學(xué)科交叉融合下生物專業(yè)拓展課程“納米材料學(xué)”的實踐教學(xué)研究

摘"要：隨著時代的發(fā)展，以新興納米材料為主要研究對象的多元交叉產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，逐漸成為一些高新技術(shù)企業(yè)的主要研究方向，因此對多學(xué)科交叉創(chuàng)新人才的需求旺盛。但是目前高校的教學(xué)缺乏相應(yīng)的以生物和納米材料交叉為教學(xué)目標(biāo)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，以至于不能滿足現(xiàn)今企業(yè)、研究院所的實際需求。為了滿足創(chuàng)新人才的能力培養(yǎng)和解決培養(yǎng)中的不足，本研究探索以生物工程專業(yè)教學(xué)和納米材料學(xué)交叉融合培養(yǎng)創(chuàng)新人才模式。同時，對“納米材料學(xué)”課程傳統(tǒng)課堂的教學(xué)現(xiàn)狀和不足進行了分析，并從課程目標(biāo)達成的角度出發(fā)，提出了針對課程內(nèi)容設(shè)計、課程評價模式、學(xué)科資源交叉整合等方面的教學(xué)改革探索，為多學(xué)科交叉培養(yǎng)模式下的課堂教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：學(xué)科交叉；課堂教學(xué)；生物納米材料；教學(xué)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(jié)構(gòu)性調(diào)整是由產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)性變化所決定的，尤其是高等教育中生物學(xué)科的人才培養(yǎng)面向國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級需求的緊迫性更為明顯。國家發(fā)展改革委印發(fā)的《“十四五”生物經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》中明確提出［1］，促進生物技術(shù)和信息技術(shù)深度融合，加快發(fā)展生物技術(shù)和生物產(chǎn)業(yè)，做大做強生物經(jīng)濟。由于世界范圍內(nèi)高新科技競爭加劇以及我國新一輪科技革命、產(chǎn)業(yè)升級、新型經(jīng)濟的不斷發(fā)展，催生了大量基于生物學(xué)的交叉學(xué)科以及以新學(xué)科融合為基礎(chǔ)的學(xué)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(xué)科或研究方向都是多領(lǐng)域交叉融合的前沿學(xué)科，提出的要求都是研究人員和相關(guān)人才對多學(xué)科的綜合掌握，比如研究生物納米材料就要對生物學(xué)的專業(yè)知識以及納米材料的相關(guān)知識進行有機結(jié)合，才能具有在生物工程領(lǐng)域中應(yīng)用納米材料學(xué)的能力以及生物領(lǐng)域?qū){米材料的前沿應(yīng)用。

生物與材料學(xué)特別是納米材料學(xué)的多學(xué)科交叉融合的人才培養(yǎng)是面向國家戰(zhàn)略性、新興產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級需求，也是滿足培養(yǎng)高新科技企業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展對具有綜合創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才的迫切需求［3］。本文以安徽科技學(xué)院為例，該校在第三次黨代表大會明確了應(yīng)用型大學(xué)的辦學(xué)定位，因此，本文以面向生物學(xué)科專業(yè)學(xué)生開設(shè)的卓越特色課程“納米材料學(xué)”為例，探究如何實現(xiàn)“以學(xué)為中心、以教為主導(dǎo)、多學(xué)科交叉”的綜合型人才培養(yǎng)的課堂教學(xué)改革。

1"多學(xué)科交叉聯(lián)合培養(yǎng)模式的優(yōu)勢

多學(xué)科交叉聯(lián)合培養(yǎng)模式旨在通過整合不同學(xué)科的知識和技能，培養(yǎng)出具有多學(xué)科背景的人才。在生物與納米材料學(xué)領(lǐng)域，這種模式的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1"拓寬學(xué)生的知識視野

現(xiàn)階段的生物學(xué)科專業(yè)確實涵蓋了生物工程、生物制藥以及生物科學(xué)等多個方向，學(xué)生們在這些專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)對基礎(chǔ)知識的掌握相對扎實。然而，對于基礎(chǔ)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(xué)科的知識引入生物學(xué)科的教學(xué)中，尤其是與生物學(xué)科密切相關(guān)的材料學(xué)和納米材料學(xué)，無疑是一種創(chuàng)新且有效的方法。這樣做不僅可以幫助學(xué)生更加全面地了解生物學(xué)科的前沿發(fā)展，還能夠拓寬他們的知識視野，增強跨學(xué)科的綜合素養(yǎng)。

具體來說，材料學(xué)和納米材料學(xué)的知識可以為生物學(xué)科提供許多新的視角和思路。例如，納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)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(xué)院生物醫(yī)藥與健康研究院為例，可提供一系列關(guān)于生物與納米材料結(jié)合、納米材料制備與表征以及納米材料的應(yīng)用等一系列知識科普教學(xué)場所和實際科研案例教學(xué)，具有較好的知識補充教學(xué)效果。

1.2"提升學(xué)生的創(chuàng)新能力

多學(xué)科交叉融合能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，使其在解決復(fù)雜問題時能夠提出新穎的觀點和方法。提升學(xué)生的創(chuàng)新能力是現(xiàn)代教育的重要目標(biāo)之一，而多學(xué)科交叉融合為此提供了強有力的途徑。打破學(xué)科壁壘，讓學(xué)生在不同領(lǐng)域的知識中自由穿梭，不僅能夠拓寬他們的視野，更能激發(fā)他們的創(chuàng)新思維。在傳統(tǒng)的教育體系中，特別是生物學(xué)科領(lǐng)域的教學(xué)實施中，學(xué)科往往被割裂開來，學(xué)生通常只在單一的只跟生物學(xué)相關(guān)的領(lǐng)域內(nèi)學(xué)習(xí)，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(xiàn)實中的問題往往是復(fù)雜且多面的，需要綜合運用多個學(xué)科的知識和方法來解決。

多學(xué)科交叉融合能夠幫助學(xué)生建立起跨學(xué)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(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)，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(yīng)用問題時，學(xué)生不僅需要了解酶反應(yīng)的基本知識，還需要借鑒工程學(xué)、納米材料學(xué)、醫(yī)學(xué)、生態(tài)學(xué)等多個學(xué)科的理論和實踐經(jīng)驗。通過這種交叉融合的方式，學(xué)生不僅能夠更全面地理解問題，還能提出更具創(chuàng)新性的解決方案。此外，在解決復(fù)雜問題的過程中，學(xué)生需要與來自不同學(xué)科背景的同學(xué)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(xué)科知識儲備，從而實現(xiàn)有效溝通交流和合作。

1.3"增強學(xué)生的實踐能力

實踐教學(xué)在多學(xué)科交叉聯(lián)合培養(yǎng)中扮演著舉足輕重的角色。實踐教學(xué)是多學(xué)科交叉聯(lián)合培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，通過親身參與實驗和項目，學(xué)生可以更好地理解和應(yīng)用所學(xué)知識。它為學(xué)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(yīng)用和驗證。在實驗和項目中，學(xué)生需要運用所學(xué)的理論知識去分析問題、設(shè)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(yīng)用場景和價值。此外，實踐教學(xué)還能夠培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新精神。在親身參與實驗和項目的過程中，學(xué)生需要不斷嘗試、探索和創(chuàng)新，以解決實際問題。這種經(jīng)歷不僅能夠鍛煉學(xué)生的動手能力，還能夠培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和解決問題的能力。同時，多學(xué)科交叉聯(lián)合培養(yǎng)的特點使實踐教學(xué)更具挑戰(zhàn)性和綜合性。通過克服這些挑戰(zhàn)，學(xué)生能夠更好地掌握跨學(xué)科的知識和技能，為未來的職業(yè)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

2"“納米材料學(xué)”課程教學(xué)現(xiàn)狀與不足

“納米材料學(xué)”作為一門前沿的學(xué)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(xué)內(nèi)容主要涵蓋納米材料的制備、性質(zhì)、應(yīng)用以及相關(guān)的研究方法和手段。然而，盡管“納米材料學(xué)”的教學(xué)在不斷發(fā)展，但面向生物學(xué)科人才培養(yǎng)時，會存在一些現(xiàn)狀與不足之處。

2.1"知識接受難度較高

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

2.2"教學(xué)資源和設(shè)備的配備不足

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

2.3"教學(xué)方法和模式單一

教學(xué)方法和模式的創(chuàng)新也是當(dāng)前“納米材料學(xué)”課程教學(xué)中需要關(guān)注的問題。傳統(tǒng)的講授式教學(xué)雖然能夠系統(tǒng)地傳授知識，但往往缺乏對學(xué)生創(chuàng)新思維和實踐能力的培養(yǎng)。因此，如何引入更多的項目式教學(xué)、實驗教學(xué)等新型教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，提高他們的動手能力和創(chuàng)新意識，是當(dāng)前教學(xué)改革的重要方向。

3"基于學(xué)生學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的“納米材料學(xué)”課堂教學(xué)改革

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

3.1"引入項目化學(xué)習(xí)，提高學(xué)生分析解決問題的能力

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

3.2"“納米材料學(xué)”實踐教學(xué)方案設(shè)計

基于多學(xué)科交叉聯(lián)合培養(yǎng)模式的優(yōu)勢，我們設(shè)計了以下“納米材料學(xué)”實踐教學(xué)方案：

（1）整合多學(xué)科課程內(nèi)容：在課程設(shè)置上，我們將納米材料學(xué)與其他相關(guān)學(xué)科進行有機結(jié)合，如物理學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)等。通過跨學(xué)科課程的設(shè)置，學(xué)生能夠全面了解納米材料學(xué)的相關(guān)知識。

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

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

（4）建立產(chǎn)學(xué)研合作機制：與企業(yè)和研究機構(gòu)建立緊密的合作關(guān)系，共同開展納米材料學(xué)的研究和教學(xué)工作。通過產(chǎn)學(xué)研合作，學(xué)生能夠接觸到前沿的研究成果和技術(shù)應(yīng)用，提高其就業(yè)競爭力。

結(jié)語

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

參考文獻：

［1］國家發(fā)展改革委.關(guān)于印發(fā)《“十四五”生物經(jīng)濟發(fā)展規(guī)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(xué)科交叉下材料科學(xué)與工程專業(yè)生物材料本科培養(yǎng)課程設(shè)置調(diào)研［J］.廣東化工，2024，51（03）：177179.

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

基金項目：安徽科技學(xué)院校級質(zhì)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(lǐng)域的研究。