功能材料领域研究生多学科交叉融合培养探索与实践

李小燕 梁金生 郝琳 田光燕

摘  要：面向高质量的资源保障和人民群众的美好生态环境需要，积极探索新时代功能材料领域研究生的培养模式，向社会输送大批具有家国情怀、多学科交叉融合、能解决重大问题的创新人才显得尤为重要。通过将思想政治工作贯穿教育全过程，树立材料学科自信，实现“立鸿鹄志、做奋斗者”的价值塑造；强化矿物资源、环境、材料等多学科交叉，以及科教、产教融合，实现“人才培养链”与“科研创新链”双链合一；以重点科研项目为载体，引领研究生全程实践，提高科研综合素质；着重培养学生的创新精神、创新能力、实践能力，全力培养学术创新精英和产业创新领袖，形成多学科交叉融合培养功能材料领域研究生的模式。该培养模式已经取得良好的人才培育效果。

关键词：矿物资源；环境；材料学科；功能材料；学科交叉；创新人才；创新能力

中图分类号：C961        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）09-0042-04

Abstract： In order to meet the need of high quality resource guarantee and the beautiful ecological environment of the people， it is particularly important to actively explore the cultivation mode of graduate students in the field of functional materials in the new era， and to provide a large number of innovative talents with patriotism， interdisciplinary integration， and the ability to solve major problems to the society. By penetrating ideological-political work throughout the entire process of education and establishing confidence in the materials science discipline， the value of 'setting lofty aspirations and becoming a striver' is molded. By strengthening the interdiscipline of mineral resources， environment， materials and other disciplines， as well as the integration of science and education and the integration of industry and education， the dual chain of talent cultivation chain' and 'scientific research innovation chain' is combined. By taking key scientific research projects as carriers and leading graduate students to practice throughout the whole process， their comprehensive scientific research quality is improved. Focusing on the cultivation of innovative spirit， innovative ability and practical ability， a model of interdisciplinary integration and training of graduate students in the field of functional materials is formed to deliver academic innovation elites and industrial innovation leaders. This model has achieved good talent cultivation results.

Keywords： mineral resources; environment; materials science discipline; functional materials; interdiscipline; innovative talents; innovation ability

近年來在习近平生态文明思想引领下，“绿水青山就是金山银山”理念日益深入人心，全社会保护生态环境的合力逐步形成，但生态环境保护结构性、根源性、趋势性压力总体上尚未根本缓解。2023年3月全国政协十四届一次会议增设了“环境资源”界别，这是全国政协自1993年增设“经济”界别以来，首次增加新的界别，表明环境资源高效利用越来越受到关注。

材料产业是国民经济建设、社会进步、国防安全的物质基础和先导[1]。面对资源日渐匮乏、能源渐趋短缺、环境问题日趋严峻等全球普遍关注的热点问题，强调材料与矿物资源、环境协调统一，大力推进材料的生态化进程已经成为未来发展的重中之重[2-3]。以非金属矿物功能化、资源循环、高效利用为标志的生态环境功能材料正在逐渐成为新材料、节能环保及资源循环利用等新兴产业发展的新增长点[4-5]。

2020年交叉学科成为第14个学科门类，意味着学科交叉融合发展的时代正式到来[6]。矿物资源、环境与材料等多学科交叉融合建立功能材料领域新学科是材料学科发展的新趋势。

一  矿物资源、环境与材料多学科交叉融合培养功能材料领域研究生教育存在的主要问题

目前，我国已有一些高校在矿物资源、环境与材料等多学科交叉领域培养功能材料研究生，并取得了一定的成效。目前人才培养中存在的问题主要包括以下内容。

（一）  重学术培养，轻思政育人

现阶段课程思政教育实践主要集中在本科阶段，研究生思政教育的广度和深度还存在差距[7-8]。2020年9月，教育部等部门联合发布了《关于加快新时代研究生教育改革发展的意见》，明确提出要加强思想政治工作，健全“三全育人”机制，提升研究生思想政治教育水平。矿物资源、环境与材料多学科交叉融合发展背景下，研究生思想多元化、价值观现实、对未来发展迷茫等方面较一些热门学科领域的研究生更为突出。当前研究生培养过程中，重视专业知识传授与科研能力培养，但没有把人才价值引领放到同样重要的位置。具体表现在专业课程中蕴含的思政元素挖掘不充分，研究生导师发挥思政教育的作用不够，研究生对研究领域的认识有偏差，学位论文研究过程中学生的使命感不强等方面。

（二）  重专业知识，轻交叉融合

材料学科侧重材料成分、结构、性能之间关系的研究及材料零部件使役性研究，對材料生产、使用、废弃全过程对环境、生态及人体健康影响规律关注不多。环境科学与工程学科侧重人类与环境的相互作用关系研究，更加关注水、气、固等污染源的治理。矿业工程学科侧重采、选、冶过程的高效化和低成本，对于生产过程产生的“三废”资源化利用、循环利用关注较少。这些学科建设过程中，学科之间内在联系考虑少、学科交叉不深入，这就导致了矿物资源、环境与材料多学科交叉融合人才培养过程中，现有课程体系明显滞后于新发展需求，前沿科研成果转化为教学资源能力弱，对人才的创新思维和创新能力提升作用不强。另一方面，面对日趋强化的资源环境约束，产教融合程度低，材料领域创新人才培养与解决重大科技问题、实际产业问题的需求脱节。

（三）  重基础研究，轻工程实践

作为一门实践性很强的学科，把所学知识通过实践活动得以应用，是材料学科人才培养过程中的重要环节。国家层面实施材料领域的重大工程和重点专项，从前沿基础、重大共性关键技术到工程应用示范进行全链条设计，一体化组织实施，目的是使材料领域的基础前沿研发活动具有更明确的需求导向和产业化方向，即科研项目是科学研究的主要载体，工程实践是科学研究的落地目标。目前高校师资普遍偏重学术型，与学术型人才与专业型人才培养并重的格局有偏差；培养过程中重理论轻实践、重学术轻应用等情况使得研究生缺乏系统的科研项目和工程实践锻炼[9]，人才培养与产业需求脱节；研究生发现真问题、解决大难题、定义新命题的实践创新能力有待进一步提升。

二  矿物资源、环境与材料多学科交叉融合培养功能材料领域研究生的模式与实践

河北工业大学材料科学与工程学院（以下简称“学院”）下设材料物理与化学国家重点学科，是建设“国家双一流学科”的依托学科，并建有生态环境与信息特种功能材料教育部重点实验室和固废资源利用与生态发展创新中心（工信部与河北省人民政府共建）等研究平台。近年来学院一直在积极探索学科交叉融合背景下新时代材料领域创新人才培养模式。

（一）  固本培元，强化思政教育融入新时代材料领域研究生教育，树立学科自信，实现“立鸿鹄志、做奋斗者”的价值塑造，提升创新精神

1  全面落实立德树人根本任务，树立学科自信，创新人才培养理念

聚焦学生这个中心，牢记为党育人、为国育才初心使命，把立德放在人才培养的首位，真正培养出对国家、对社会、对人民有用的人才。使学生认清生态资源环境与经济发展之间互为唇齿、互为表里的关系，推进资源循环利用、能源安全供给、生态环境保护，以及积极稳妥推进实现“碳达峰、碳中和”对于国家高质量发展和人类生存的迫切性和重要性，从而树立投身新时代生态文明建设的伟大抱负。立足资源环境与材料产业国家重大需求，将教育教学、科学研究、产业需求等优势相融合，突出研究生创新精神、创新能力、实践能力的培养，全力培养学术创新精英和产业创新领袖。

2  弘扬和传承科学家精神，实现“立鸿鹄志、做奋斗者”的价值塑造

科学家精神的内涵是丰富的，包括胸怀祖国、服务人民的爱国精神，勇攀高峰、敢为人先的创新精神，追求真理、严谨治学的求实精神，淡泊名利、潜心研究的奉献精神，集智攻关、团结协作的协同精神。老一辈科学家，如纳米材料专家严东生院士、工业生态学专家陆钟武院士、矿物加工专家陈清如院士等，为矿物资源、环境与材料类研究生的培养提供了生动案例，使学生理解材料在国家重大战略中发挥的重要作用，增强学生的使命感。结合研究生的年龄特点与所处时代，讲述包括哈尔滨工业大学黄陆军、武汉理工大学尤雅在内的青年科学家故事，引导学生追科技之星，产生奋斗正青春、榜样在身边的共鸣，激发内生动力，树立永攀科技高峰的使命感，进一步促进科学家精神这一宝贵精神财富在青年一代中的传承。

3  强化思政教育融入课程教学、融入学位论文研究全过程

立足矿物资源、环境及材料三个学科交叉融合的专业视野、理论、方法，研究专业课中蕴含的思政元素，将专业课教育与新材料强国、科学家精神培育融合，真正解决思政教育与专业教育脱节、“两张皮”的问题。例如， 通过向学生介绍全球碳排放方案中碳配额分配对包括中国在内的发展中国家并不公平， “碳达峰、碳中和”是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体；同时也要让学生认识到科技创新对实现“碳达峰、碳中和”目标的关键支撑作用，号召研究生参与到低碳零碳负碳的科学研究与技术开发行动中来。这些不仅是当下学术界热议的话题，而且是与众多研究生的研究课题紧密相关的问题，能够引起学生的关注。通过在教学和科研活动中培养学生的奋斗精神、赶超精神，在研究生培养各阶段实现思政教学内容的全覆盖。

（二）  交叉融合，创新“学科交叉—科教融合—产教融合”的培养模式，实现了“人才培养链”与“科研创新链”双链合一，提升创新能力

1  健全学科交叉融合的专业理论课程体系和建设交叉学科的科研育人平台

鉴于学院生态环境功能材料的培养特色，按照学科内在联系自然延伸，突出材料与资源、环境、经济等多学科的交叉与融合，新建资源循环科学与工程进展、产品质量监督与标准化、材料科技创新与成果等学科交叉课程，让学生理解资源能源、环境与材料生产使用过程的相互关系，掌握材料的环境协调性评价基本概念和方法，能够解决生态环境功能材料研究开发的若干前沿问题。另一方面，河北工业大学建成生态环境与信息特种功能材料教育部重点实验室、固废资源利用与生态发展创新中心等学科交叉科研创新平台，为解决影响京津冀生态和环境安全的大宗工业废弃物的资源化开发利用贡献力量，协助有关部门制定相关产业发展的鼓励政策，推进技术经济、产业政策、商业模式的协同创新。

2  优选教师科学研究成果，建立工程案例库和数字化教学资源集

优选团队在非金属功能材料、环境矿物材料、固废循环利用相关理论及技术和发展模式等方面的研究成果，建立生态环境与信息特种功能材料工程案例库等课程；形成新的教学资源“京津冀污染物产排特征及区域分布”数据集及“环保非金属矿物功能材料制备技术及应用研究”视频集（相关内容均来自两个“十三五”国家重点研发计划项目），实现资源数据库共享，充分发挥科技在反哺教育活动和人才事业中的动力源作用。

3  建立“技术”+“产业、经济、实践、标准化”的“四结合”产学研实践基地

产学研结合实践育人是人才培养的有效途径之一。学院与河北睿索固废工程技术研究院、天津水泥工业设计研究院有限公司、苏州非金属矿工业设计研究院、山东海瓷文化股份有限公司和全国非金属矿产品及制品标准化技术委员会等30余家公司、机构长期合作，建立“技术”+“产业、经济、实践、标准化”的“四结合”科研实践平台，为资源环境与材料领域的学生提供了一个更广阔、更具体、更现实的教育环境，提高研究生科学素养和实践能力。

（三）  项目引领，开展研究生“真题真做”科研全程实践培养工作，强化科研综合素质培养，提升实践能力

针对研究生工程实践不足的问题，安排研究生参加以行业龙头企业牵头、“双一流”大学、研究院所联合承担的国家重点科研项目，或者把产业真需求凝练为研究课题，使研究生从科研工作开始就理解“基础前沿-重大共性关键技术-应用示范”全链条研究开发过程的深刻内涵，跨越材料从研制到应用的鸿沟，积极投身资源循环高效利用的实践和生态文明建设。

1  深化“问题-理论-实践”的“三段式”培养模式

第1阶段，在选题阶段。保证选题科学性和前沿性，避免产生课题研用脱节的问题。第2阶段，在研究生第一学年。掌握解决问题所需的基本理论和具体知识，缩小选课学用脱节的差距。第3阶段，研究生第二、第三学年。通过课题研究开展，实施实践检验，解决研究生科研能力不足、与社会服务脱节的问题。这三个阶段中，选题阶段尤为重要。以行业需求牵引为出发点的科研选题，既可以实现行业贴合，突破其中的应用瓶颈，又可以提升学生的专业理论水平，从而达到“产”为“教”引导研究方向，“教”为“产”服务，提升人才供给端的内容升级，使科研项目和人才培养服从产教融合的基本要求。

2  强化科研成果产出能力培养

科研成果的价值更多地体现在其服务国家和地区经济及社会效益上，要调动研究生导師进行科学研究的积极性，并提高科研项目和科技奖项等方面的产出质量和数量。在此基础上从“理解精神—掌握知识—实践训练”三个层次来强化学生的科研成果产出能力，包括科技论文、知识产权、标准体系、科研诚信和保密安全等方面。通过以上措施，提高研究生产业技术创新综合素质，能够更好地适应未来的工作需求。

3  推动产学研用深度融合和对接交流

交叉和融合赋予了科学研究活力，在我们的培养过程中研究生在学期间必须参加一次重点科研项目报告会、一次材料生产示范企业走访、一次材料应用示范基地调研。通过参加重点科研项目报告会，学生可以拓宽学术视野，也有助于提升学生的合作和交流能力等综合素质；通过材料生产企业走访，系统了解包含原材料预处理、生产工艺装备、质量控制的全过程，从而重视材料生产过程中的资源消耗和环境影响。通过材料应用企业调研，了解材料与产品使用过程中对环境的影响，分析材料回收的可行性与经济性，从而有助于研究生将材料生态设计、绿色工艺开发、清洁生产和资源循环等诸多理论和技术应用到材料与产品的全生命周期中。在这种以工程实践为基础的培养生态下，研究生也很快具有了推进项目的实战能力。

三  矿物资源、环境与材料多学科交叉融合培养功能材料领域研究生的成效

学院在矿物资源、环境与材料多学科交叉创新人才培养过程中，坚持将思想政治工作贯穿教育全过程，坚持“四个面向”，强化学科交叉与科教、产教融合，以重点科研项目为载体，重点培养学生的创新精神、创新能力、实践能力，全力培养学术创新精英和产业创新领袖。截至目前生态环境功能材料特色学科方向，将最新科研成果转化为大学教材4部；主持国家重点研发计划等重点科研项目和课题5项，主持国家标准3项；团队获天津市工人先锋号、河北省先进集体、河北省优秀教学团队；团队成员评为省优秀共产党员、省教学名师、省高端人才。

据统计近些年90%以上在校研究生在国内外知名期刊发表学术论文，近10%派往国际知名高校联合培养，多名学生获省部级科技竞赛奖励、成为科技奖励获奖人或国家标准起草人。例如，4名研究生建立饲料脱霉功能材料产品及测试方法标准化体系，获2021年度全国大学生“挑战杯”河北赛区特等奖；1名研究生参加电气石矿物性能研究，成为GB/T 41760—2022《电气石自发极化性能测试方法》主起草人之一。多名研究生毕业后已经成为矿物资源、环境与材料多学科交叉功能材料领域创新领军人才。

通过十余年的探索与实践，人才培养质量显著提高，教师的教学水平和学术影响力、学科专业平台建设水平等明显增强，实现了高水平科研与创新人才培养一体化发展。成果和育人成效已被河北日报、中国建材报等媒体报道，并应邀在国内外重要会议、学科专业教育论坛、产业发展大会介绍项目经验和做法。

四  结束语

研究生教育是高等教育体系的最高层次，全面提高研究生教育质量是我国高水平人才培养的重中之重。瞄准提高新时代材料领域研究生培养水平和培养质量这一目标，通过全面落实立德树人根本任务，弘扬和传承科学家精神，强化思政教育融入研究生的课程教学与论文研究过程，树立学科自信，实现“立鸿鹄志、做奋斗者”的价值塑造，提升创新精神；通过健全矿物资源、环境与材料多学科交叉融合的专业理论课程体系，强化交叉学科科研育人平台建设，转化教师最新科学研究成果为教学资源及建立“四结合”产学研实践基地，创新了“学科交叉—科教融合—产教融合”的培养模式，实现了“人才培养链”与“科研创新链”双链合一，提升创新能力；以实际项目为载体，开展研究生“真题真做”科研全程实践培养工作，强化科研综合素质培养，提升实践能力。总之，通过学院和老师的共同努力，实现了专业知识传授、科研能力培养与人才价值引领的有效融合，为生态文明和美丽中国建设、保障资源安全供给、材料强国战略实施储备了人才资源，为社会输送了更多具有创新精神、创新能力、实践能力的研究生人才。

参考文献：

[1] 谢曼，干勇，王慧.面向2035的新材料强国战略研究[J].中国工程科学，2020，22（5）：1-9.

[2] 梁金生，王菲.生态环境功能材料[M].北京：化学工业出版社，2023：4.

[3] 骆丽杰，林春富，陈拥军.生态环境材料课程教学改革探索[J].教育教学论坛，2017（40）：124-126.

[4] 孙剑锋，张红，梁金生，等.生态环境功能材料领域的研究进展及学科发展展望[J].材料导报（A），2021，35（13）：13075-13084.

[5] 梁金生，王亚平.交叉学科背景下特种功能材料领域复合型创新人才培养模式的探索与实践[J].大学，2023（5）：1-5.

[6] 郭连杰，陈虹.学部制对交叉学科发展的作用研究——以北京工业大学材料与制造学部为例[J].教育教学论坛，2023（7）：13-16.

[7] 张龙杰，王诚成.研究生课程思政教育的探索与实践[J].高教学刊，2023，9（24）：173-176.

[8] 于耀光，张小雨，都娟娟.功能材料研究生课程融合思政教育的探索[J].化工高等教育，2023，40（2）：53-57.

[9] 王建穩.产教融合视角下研究生培养模式改革与实践[J].北京教育（高教），2023（9）：82-84.