“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(píng)價(jià)我國(guó)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(shí)踐案例，闡述開(kāi)展“以教促研”和“以研促教”的必要性和實(shí)施效果。以期為正在探究如何做好“教研相長(zhǎng)”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(zhǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-260X（2024）09-0102-04

習(xí)近平總書(shū)記多次強(qiáng)調(diào)教師隊(duì)伍建設(shè)在我國(guó)教育事業(yè)發(fā)展中的重要地位，明確了新時(shí)代教師隊(duì)伍立教興教的時(shí)代使命[1]。當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的迅猛發(fā)展，對(duì)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(shí)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(yàn)式創(chuàng)新能力為目標(biāo)”的教育教學(xué)新模式。面對(duì)教育理念的不斷發(fā)展，我國(guó)的教學(xué)改革也在持續(xù)改進(jìn)。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(dòng)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(duì)教學(xué)與科研相互關(guān)系的關(guān)注度依然不足。目前，我國(guó)高校主要以科研成果作為教師業(yè)績(jī)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(kāi)展“以研促教，以教促研”教學(xué)模式等問(wèn)題的思考與探索，對(duì)推進(jìn)我國(guó)高校教學(xué)改革的順利進(jìn)行具有重要意義。

1 科研與教學(xué)之間的關(guān)系

長(zhǎng)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(dòng)向，提升自己的專(zhuān)業(yè)理論水平，而且還要學(xué)會(huì)利用自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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(diǎn)，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(shí)際的能力，激發(fā)學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)熱情，最終實(shí)現(xiàn)科研反哺教學(xué)，提升課堂教學(xué)質(zhì)量。

長(zhǎng)期從事教學(xué)工作的高校教師，具有扎實(shí)的理論知識(shí)和豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，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(shí)與實(shí)踐探索進(jìn)行有機(jī)融合。倘若這些高校教師能夠敏銳地將教科書(shū)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(wèn)題，則可以進(jìn)一步提升其科研創(chuàng)新能力，積累更多的科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。最終將這些科研成果帶入課堂教學(xué)、課外科研活動(dòng)和本科畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，真正做到“教研相長(zhǎng)”。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(jìn)、教研相長(zhǎng)，切不可厚此薄彼。

2 “以研促教，以教促研”理念下的教學(xué)實(shí)踐探析

所謂“教研相長(zhǎng)”是指課堂教學(xué)和科學(xué)研究的相互促進(jìn)、協(xié)同發(fā)展。能否做好“以研促教，以教促研”已成為評(píng)價(jià)我國(guó)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(lái)相關(guān)學(xué)者在傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上著重強(qiáng)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(shí)現(xiàn)“以研促教”。

針對(duì)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(lái)講，“教研相長(zhǎng)”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(shí)踐教學(xué)來(lái)提升學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解（以研促教），更重要的是要具有識(shí)變求變的能力，能夠?qū)⒔炭茣?shū)中的基本概念和基本理論有效地融入科學(xué)研究，以此汲取科學(xué)問(wèn)題，使自身的科研成果再上新臺(tái)階（以教促研），并將科研所取得的新成果再次融入教學(xué)實(shí)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(shí)踐探索進(jìn)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(zhuān)業(yè)的學(xué)科專(zhuān)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(yùn)動(dòng)、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?yàn)榇蟛牧项?lèi)專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)提供專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)支撐，同時(shí)也是數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等自然科學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)向?qū)I(yè)課學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化的過(guò)渡銜接。更重要的是，該課程是材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生首選的研究生入學(xué)考試專(zhuān)業(yè)課初試科目，也是研究人員開(kāi)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(yǔ)多、原理規(guī)律多、公式計(jì)算題多、涉及相關(guān)學(xué)科多等特點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致課程理論性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)抽象，因而在枯燥的課堂環(huán)境中一味地對(duì)學(xué)生進(jìn)行理論知識(shí)傳遞，不僅難以激發(fā)其主動(dòng)學(xué)習(xí)熱情，未能培養(yǎng)其主動(dòng)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(shí)，結(jié)合在“材料物化綜合實(shí)驗(yàn)”“畢業(yè)設(shè)計(jì)”“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(huì)利用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題”的現(xiàn)象，即理論與實(shí)踐難以有效銜接。

總結(jié)近年來(lái)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(wèn)題是現(xiàn)行教材內(nèi)容缺少先進(jìn)性和前沿性案例。主要表現(xiàn)在重要知識(shí)點(diǎn)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(shí)補(bǔ)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(shí)點(diǎn)主要是介紹金屬結(jié)構(gòu)材料相關(guān)基礎(chǔ)理論以及對(duì)其力學(xué)和基本物理性質(zhì)的影響規(guī)律，然而相同知識(shí)點(diǎn)對(duì)功能材料的擴(kuò)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(guò)教材僅知道位錯(cuò)、孿晶、點(diǎn)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(duì)材料的光電化學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律。特別是對(duì)材料物理、材料化學(xué)、新能源材料與器件專(zhuān)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(wèn)題。

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

2.1 以研促教，提升學(xué)生理論與實(shí)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(shí)際微觀結(jié)構(gòu)的晶面指數(shù)，對(duì)闡明晶面與使用性能的相關(guān)性而言至關(guān)重要。同時(shí)，它也是材料學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生必備的重要技能。然而，在長(zhǎng)期的本科生和研究生的培養(yǎng)過(guò)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(píng)閱）發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)材料學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生難以獨(dú)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(shū)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(shí)踐過(guò)程中如何運(yùn)用這些概念和方法來(lái)完成晶面指數(shù)的確定，教科書(shū)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(guò)教材中晶面指數(shù)的確定方法來(lái)標(biāo)定晶面指數(shù)的，但晶體實(shí)際微觀結(jié)構(gòu)的幾何特征較為豐富、相對(duì)復(fù)雜，僅僅依靠教材中的基礎(chǔ)理論，若不加以知識(shí)擴(kuò)展和示例引導(dǎo)，初學(xué)者難以獨(dú)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(shí)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(shí)例[7，8]，為學(xué)生解析了如何結(jié)合教科書(shū)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(lái)標(biāo)定實(shí)際多面體晶體的晶面指數(shù)。隨后運(yùn)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(guò)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(lài)效應(yīng)。通過(guò)上述討論與分析，不僅使學(xué)生理解了如何確定實(shí)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(dòng)探究如何才能實(shí)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(jī)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(shí)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(huì)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(shí)并運(yùn)用其解決實(shí)際問(wèn)題，實(shí)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(shí)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(xiàng)，完善學(xué)生的晶面指數(shù)基礎(chǔ)理論和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，撰寫(xiě)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(shí)做到了“科研促進(jìn)教學(xué)”。

以上案例是探索“科研反哺教學(xué)”過(guò)程中的一個(gè)重要實(shí)踐，它在活躍課堂氛圍的同時(shí)，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(dòng)要求進(jìn)入課題組進(jìn)行科研訓(xùn)練和畢業(yè)設(shè)計(jì)，并參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃等科研活動(dòng)，實(shí)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(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的相互結(jié)合，同時(shí)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(shí)踐參考。

2.2 以教促研，提升教師的科研創(chuàng)新能力

位錯(cuò)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(shū)中，這兩個(gè)概念的引入和實(shí)例分析主要圍繞金屬材料的力學(xué)性能來(lái)展開(kāi)。經(jīng)典晶體缺陷理論表明：材料內(nèi)部一定數(shù)量位錯(cuò)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(yáng)金屬研究所盧柯院士團(tuán)隊(duì)在《Science》雜志上發(fā)文報(bào)道，構(gòu)建納米孿晶可以同時(shí)提高金屬銅的強(qiáng)度和導(dǎo)電性[10]。浙江大學(xué)余倩團(tuán)隊(duì)在《Nature》雜志上發(fā)文報(bào)道，調(diào)控合金成分促使位錯(cuò)線發(fā)生交滑移可以同時(shí)提高高熵合金的強(qiáng)度和韌性[11]。除力學(xué)性能外，材料的物理化學(xué)性能對(duì)其實(shí)際應(yīng)用也是至關(guān)重要的。令人遺憾的是，現(xiàn)行教科書(shū)中并未提及位錯(cuò)或?qū)\晶對(duì)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(yùn)用以此取得的科研成果來(lái)彌補(bǔ)教科書(shū)中的缺陷與不足，進(jìn)而豐富基礎(chǔ)理論。鑒于此，目前已將含有位錯(cuò)和孿晶的功能材料作為課題組的主要科研方向，先后開(kāi)發(fā)出含有刃型位錯(cuò)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(duì)稱(chēng)且高度有序的原子排列，這不僅可促進(jìn)單晶光催化劑中光生電子—空穴對(duì)的運(yùn)輸，而且可形成內(nèi)建電場(chǎng)進(jìn)而加速光生電子—穴對(duì)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(shí)做到了“教學(xué)促進(jìn)科研”。

在此基礎(chǔ)上，將這些研究成果及時(shí)引入課堂教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，不僅改變了學(xué)生對(duì)位錯(cuò)和孿晶作用的常規(guī)認(rèn)識(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)位錯(cuò)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(shù)立“知識(shí)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(jì)算、相圖與新型高熵合金設(shè)計(jì)、位錯(cuò)理論與金屬材料的強(qiáng)韌化、形核/生長(zhǎng)理論與同步輻射觀測(cè)、擴(kuò)散理論與異質(zhì)金屬連接等，這些案例的融入實(shí)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(jìn)一步完善了學(xué)生的知識(shí)構(gòu)架以及理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力。

綜上所述，將教科書(shū)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(wèn)題，并運(yùn)用現(xiàn)代科研手段來(lái)解決這些問(wèn)題以彌補(bǔ)教科書(shū)的不足，這是完善學(xué)科基礎(chǔ)理論的又一實(shí)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(huì)

教學(xué)不僅僅是傳授教科書(shū)中的理論知識(shí)，更重要的是啟發(fā)學(xué)生如何將理論運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中，從而對(duì)理論知識(shí)產(chǎn)生更深的認(rèn)識(shí)，最終做到舉一反三、融會(huì)貫通，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)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(guó)“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(shū)育人與科學(xué)研究的基本職能，要求新時(shí)代的高校教師要重新定位“教研相長(zhǎng)”這一教學(xué)理念，開(kāi)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(shí)踐探索與科研經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌驗(yàn)檎谔骄咳绾巫龊谩敖萄邢嚅L(zhǎng)”的高校教師提供一定的指導(dǎo)與參考，最終促進(jìn)教學(xué)與科研之間的良性互補(bǔ)、雙贏互利。

3 結(jié)束語(yǔ)

教育是立國(guó)之本，它不僅是國(guó)家發(fā)展的力量源泉，更是中國(guó)特色社會(huì)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?，才能培養(yǎng)出具有深厚專(zhuān)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(dòng)擔(dān)起重任，把握好教育事業(yè)的發(fā)展方向，堅(jiān)持“以本為本，教研相長(zhǎng)”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(jiān)守，為我國(guó)教育事業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

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