课程思政元素融入《材料化学》教学中的探索与实践

杨艳华，王宝玲，高树林，王建飞，李湘广

(昆明学院 化学化工学院，云南 昆明 650214)

“课程思政”是高校以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，以习近平总书记关于教育工作的重要论述为根本遵循，落实立德树人根本任务的重要举措，是构建德智体美劳全面培养的教育体系和高水平人才体系的有效切入，也是完善全员全程全方位“三全育人”的重要抓手[1].大学教育通过构建系统的学科知识框架，在培养学生科学的研究思维、健全的人生观和世界观等方面，有至关重要的作用.将思政元素融入大学课程教学中，实现思想政治教育与化学学科知识体系的有机统一，既有利于构建大学教育的全方位育人体系，也体现了高校思政教育隐形化、融合性的思路[2].

材料化学是一门从化学学科角度研究材料结构与性能、理论与方法、材料实际应用与发展前景，提升学生素质教育和开拓学科视野的学科基础选修课.本课程开设于大学二年级上学期，对昆明学院化学专业的学生来说，已具备无机化学学科基础知识，与有机化学和分析化学进行同向教学，不仅有利于各基础课程间知识的穿插讲解，也有利于学生将所学知识融会贯通.虽然只有16学时，但根据我们已有的教学改革经验和课程思政教学设计思路[3-4]，在有限的课程教学时间内，不仅可在学科基础课间起到承上启下、充分调动学生学习积极性的作用，而且课程思政元素的融入在提升学科素质教育、激发学科自豪感和社会责任感方面有显著促进作用.本文梳理了材料化学教学内容与思政元素的融合点(表1)，从培养学生爱国情怀、学科自豪感、社会责任感和提升学生学科素养等几个方面展现课程思政教育的育人功能.

1 以课程思政元素培养学生爱国情怀

“理想因其远大而为理想，信念因其执着而为信念”，面对新的时代，青年要有更加强烈的家国情怀、更加忠诚的政治品格、更加远大的理想抱负，青年应树立远大理想引领爱国之志、用担当时代责任诠释爱国之情[5].通过列举与课程教学内容相关的中国科学院院士、播放院士采访时讲述的心路历程及介绍研究方向和内容，学习科学家严谨务实的工作态度，增强学习紧迫感，以孜孜不倦地求知问学，筑牢学科基础知识，脚踏实地、勇于奋斗，勇赋时代担当、树立远大理想抱负，继而培养学生爱国情怀.

表1 材料化学教学中的思政元素融合点

例如，在第1章光致变色材料中的超分子材料部分，介绍我国光化学领域的奠基人和超分子化学领域的拓荒人之一——佟振合院士[6].1963年佟院士毕业于中国科学技术大学，并于上世纪70年代末，进入美国哥伦比亚大学光化学领域领导者Turro院士课题组攻读博士学位，毕业后毅然回国，用自身所学报效国家，不仅在光诱导电子转移、能量传递和化学转换等方面取得开创性成果，获得了国家自然科学二等奖，而且，在利用太阳能进行光催化分解水方面也有不俗的成绩.此外，佟院士以独特的学术魅力和个人魅力，在教书育人过程中，注重立德树人，让学生领悟光化学的强大力量和研究意义，培养了许多光化学和超分子化学研究领域的骨干和领军人物.

在第2章荧光材料中的聚集诱导发光时，介绍2017年国家自然科学一等奖获得者、聚集诱导发光的提出者——唐本忠院士[7].1982年，唐院士从华南理工大学毕业后，赴日本京都大学继续深造，在博士期间潜心研究、刻苦学习，为后续的研究打下坚实的基础.在海外从事一段时间的研究工作后，于1994年返回祖国，在香港科技大学继续从事人工发光材料的研究工作.2001年，他在实验室中发现一种奇特的发光现象，并将其命名为聚集态诱导发光效应，即一种分子材料在溶液中几乎不发光，但在聚集态或固态下发光性能显著增强的现象，这是中国科学家原创的新材料体系，在后续的研究中逐渐发现，具有聚集态诱导发光的材料，在光电器件、化学传感器、生物检测、成像诊疗、液晶显示器和有机发光二极管等诸多领域具备巨大应用潜力，引起国际科技界的广泛关注，聚集诱导发光被认为是支撑未来纳米光学革命的4大纳米材料之一.面对荣誉，唐本忠曾说：“国家对科学技术非常重视，作为个人，在这个时代里就是沧海一粟，但是你也可以做点事情，争取在有生之年能够给国家、给人民做点有意义的事情.”

很多科技工作者与佟振合院士和唐本忠院士一样，都有海外研究经历，但他们并没有留恋国外的优渥条件，而是选择回国，用所学知识报效国家，在祖国基础研究领域呕心沥血，不仅推动了本土科技产业的发展，而且也为我国在诸多领域赶超国际水平打下人才和技术基础.当代大学生就应该学习这样的科学家精神，学习他们“繁霜尽是心头血，洒向千峰秋叶丹”的忠贞不渝的报国之心，学好专业知识，学以致用，为祖国的繁荣昌盛贡献自己的力量.

2 以课程思政元素培养学生学科自豪感和社会责任感

习近平总书记指出：大学生要关心国家、关心人民、关心世界，学会担当社会责任[8].增强新时代大学生的社会责任感不仅是党和国家立德树人的基本要求，也是大学生思想政治教育的重要目标和根本任务[9].材料化学作为化学专业选修课程，在教学过程中引入中国企业在高科技领域的研发故事，可以培养学生的学科自豪感和社会责任感.

在第1章光致变色材料中的高分子材料部分，可引入福耀集团生产的汽车玻璃技术及发展情况.汽车玻璃使用的调光膜也称聚合物分散液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal，简称PDLC)，这种膜可在透明与非透明状态间变化.在生产工艺中，将玻璃与PDLC膜制造成夹心结构，通过电压调节PDLC膜液晶材料的有序/无序排列，起到调节光线通过的作用[10].上世纪80年代初，福建商人曹德旺发现国内汽配市场上，日本进口的汽车玻璃每块售价为 1 000～2 000 元人民币，这对于改革开放初期的中国人来说是一笔巨款，这一痛点激发了曹德旺要做中国人自己的汽车玻璃的想法，并在1987年成立了福耀玻璃工业集团股份有限公司.经过多年的努力和技术攻关，福耀集团改变了中国汽车玻璃完全依赖进口的局面，如今的福耀集团已成为国内第一、世界第四的汽车玻璃生产制造商，在国际汽车玻璃配套市场，也得到了世界8大汽车厂商的认证.福耀汽车变色玻璃属于电致变色材料，可作为光致变色材料的知识的延伸，介绍给学生，进一步拓展学科知识面.

在第4章高科技新材料中的信息存储材料部分，可介绍我国信息存储芯片领域的进展情况.2018年至今由美国掀起的中美贸易争端中，在高科技领域对中兴和华为围堵与封杀的新闻层出不穷.在手机操作系统中，华为公司经过多年研究与市场分析，在操作系统方面取得重大突破，自主研发的HarmonyOS系统在面对美国禁止出售Android系统时显得无比从容、自信.同时，大数据时代对信息存储芯片在存储容量、效率和安全性方面有着越来越高的要求，芯片的制造主要依赖荷兰的光刻机技术，中国国内市场巨大，芯片的生产是卡脖子工程，“中国芯”已成为国人心中不懈追求的目标.经过多年发展，国内华为、中兴、飞腾、京东方等都在芯片制造领域布局，加速研发.手机、电脑和服务器等系统的内存主要是易失性动态随机存取存储器(dynamic random access memory，简称DRAM)，DRAM国产化一直都是中国高端制造的梦想，2017年紫光国芯自主研发的高性能第4代DRAM存储器通过科技成果评价，填补了我国第4代接口DRAM产品的空白，可助力大数据、云计算和移动终端服务.此外，日常使用的U盘属于非易失性可重写存储器.由此可见，各类存储器已深入我们的日常生活，突破技术壁垒和国外封锁，已成为广大科技工作者的使命和担当.

无论是变色玻璃还是信息存储芯片，都离不开化学学科.传统的存储材料都是以无机硅化合物的半导体为基础，在当前的移动设备逐渐向小型化、便携化和多功能化方向发展背景下，硅基半导体技术面临着理论和物理尺寸的限制，而化学学科在研究新型存储材料方面的优势日益突出.根据最新研究表明，除了传统的无机存储材料，还有一些有机小分子、有机金属配位化合物、聚酰亚胺、聚合物复合材料等，在信息存储领域都具备应用前景.此外，变色玻璃和存储器在使用过程中都会面临使用安全性和使用寿命等问题，从分子角度出发，通过化学合成对材料进行结构修饰，提升材料的使用性能，是化学专业学生未来研究的主攻方向.化学学科离我们生活并不遥远，除了我们日常接触到的化学反应，在高新产业和经济领域，也有着不可替代的作用，职业发展前景光明.

3 以课程思政元素提升学生学科素养

中国学生发展核心素养主要是指学生应具备的、能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力.要以科学性、时代性和民族性为基本原则，以培养“全面发展的人”为核心[11].材料化学在课程讲解中，多以物质的用途为切入点让学生了解物质的性质，因此，在教学过程中可以将一些前沿科学研究成果引入课堂，用浅显易懂的表述使学生理解其研究意义，把握科学性和时代性，潜移默化地提升学生学科素养.

在第1章光致变色超分子材料中，可引入张希院士团队的研究成果———种可杀死肿瘤细胞的光敏剂.治疗肿瘤的临床手段主要有手术(局部治疗)、放射线化疗(早期治疗)和化学药物治疗(较严重或扩散时)等，长期治疗对人体损伤太大，且会产生严重的副作用和耐药性.为了解决这些问题，研究人员在上世纪70年代末提出了光动力疗法(photodynamic therapy，简称PDT)，此种方法主要是光敏剂(photosensitizers，简称PS)在光激发和氧刺激下产生单线态氧(1O2)和其它种类的活性态氧(reactive oxygen species，简称ROS)，通过调节光照时间和照射位置来控制光动力治疗，该方法较为安全和简便.张希院士团队合成了一种光敏剂ProBODIPY-2I[12]，其中含有的苯硼酸频那醇酯部分在ROS存在下被氧化，使得ProBODIPY-2I被激活转化为可高效产生1O2的BODIPY-2I，在光照射下就可杀死肿瘤细胞，如图1(a)所示.研究人员将ProBODIPY-2I分别注入人结肠癌细胞(HCT116)和正常结肠上皮细胞(NCM460)中，ProBODIPY-2I可在活性氧存在下被激发产生强荧光，用细胞成像既可观测.ProBODIPY-2I一旦进入肿瘤细胞HCT116，ProBODIPY-2I可被高浓度的ROS重新激活为BODIPY-2I，并高效产生1O2.用ProBODIPY-2I处理过的HCT16和NCM460细胞在不同时间条件下，均可观测到绿色荧光，但HCT116细胞的荧光强度随时间增加而变强、NCM460的荧光强度随时间变化不大，如图1(b)和(c)所示.研究说明ProBODIPY-2I可在肿瘤细胞中被激活，显示出优异的PDT性能，而在正常细胞中保持惰性，显示低的光毒性，在不牺牲治疗效果的前提下，提升了PDT治疗的安全性和选择性.那么荧光是怎么产生的呢？转接第2章的内容进行讲解.

图1 (a)用于智能光动力疗法的可激活ProBODIPY基光敏剂设计示意图；(b)HCT116在ProBODIPY(5 μmol/L)中，时间分别为0、1、3 h后治疗的共焦显微镜图像(比例尺为50 μmol/L)；(c)NCM460在ProBODIPY(5 μmol/L)中，时间分别为0、1、3 h后治疗的共焦显微镜图像(比例尺为50 μm)

在第3章生物医用材料3大研究领域部分，可以介绍一种具备周围神经组织工程的水凝胶.在临床上，周围神经损伤的间隙大于 5 mm 时就必须植入神经导管形成神经再生的引导通道，否则可致永久残疾.损伤后的修复分2种类型，即自体移植(Autograft)和植入再生导管，其中，自体移植可提升周围神经再生效率，是目前临床使用的最佳方式，但需要进行2次手术且可提供的神经数量有限，因此，研究人员将目光转向了导管材料的开发.前期研究结果显示，含有氨基多糖的甲壳素具备优异的生物相容性和生物降解性，可经加工后作为组织工程支架和神经再生导管.在此基础上，研究人员制备了一种新型的壳聚糖基神经导管水凝胶(chitosan-based nerver-guide hydrogel conduit，CNHC)，将其植入有缺损10 mm长坐骨神经的实验鼠体内，如图2(a)所示[13].90 d 后，将实验病情稳定的(stable disease，SD)大鼠置于干净的工作台上自由行走，观察其与自体移植大鼠的行为，结果显示：CNHC组的大鼠在站立时表现出与自体移植相似的爪子独立运动状态，如图2(b)和(c)所示，说明CNHC的功能恢复与自体移植相当.坐骨功能指数、电生理分析、再生神经组织学评估、免疫力学分析和腓肠肌组织学测量等综合结果分析显示，CNHC能促进细胞增殖、支持细胞粘附、具有很强的引导轴突通道内生长的能力，是一种安全、有效的周围神经再生候选材料.

图2 (a)CNHC修复SD大鼠10 mm坐骨神经损伤的手术过程；(b)自体移植组合SD大鼠的代表性站立图；(c)老鼠行走时在纸上留下的代表性脚印

将当代科学研究前沿与教学内容相结合，不仅可以提升学生参与本科科研实验的积极性、拓展实验思维、进一步培养科学探究与创新意识的学科核心素养，而且体现了教师对学生传授知识的显性教育与润物细无声的隐形思政教育的深度融合[14].

4 教学评价与交流

课程思政教学效果考核，是课程思政建设的一大难点，考核的关键是考查学生是否实现“知行合一”，考核学生使用思政理念考虑和解决的能力[15].因此，采用带有思政教育要求的案例分析报告，让学生撰写课程教学中感兴趣的6～8个课程思政元素，并自由选择其中一个为实例，展开具体、详实的阐述.

本课程为专业选修课，考核方式为“考查”，一章内容结束后，运用学习通进行基础知识测试，成绩占比40%，部分考核结果如图3所示.课程结束后，由6～8名同学组成一个小组，撰写课程思政元素探析内容，此作业包含课程基本信息、团队成员分工情况、对实施课程思政教学的总体概况感受、课程思政元素教学中的兴趣点、课外延伸、课程特色与创新、课程实施过程中的意见及建议等内容，此作业成绩占比60%，部分学生完成作业情况如图4所示.

图3 学习通设置部分作业答题情况

图4 课程思政元素探析作业部分内容

课程以基础知识+化学家主要贡献/科学研究前沿/生产生活的关系等形式呈现给学生，在掌握知识的同时，潜移默化地培养学生家国情怀、创新精神和社会责任感.从“学习通”作业的完成情况看，学生较熟练的掌握了讲授的基础知识，并具备知识迁移和分析问题的基本能力.从课程思政元素探析作业的完成情况看，学生都积极参与到各栏目的撰写中，成员间分工明确，完成质量较好，具备团队协作能力.通过课后作业，学生对与课程内容相关的科学家精神、中国企业面临的挑战和科学研究前沿有了更加深刻的认识，实现了知识传授与思想教育的统一.同时，该作业形式还训练了学生文献检索、阅读和方案撰写等能力，为后续课程学习和毕业论文撰写以及大学生创新创业项目申报等提供基础.

5 结语

在传授课程知识的基础上，引导学生将所学到的知识和技能转化为内在德行和素养，注重将学生个人成长与社会进步、国家发展结合起来，有助于帮助学生在创造社会价值过程中明确自身价值和社会定位，进一步提升和改善专业学科的育人成效[16].教学实践表明，虽然材料化学课程课时较少，但通过深挖提炼专业知识中蕴含的思政元素、合理地拓展专业知识的深度和广度，在培养学生的思想道德品质、拓宽学生学科视野、树立正确的人生观和价值观方面有积极的促进作用.