研究生固体化学课程思政教学设计探索*

赵煜娟 严勇 安丽 李钒

北京工业大学环境与生命学部 北京 100124

0 引言

新时代背景下，国家需要的不仅是具备高级认知和思维水平的人才，更需要具有正确价值观、有责任能力担当的高级人才。因而高校的研究生培养不仅要侧重其学术性、研究性、探索性，更需要发掘专业课程所蕴含的思想政治教育元素，与专业知识融合，将课程思政价值融入教育环节。因而，在构建研究生专业知识体系的同时，塑造正确的价值观，培养学生在科学研究工作中的坚定理想信念和奋斗精神，引导学生将自我价值的实现与服务国家建设的时代使命相结合，深化服务人民的爱国主义情怀，培养出满足时代需求的高级人才，是每个教育工作者不可推卸的责任[1]。

高校课程思政教育强调在新时代实现“三全育人”，以“润物细无声”的方式将思政教育元素融入日常的课堂学习，通过课程建设和课程思政的结合，有效地解决“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人”的根本问题[2-3]。作为高校研究生指导教师，尤其长期以传授自然科、学知识为主的教师，往往容易忽略其中的隐性思政资源，对思政教育的实施感到茫然，无从下手。因此，需要我们努力探索，打破思想政治教育与专业教育相互隔绝的“孤岛效应”，做好教书和育人工作，并把育人作为首要任务[4]。因而，我们需要改变固有思维，首先，在日常教学中明确课程的育德目标，深入思考发掘思政教育与专业知识的融合点，探索二者结合的方式方法，设计具体的教学案例及实施路径。

1 固体化学课程思政的必要性

固体化学主要研究固体物质的制备、组成、结构和性质，是面向化学专业研究生开设的一门基础理论课程。在以往的教学过程中，教师与学生的交流多限于知识层面，注重基础理论知识的传授，忽略了价值观的树立和导向。另外，固体化学与固体物理、材料工程学等学科互相交叉渗透，是现代固体科学和技术的基础。在材料领域有许多需要探索和亟待解决的问题，需要大量理论基础扎实、科研能力强的高级研究人才。刚刚入学的研究生，正处于树立正确的科学观和思想观的关键引导期，我们在教授知识与研究方法的同时，需要培养研究生勇于质疑、善于思辨、勤于钻研的科学精神，同时，还需要树立坚定的理想信念和价值观，才能避免科学研究上的急功近利，耐得住科研工作的寂寞，不计个人得失，投入服务国家的建设中。因此，我们需要尽快在入学初始阶段，建立起教师与学生人文关怀的交流纽带，使学生健康成长，实现“全程育人、全方位育人”。

另外，把思政教育引入研究生培养，对授课教师也提出了更高的要求，不仅需要教师具备深厚的科研基础，热爱相关专业领域，把握科技前沿，也要求教师自身德才兼备，具有工匠精神和坚定的理想信念，才能将国家发展需要解决的专业问题融入专业课教学中，激发学生研究攻克重大科学技术难题的兴趣和勇气。因而，思政课程建设和实践的过程也是对教师思想素养的自我提升过程。

2 固体化学课程思政的挖掘

固体化学技术的发展是人类探索自然、认识世界与改造世界的过程。古代青铜器的熔合、淬火，传统的陶瓷工艺、石灰石的煅烧、黑火药的制造等都汇集了人类对于固体化学技术的应用经验。但固体化学原理的发展却远远滞后于固体化学技术的应用，固体化学是20世纪六七十年代基于材料科学的发展形成的，也是以推动材料科学发展为使命的一门学科。因而不少固体化学家在开拓材料新体系方面作出了巨大贡献，如氧化物高温超导材料、固体电解质材料、激光晶体和非线性光学晶体等[5]。

2.1 坚定的理想信念和爱国精神的培养

我国科学家在早期艰苦的条件下，发扬不屈不挠的奋斗精神在新材料领域不断取得突破，为国家发展作出了巨大的贡献。例如，中国陶瓷基复合材料及高温结构陶瓷材料研究领域的开拓者郭景坤带领团队研制出纤维补强陶瓷基复合材料和陶瓷发动机材料及其零部件，解决了中国第一代战略武器关键部位的防热难题，使中国成为国际上继美、日之后无水冷陶瓷发动机行车试验成功的国家。中国高温合金和新型合金钢的重要奠基人、材料腐蚀与防护领域的开拓者师昌绪在美国研究的超高强度钢解决了飞机起落架经常发生断裂事故的问题，但他认为“中国人应该回中国去，现在中国十分落后，需要我这样的人”，毅然回国。在苏联专家撤离，动力问题成为我国新型飞机自主设计方案中的重大关键项目时，师昌绪率领课题组攻克了造型、脱芯、合金质量控制等一系列难关，使我国成为继美国后第二个掌握这项尖端制造技术的国家。师昌绪先生认为“我的人生观就是要使祖国强大”，这一爱国者底色贯穿了他默默奉献的一生。电影《我和我的父辈》的《诗》篇章中的试验情景是真实存在的，当年的总工程师杨南生（我国著名的探空火箭、导弹和力学专家）就是不顾个人安危，站在只有5厘米厚的透明有机玻璃窗后观察发动机试车的全过程。固体火箭推进剂火药整形工的取材人物是2015年当选为《感动中国》年度人物的中国航天高级技师徐立平。曾经，大批科技工作者为了中国的振兴，艰苦奋斗无私奉献，正是基于对国家高度的责任感和使命感，以及他们坚定的理想信念和无私奉献的精神，这些老一辈科学家和科技工作者不计个人得失，不求功名利禄，为祖国的繁荣昌盛奉献了自己的青春与热血。

近些年来，我国在材料领域的基础研究取得了非常大的进步。我国研究论文发表的数量已经遥遥领先，但是，论文数量不能代表解决实际问题的能力，解决重大工程问题，提升国家发展实力，是每个科技工作者的最高目标。作为以推动材料科学发展为使命的固体化学课程而言，我们需要将思政教育内容与新材料领域日新月异的发展有机融合起来。挖掘固体化学基础理论在相关材料的研究方向和工程应用中解决问题的实际案例，及时引入与新材料相关的新发现、新理论、新工艺、新成果，激发研究生的学习热情和专业自豪感，继承前辈们的爱国精神，勇于担当，担负起时代赋予的使命。

2.2 科学思维和科学精神的培养

科学思维是进行科学探索、科学实践、科学研究过程中的通用思维及方法，是从事科学研究的人员必备的核心素养。各门科学中的定律、原理、规律等都是人类科学思维的产物，通过质疑和批判，创造性地提出观点、认识事物及事物之间的联系。

从晶体学的发展史中可以看到，研究者在晶体研究中运用了常见的科学思维方法，比如分析、比较、归纳、演绎、综合、抽象和概括等，总结出晶体的各种定律。例如，从表观看，天然晶体具有平的面、直的棱，研究者通过观察、对比分析各种矿物晶体外在的几何形态，归纳总结出了 “面角守恒定律”；并从晶体的外部形态规律总结，逐渐开始探讨内部本质原因，对晶面在三维空间中分布规律的对称性进行研究。通过几何方法和严密的数学方法推导出晶体形态可能的对称要素的组合形式，即：32个对称型（点群）和晶体的14种空间格子，同时考虑平移与旋转、反应的对称变换的复合，推导出晶体结构一切可能的对称形式，即：230种空间群。研究者进一步从数学的角度对晶体结构的规律建立了数学模型，并且后续通过X-射线实验证实了晶体结构的重复周期性，在此基础上，开拓了晶体结构研究的新领域。因此，晶体学的发展历史完美地体现了比较与分类、归纳与演绎、分析与综合、抽象与概括等科学思维方法的应用。其实，在固体化学课程中存在很多类似实例，我们需要在教学过程中不断发掘，并对学生进行引导，潜移默化培养学生的科学思维。

科学精神是一种敢于坚持科学思想的勇气和不断探求真理的意识，实践是检验科学认识真理性的标准和认识发展的动力。

固体化学中很多内容都具体体现了研究者们的求实、探索、创新等科学精神。例如，对于晶体如何确定缺陷类型，科学家们精心设计多种研究方法对缺陷模型的假定进行实验验证，重视以定性分析和定量分析作为科学认识的一种方法，如微重量法、密度测定法、示踪原子法和标记物法等；在固相反应动力学的研究中，从杨德尔方程、卡特方程到金斯特林格方程，人们提出模型，验证、修正，不断反复实践检验模型的合理性和适用性；在固体化学的研究进展中，科学家们深知结构决定性能，需要获取更多准确的结构信息，因而材料的性能表征和实验测量技术与新技术跨学科结合，不断创新各种晶体结构以及原子/电子的表征手段，充分体现了科学家们永无止境的探索，不断创新进取的科学精神和信念。我们需要在教学过程中强化研究生基础知识学习的同时，培养学生的科学思维，学会通过总结、联系，通过理论与实验反复验证的学习方法，来解决实际问题。

2.3 科学道德与人文素质

科学道德是科学工作者在从事科学研究和处理科研成果时的内在自我约束标准，求真务实，不弄虚作假，也是科学研究人才必备的基本素养。我们需要通过人文素质培养学生的内在精神品格，引导学生在学习的同时思考人生的目的、意义、价值，培养正确的价值观和自律意识。

在课堂学习中，我们可以通过目前科研案例分析，强化科学道德和价值取向的引导，实现人才培养的功能目标与价值引领的统一。通过具体案例剖析，让学生意识到科研不端、不当行为的表现形式和危害，以及科学精神缺失和学风浮躁表现和导致的后果，引以为戒。

同时，也通过具体实验中常见问题的处理分析案例，警醒学生即使在实验数据处理分析过程中的小细节上，主观因素也可能会在无意识中妨碍科学研究的真实性。因此，在科研道路上，我们需要时刻警醒自己，开展思政价值观综合评判，避免急功近利，只求速度，不求质量，制造垃圾论文，浪费国家资源。增强学生道德自律意识以及社会责任感，明确学术研究是极为严谨的过程，来不得半点弄虚作假，警醒学生在今后科研工作中遇到困惑和抉择时，做出正确选择。

3 开展多样化课程思政教学模式

3.1 深入理论学习，拓展实践应用，强化科学思维培养

物理学关心普遍性，化学注重特殊性，物理和化学两个学科，在各自的发展过程中一直是相互借鉴，相互促进的[5]。

固体物理是固体化学重要的理论基础，因而，在课程学习中我们会引入部分固体物理基础知识的学习，以丰富相关知识内容。例如，倒易点阵和晶体点阵的相互表达，晶体的布里渊区、能带、态密度等概念，可以更好地帮助学生理解分析电子衍射图谱以及第一性原理计算的结果分析。让学生认识到科学没有捷径，只有踏踏实实掌握基础理论知识，才有能力解决实际应用问题。

固体化学是材料学的理论基础，我们在此基础上设计和制备、开发新材料，拓展材料学实践活动相关的理论知识，便于指导新材料的设计和合成。因此，我们需要多层次地研究物质组成、结构、性质及它们之间的关系，从研究个体颗粒的性质，拓展到宏观颗粒集合（即粉体）的性质。我们在固体化学课程中引入了与粉体工程技术相关的基础理论以及实际应用，进行拓展学习。如粉体的粉碎、混合、分离等的相关机理和设备与实验操作中的对应操作关联起来，有助于学生深入理解实验操作背后的基本原理以及对应的生产场景。

综上，固体物理、冶金学和材料学等都与固体化学有密切的联系，所以在固体化学课程的学习中，不能局限于本课程的基础内容，需要更加适合现代化水平的复合型知识结构，因而，在固体化学基础内容之上，我们融合部分固体物理和材料工程技术的知识，深入理论学习和实践应用，强化科学思维和科学精神的培养。

3.2 开展学科跨界融合

针对材料领域智能化、信息化、数字化的现状，计算材料学快速兴起，推动了材料研发由“经验+试错”的模式向计算驱动的研发模式转变。近年来，机器学习已经成为材料研究的前沿方向和热点领域。数据挖掘和统计学习方法在分析材料数据集和构建机器学习模型方面也变得尤为重要。因此，在课程的教学中，我们注重继承与创新、交叉与融合，引入新材料前沿领域的介绍，机器学习在材料设计优化方面的案例，打破学生对传统“生化环材”学科的认识，激发学生研究热情和创新，培养多元化、创新型的科研后备军。

3.3 构建学习共同体

现在的教育资源，不再局限于校园内部，网络上丰富的优质学习资源为学生提供了更多的学习途径。在课堂上，通过聚焦学科前沿发展，提出和实际应用相关的问题，让学生通过文献调研提出解决问题的大思路；也可以聚焦小问题，通过多种学习资源的利用，提出解决方案，共同进行分析解决，构建师生学习共同体。学习共同体的构建可以激发学生的学习热情和创新思想，增强师生互动，培养团队协作精神，提高学生解决复杂实际问题的意识和能力，培养面向未来、符合时代发展要求、具有科学精神和责任担当的优秀科研人才。

4 结束语

综上，本文对固体化学课程知识点进行了梳理，挖掘有关思政教育素材，寻找切入点，将思政教育元素融入知识点；培养学生坚定的理想信念和爱国精神，提升科学素养和科学精神，以及科学道德和人文素养；开展多样化课程思政教学模式，深入理论学习，拓展实践应用，开展学科跨界融合，构建学习共同体。为新时代研究生的思想道德建设发挥积极作用，培养具有团队协作精神，科学精神和责任担当的优秀科研人才。