加铅废液与CrO42+反应生成沉淀（具体设计及计算见已发表论文《高校药学实验室废水综合处理方案设计》）。由于铬酸废液成分复杂，直接以上述方案实施多种试剂反应条件难以控制得当，故选择其对应有害成分的纯试剂进行预实验。选用材料：铬酸钾（K2CrO4）、硝酸铅[Pb（NO3）2]、蒸馏水、聚乙烯吡咯烷酮K30（PVP）、恒温搅拌电热套、高速离心机、超声波清洗器、电子天平，进行多次试验比较，获得最佳适用条件。最终实验过程如下：准确称量铬酸钾固体0.1 g，PVP 0.2 g，置于250 mL 烧杯中加蒸馏水95 mL 超声混合均匀。另准确称取硝酸铅固体0.17 g置于另一烧杯超声溶解。将溶解后的硝酸铅缓缓倒入前一个烧杯中混合搅拌30 min，陈放5 h。取陈放后乳状溶液离心，离心所得沉淀水洗3 次，无水乙醇2次，晾干。通过以上实验方法得到黄色棒状纳米铬酸铅，同时可以用同样的方法试验出三价铬离子（Cr3+）和氢氧化钠试液的最佳反应条件，最终经过煅烧得到Cr2O3（绿色）纳米材料。铅铬黄是传统的无机颜料和湿敏电阻材料，亦可应用于光电池及烟雾弹；铬绿长期作颜料用于油画和油漆等方面，尤以其发色能力强、色饱和度高、色质稳定，在无机颜料中具有代表性。因此结合所学知识，利用实验室现有长期储存的废水，自主设计此处理方案并进行可行性试验，初步预想可以变废为宝，有望达到废物再利用，实现实验室绿色化理念。

该实验设计综合处理了无机化学实验室和药物化学实验室的废液。在思政教学上，笔者拟将矛盾转化的原理与生活中“变废为宝”的思路相结合，鼓励学生多思考，利用已学的知识进行自主分析，养成善于发现问题、解决问题的能力。

4 结论

本文提出《纳米医药》课程的思政教学模式是笔者团队经过多年教学经验的总结。教学模式改革以培养合格的创新型人才为目标，充分利用了学校的人才资源、科研经费和场地，收到了良好的教学效果。目前学生获得全国大学生比赛奖项2 项，自治区挑战杯奖项1 项，自主发表论文2 篇，完成校级大学生创新课题4 项，组建校级大学生创新团队1 个。在接下来的教学实验中，笔者将继续积极鼓励学生申报课题，不断创新和丰富该教学模式，并积极发掘《纳米医药》课程中新的课程思政融合点，探索出更加完善的课程思政教学模式。