学科交叉融合下生物专业拓展课程“纳米材料学”的实践教学研究

摘"要：随着时代的发展，以新兴纳米材料为主要研究对象的多元交叉产业发展迅速，逐渐成为一些高新技术企业的主要研究方向，因此对多学科交叉创新人才的需求旺盛。但是目前高校的教学缺乏相应的以生物和纳米材料交叉为教学目标的创新人才培养模式，以至于不能满足现今企业、研究院所的实际需求。为了满足创新人才的能力培养和解决培养中的不足，本研究探索以生物工程专业教学和纳米材料学交叉融合培养创新人才模式。同时，对“纳米材料学”课程传统课堂的教学现状和不足进行了分析，并从课程目标达成的角度出发，提出了针对课程内容设计、课程评价模式、学科资源交叉整合等方面的教学改革探索，为多学科交叉培养模式下的课堂教学提供参考。

关键词：学科交叉；课堂教学；生物纳米材料；教学改革

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

教育的结构性调整是由产业的结构性变化所决定的，尤其是高等教育中生物学科的人才培养面向国家战略性新兴产业和产业转型升级需求的紧迫性更为明显。国家发展改革委印发的《“十四五”生物经济发展规划》中明确提出［1］，促进生物技术和信息技术深度融合，加快发展生物技术和生物产业，做大做强生物经济。由于世界范围内高新科技竞争加剧以及我国新一轮科技革命、产业升级、新型经济的不断发展，催生了大量基于生物学的交叉学科以及以新学科融合为基础的学科和研究方向，比如生物传感、生物纳米材料、生物基燃料电池等［2］。这些学科或研究方向都是多领域交叉融合的前沿学科，提出的要求都是研究人员和相关人才对多学科的综合掌握，比如研究生物纳米材料就要对生物学的专业知识以及纳米材料的相关知识进行有机结合，才能具有在生物工程领域中应用纳米材料学的能力以及生物领域对纳米材料的前沿应用。

生物与材料学特别是纳米材料学的多学科交叉融合的人才培养是面向国家战略性、新兴产业和产业转型升级需求，也是满足培养高新科技企业和新兴产业发展对具有综合创新能力的高素质人才的迫切需求［3］。本文以安徽科技学院为例，该校在第三次党代表大会明确了应用型大学的办学定位，因此，本文以面向生物学科专业学生开设的卓越特色课程“纳米材料学”为例，探究如何实现“以学为中心、以教为主导、多学科交叉”的综合型人才培养的课堂教学改革。

1"多学科交叉联合培养模式的优势

多学科交叉联合培养模式旨在通过整合不同学科的知识和技能，培养出具有多学科背景的人才。在生物与纳米材料学领域，这种模式的优势主要体现在以下几个方面。

1.1"拓宽学生的知识视野

现阶段的生物学科专业确实涵盖了生物工程、生物制药以及生物科学等多个方向，学生们在这些专业领域内对基础知识的掌握相对扎实。然而，对于基础知识的拓展和深化，仅仅依靠课外阅读确实存在局限性。将其他学科的知识引入生物学科的教学中，尤其是与生物学科密切相关的材料学和纳米材料学，无疑是一种创新且有效的方法。这样做不仅可以帮助学生更加全面地了解生物学科的前沿发展，还能够拓宽他们的知识视野，增强跨学科的综合素养。

具体来说，材料学和纳米材料学的知识可以为生物学科提供许多新的视角和思路。例如，纳米材料在生物医学领域的应用已经取得了显著的进展，包括纳米药物载体、生物传感器、组织工程等方面。以安徽科技学院生物医药与健康研究院为例，可提供一系列关于生物与纳米材料结合、纳米材料制备与表征以及纳米材料的应用等一系列知识科普教学场所和实际科研案例教学，具有较好的知识补充教学效果。

1.2"提升学生的创新能力

多学科交叉融合能够激发学生的创新思维，使其在解决复杂问题时能够提出新颖的观点和方法。提升学生的创新能力是现代教育的重要目标之一，而多学科交叉融合为此提供了强有力的途径。打破学科壁垒，让学生在不同领域的知识中自由穿梭，不仅能够拓宽他们的视野，更能激发他们的创新思维。在传统的教育体系中，特别是生物学科领域的教学实施中，学科往往被割裂开来，学生通常只在单一的只跟生物学相关的领域内学习，这在一定程度上限制了他们的思考方式和解决问题的能力。然而，现实中的问题往往是复杂且多面的，需要综合运用多个学科的知识和方法来解决。

多学科交叉融合能够帮助学生建立起跨学科的知识体系，使他们在面对问题时能够从多个角度进行思考。这种思考方式不仅能够让他们发现问题的本质，更能让他们提出新颖的观点和方法。例如，在解决生物酶传感器应用问题时，学生不仅需要了解酶反应的基本知识，还需要借鉴工程学、纳米材料学、医学、生态学等多个学科的理论和实践经验。通过这种交叉融合的方式，学生不仅能够更全面地理解问题，还能提出更具创新性的解决方案。此外，在解决复杂问题的过程中，学生需要与来自不同学科背景的同学进行合作，共同寻找解决方案，这需要他们提升各自的交叉学科知识储备，从而实现有效沟通交流和合作。

1.3"增强学生的实践能力

实践教学在多学科交叉联合培养中扮演着举足轻重的角色。实践教学是多学科交叉联合培养的重要环节，通过亲身参与实验和项目，学生可以更好地理解和应用所学知识。它为学生提供了一个亲身参与实验和项目的平台，使理论知识不再局限于书本和课堂，而是能够得以实际应用和验证。在实验和项目中，学生需要运用所学的理论知识去分析问题、设计方案并动手实践。这一过程不仅有助于巩固和加深他们对知识的理解，还能够使他们更加明白知识的实际应用场景和价值。此外，实践教学还能够培养学生的实践能力和创新精神。在亲身参与实验和项目的过程中，学生需要不断尝试、探索和创新，以解决实际问题。这种经历不仅能够锻炼学生的动手能力，还能够培养他们的创新思维和解决问题的能力。同时，多学科交叉联合培养的特点使实践教学更具挑战性和综合性。通过克服这些挑战，学生能够更好地掌握跨学科的知识和技能，为未来的职业发展奠定坚实的基础。

2"“纳米材料学”课程教学现状与不足

“纳米材料学”作为一门前沿的学科课程，近年来在理工科院校中逐渐普及并受到越来越多的重视。其课程教学内容主要涵盖纳米材料的制备、性质、应用以及相关的研究方法和手段。然而，尽管“纳米材料学”的教学在不断发展，但面向生物学科人才培养时，会存在一些现状与不足之处。

2.1"知识接受难度较高

从教学现状来看，“纳米材料学”作为一个涉及多学科的综合性课程，其知识体系较为庞大且复杂。然而，由于纳米材料学的抽象性和前沿性，大部分生物学科背景的学生在初次接触时可能会感到困难，难以深入理解其本质和应用。

2.2"教学资源和设备的配备不足

一些高校已经配备了先进的纳米材料制备和表征设备，以安徽科技学院生物医药与健康研究院为例，研究院近年来在生物传感领域方向承担了多项科研项目，设备较为齐全，特别是所涉及研究领域比如纳米材料生物传感试纸条、电化学检测生物传感器等实际应用的教学案例丰富。但是，虽然一些高校已经配备了先进的纳米材料制备和表征设备，但仍有部分院校由于经费或场地等限制，无法为学生提供充足的实践机会。

2.3"教学方法和模式单一

教学方法和模式的创新也是当前“纳米材料学”课程教学中需要关注的问题。传统的讲授式教学虽然能够系统地传授知识，但往往缺乏对学生创新思维和实践能力的培养。因此，如何引入更多的项目式教学、实验教学等新型教学方法，激发学生的学习兴趣和积极性，提高他们的动手能力和创新意识，是当前教学改革的重要方向。

3"基于学生学习成果为导向的“纳米材料学”课堂教学改革

基于学生学习成果为导向的“纳米材料学”课堂教学改革，是一种以学生为中心，以提升学生实际学习效果和综合能力为目标的教学改革模式。这种改革旨在打破传统的教学框架，更加注重学生的实际需求和学习效果，使教学更加贴近实际，更具针对性和实效性。

3.1"引入项目化学习，提高学生分析解决问题的能力

纳米材料引入项目化学习，可以充分利用纳米材料的独特性质和项目化学习的优势，提高学生分析解决问题的能力。首先，教师应根据学生的兴趣和知识水平选择合适的项目主题。其次，教师应提供必要的资源与支持，并指导学生如何安全地使用和操作这些材料。最后，教师还应提供必要的知识背景和理论指导，帮助学生更好地理解纳米材料的性质和应用。重点要鼓励学生自主探究与合作，他们可以分组进行实验研究、数据分析和结果讨论等活动，共同解决问题并完成任务。

3.2"“纳米材料学”实践教学方案设计

基于多学科交叉联合培养模式的优势，我们设计了以下“纳米材料学”实践教学方案：

（1）整合多学科课程内容：在课程设置上，我们将纳米材料学与其他相关学科进行有机结合，如物理学、化学、材料科学等。通过跨学科课程的设置，学生能够全面了解纳米材料学的相关知识。

（2）强化实验教学环节：实验教学是实践教学的重要组成部分。我们将设计一系列具有针对性的实验项目，让学生在实验中掌握纳米材料的制备、表征和应用等方面的技能。

（3）开展跨学科项目合作：鼓励学生参与跨学科的项目合作，与不同学科背景的学生共同开展研究。通过项目合作，学生能够更加深入地了解纳米材料学的实际应用，并锻炼其跨学科合作的能力。

（4）建立产学研合作机制：与企业和研究机构建立紧密的合作关系，共同开展纳米材料学的研究和教学工作。通过产学研合作，学生能够接触到前沿的研究成果和技术应用，提高其就业竞争力。

结语

综上所述，“纳米材料学”课程教学在取得一定成果的同时，仍然面临着一些挑战和不足。为了提高教学效果和培养学生的综合能力，教师需要不断创新教学方法和手段，关注学科前沿动态，并为学生提供充足的实践机会和资源支持。它不仅能够帮助学生更好地理解和应用所学知识，还能够培养他们的实践能力和创新精神，为他们的未来发展提供有力支持，是现今生物与纳米材料学科交叉教学下人才培养模式的重点。因此，我们应该积极推动跨学科的教学改革，将其他学科的知识引入生物学科的教学中，以培养学生的综合素质和创新能力为核心目标，推动生物学科背景下多学科交叉融合人才培养的不断发展和进步。

参考文献：

［1］国家发展改革委.关于印发《“十四五”生物经济发展规划》的通知［EB/OL］.（20211220）.https：//www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/ghwb/202205/t20220510_1324436.html.

［2］孙亚楠，刘欣欣.多学科交叉下材料科学与工程专业生物材料本科培养课程设置调研［J］.广东化工，2024，51（03）：177179.

［3］白春礼，王忠怀.纳米科学与技术新进展［J］.中国科学基金，1993（03）：189194.

基金项目：安徽科技学院校级质量工程项目（X2021"062）

作者简介：张越（1989—"），男，汉族，安徽合肥人，博士，讲师，主要从事生物传感领域的研究。