新工科材料科学与工程专业科研反哺教学改革设想

［摘 要］ 新工科背景下，高等教育工科专业在教学与科研方面较失衡的现象尤为突出，客观上需要开展科研反哺教学的研究。以材料科学与工程专业为例，分析科研反哺教学的动因和基础，阐述新工科背景下开展科研反哺教学面临的困境，提出新时代高校建设过程中的应对策略。科研反哺教学的实践方法主要包括：科研成果融入课堂教学、学生参与科研项目、翻转课堂与科研成果展示课、科研实践教学活动。在实施过程中，需要学校政策、经费支撑以及硬件软件建设，同时对教师提出了新的更高的要求。通过科研反哺教学弥合科研与教学平衡，最终实现高水平科研与高质量教学协同发展。

［关键词］ 新工科；材料科学与工程；科研反哺教学；教学改革

［基金项目］ 2020年度哈尔滨工程大学研究生高水平核心课程“‘材料合成与制备’建设项目”；2022年度哈尔滨工程大学教改项目“新工科背景下以科技文献为案例科研反哺教学探索”（JG2022B1009）；2021年度哈尔滨工程大学教改项目“以科技文献案例为核心多维混合教学模式在工程类选修课中的探索与研究”（JG2021Y083）

［作者简介］ 白成英（1986—），男，河北邢台人，博士，哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院副教授，博士生导师，主要从事多孔陶瓷、多孔地质聚合物研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2025）08-0054-05 ［收稿日期］ 2023-11-20

建设世界一流大学和一流学科是党中央、国务院做出的重大战略决策，也是继“211工程”和“985工程”后的又一国家战略，有利于提升中国高等教育综合实力和国际竞争力，为实现第二个百年奋斗目标和实现中华民族伟大复兴的中国梦提供有力支撑。在历史学中，把石器时代、青铜时代、铁器时代划分为人类的早期历史时期，可见材料学科作为基础学科的重要性。目前，全球范围内的科技革命和产业变革日新月异，材料是经济建设、社会进步和国家安全的物质基础和先导，材料科学面临着技术突破和重大产业发展机遇。

新形势下，新工科建设对高等教育工科专业提出了更高的要求［1-3］。工科高校如何优化高水平科研支撑优秀人才培养，成为其发展和建设面临的重要问题。第一轮“双一流”建设学科共计465个，一流学科数量排名前列的为材料科学与工程（30个）、化学（25个）、生物学（16个）、数学（14个）、计算机科学与技术（14个）等；第二轮“双一流”建设学科中排名前列的未发生变化，材料科学与工程仍居首位。在材料科学与工程专业，科研与教学长期失衡，存在“重科研、轻教学”的现象，高校材料学科教师重心多放在科研上；同时，工科高校“重科研、轻教学”的现象更普遍［1-6］。因此，在“双一流”建设和新工科背景下，材料科学与工程专业如何利用科研反哺教学，完善高水平科研支撑拔尖创新人才培养的机制，以及实现高校人才培养目标，是亟须探讨的教学改革问题。

一、科研反哺教学的意义

近年来，随着科学技术的快速发展，新工科领域不断涌现出新技术和新理念，带来了前所未有的机遇和挑战。因此，教育界亟须探索适应新工科发展的教学模式，以使学生能够适应现代社会的需求。“双一流”建设高校中包括清华大学、北京大学在内的30所高校将材料科学与工程作为“双一流”建设学科，基于中国知网检索“科研反哺教学”主题，图1、图2分别给出了该检索条件下论文发表量分布趋势、主要主题分布和次要主题分布。基于科研反哺的教学改革得到广泛关注，发表的教改成果发文量近乎呈线性增长（见图1），排名靠前的主题（见图2（a））依次为：科研反哺教学、反哺教学、教学改革、教学中的应用、本科生、高职院校、实践探索等；相应排名靠前的次要主题（见图2（b））依次为：科研反哺、教学改革、科研与教学、教学与科研、反哺教学、本科生、人才培养等。

目前，高等教育教学方法仍是以教师为主体的“满堂灌”教学模式为主，大部分情况下学生处于被动接受状态，难以调动学生的主观能动性，学生对课程的兴趣较弱，同时材料类课程授课内容基础性知识点较多，传统的课本知识点应用的案例前沿性不足。新形势下，学生知识的更新、信息的获取、知识的生产模式、知识的功能和边界都在变化，对于课程中引入的传统课程例子和案例，很多信息学生已经掌握，因此学生对教学案例的选择提出了新的更高的要求；传统教学模式更注重理论的灌输，导致培养的学生不能将理论知识与应用实践相结合，评价体系较为传统，导致学生不能熟练地应用所学的材料科学理论知识分析和解决工程实践中的具体问题［7-8］。此外，第四次工业革命浪潮（包括先进材料、人工智能、增材制造、机器学习、ChatGPT、智能制造等领域）催动多学科知识、跨领域科技的深度融合，对新时代培养什么样的人才提出了更高的要求。因此，在新工科背景下，课程改革势在必行。新时代“研究型教学”模式得到广泛关注，促进教学与研究有机结合，使学生尤其是本科生有机会参与研究工作，接触科技前沿，探索未知世界，高校必须在教学创新上下功夫，建立新机制。

二、科研反哺教学的实践方法

结合文献调研及课题组多年教学工作经验，基于科研反哺教学的实践方法和措施主要包括以下内容。

（一）科研成果融入课堂教学

将最新科研成果（科技论文、专利、科研项目等）融入课堂教学，让学生直接感受科学研究的魅力和价值。教师可以通过讲述科研经过、展示实验数据、分析科研结果等方式将科研成果与课堂教学相结合［7-8］。在科研成果融入教学的过程中，对教师提出了更高的要求，需要在传统课本知识点的基础上，将教学内容更新与提高，优选最新科研成果与课堂知识点进行整合，梳理教案并完善案例，这需要教师不断更新和提高教学内容。将科研成果融入课堂教学能有效提高教学效果，可以更好地贴近学生的实际需求，提高学生的学习兴趣。

（二）学生参与科研项目

鼓励学生参与科研项目，让他们直接参与科学研究，增强学生的实践能力和创新精神。教师可以提供科研指导和帮助，让学生能够顺利完成科研项目。在本科生中实行“导师制”，让学生提前接触科研项目，在项目研究过程中发现问题，探索解决问题的途径，最终解决问题，依托项目培养学生的综合能力［9-10］。

（三）翻转课堂与科研成果展示课

结合课程内容设计翻转课堂，将重点基于讨论课以翻转课堂的形式开展教学，告别传统单一的教授模式；开展科研成果展示课，让学生能够了解和学习最新的科学研究成果。教师可以邀请与课程内容相关的专家学者介绍最新的科学研究，或者将学生的科研成果展示给全校师生。将问题留给学生，一方面可以将科研成果深层次与知识点进行有效结合，加深学生对课上内容的理解；另一方面可以培养学生主动学习、表达和团队协作等方面的能力，优化考核模式。

（四）科研实践教学活动

组织科研实践教学活动，使学生能够直接体验科学研究的过程和乐趣。教师可以组织实验课、模拟课、科技展览等多种形式的科研实践教学活动，让学生能够更直观地感受科学研究的内涵。科研反哺教学注重学生实践能力的培养，通过科研实践教学活动既可以提高学生的实践能力，又可以使学生掌握更多的实际应用技能［10］。

总的来说，科研反哺教学的实践方法多样，但是教师需要根据学生的特点和课程内容，合理选择实践方法，使科研反哺教学的实施更加顺利和有效。高校也应该意识到在开展科研反哺教学的过程中，需要软硬件建设、教师能力培养、经费支撑等多方面条件，才能有望实现课程改革建设［3-6］。

高校科研方面的提升与教学能力的提升关系复杂，具有较多的不确定性。而笔者发现科研实力的提升，能有效提升教学质量，进而提供了一种以科技文献为核心弥合教学与科研失衡问题的教学改革思路。前期实践表明，设计以科技文献案例为核心的教学模式，有助于学生有效掌握材料类课程理论知识［3］。但笔者在教学改革执行过程中发现，针对课堂讲授培养模式进行改革难以满足新时代学生创新能力培养的需求、传统教学内容难以满足新型复合型人才培养目标、“填鸭式”教学方法难以匹配创新能力培养、传统科教融合难以促进新工科对人才培养提出的新的更高的要求等问题，仅仅依靠教师进行课程设计（科研成果融入课堂教学、学生参与科研项目、翻转课堂与科研成果展示课、科研实践教学活动）远远不够，还需要在学校政策引领、持续性更新教材教案及课程内容、与其他教学改革措施协同、强化教学实验条件保障等方面进一步优化设计。现代高校应为发展新质生产力提供基础性支撑，而科学研究是高校的重要职能，同时它必须服务于教学工作，为教学高质量提升奠定基础。教学偏向于言传，科研偏向于身教，两者相辅相成，共同促进新时代人才培养，通过科研反哺教学弥合科研与教学的失衡，充分发挥两者各自的优势，共同促进，实现高水平科研与高质量教学协同发展。

三、科研反哺教学的实践案例

本文选择材料科学与工程中的“材料制备技术”课程进行科研反哺教学改革措施案例探讨。以粉末冶金技术为例，使学生深刻理解并牢固掌握了先进金属材料制备技术部分的知识点。

调研最近几年关于粉末冶金技术的文献［11-16］，最终优选出发表在SCI期刊——Materials Today Communications［11］和Nature communication［12］上的文献为主要案例。这两篇科技文献案例与粉末冶金技术高度契合，同时代表了最新科技文献粉末冶金技术方面的前沿进展。借助科学研究方面的科技文献案例，能使学生进一步理解雾化法制粉、粉末冶金的定义、工艺流程（粉末制备、成型、烧结技术）、影响因素、性能评价（XRD、SEM、TEM、硬度、力学性能）、粉末冶金技术特点等，此外，案例还涉及雾化法制粉、放电等离子烧结技术（SPS）等，能加深学生对本课程雾化法制备粉体和放电等离子烧结技术的理解，将知识点串联起来。

教师团队优选相关的制备技术（粉末冶金）英文科技文献案例信息和阅读资料［11-16］，整理学生课前需要阅读的文献与精选的案例资料上传到智慧树、雨课堂，或者QQ群、微信群组中；进一步丰富案例信息，设计案例资源，优选确定课程教学过程中使用的案例（见图3（a）、图3（b））。图3（a）展示了粉末冶金技术制备铜铬镁合金的流程图［11］，涉及的知识点包括：粉末冶金技术、雾化法制粉、放电等离子烧结；图3（b）展示了粉末冶金技术制备3D石墨烯/铜金属复合材料的流程图［12］，涉及的知识点包括：粉末冶金技术、金属基复合材料、纳米材料制备、热压技术。文献案例［12］既可以强化粉末冶金课程内容知识点，还可以强化学习课程涉及的纳米材料制备（石墨烯制备）和热压技术知识点。

上述优选的文献案例［11-12］除了可以作为课程教学过程中的素材外，还可以丰富科学素养相关的课程思政内容建设，助力全面提升人才培养质量和用于过程和期末课程考核素材。此外，相关文献案例库建设可以借助名师及相关领域专家和国际合作力量，定期更新优化，助力科研与教学互补，以及课程内容持续设计、教学方法持续更新、评价方式持续优化等。

结语

综上所述，将科技文献作为案例的科研反哺教学方法，对于新工科背景下的教学有着重要的意义。它不仅可以帮助学生更好地理解科学研究的内涵，提高科学素养，也可以增强学生的科研能力和创新精神。因此，科研反哺教学应该得到更多的重视和实施。在实际教学过程中，教师须根据学生的特点和课程内容，合理选择科研反哺教学的实践方法，使科研反哺教学的实施更加顺利和有效，同时，主管部门和学校应提供相应的经费支撑，做好相应的保障，以学生为中心多维度协同优化改革。未来，科研反哺教学将在新工科教育中发挥更加重要的作用，期待能够在未来的教学实践中看到更多关于科研反哺教学的有益探究。