“以研促

摘 要：“以研促教，以教促研”是相辅相成、不可分割的，它是评价我国高校教师是否具有一流教学能力的重要标准。本文结合“材料科学基础”本科教学中的实践案例，阐述开展“以教促研”和“以研促教”的必要性和实施效果。以期为正在探究如何做好“教研相长”的高校教师提供一定的指导与参考。

关键词：材料科学基础;以研促教;以教促研;教研相长

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2024）09-0102-04

习近平总书记多次强调教师队伍建设在我国教育事业发展中的重要地位，明确了新时代教师队伍立教兴教的时代使命[1]。当前社会经济和科技的迅猛发展，对能够引领科技创新的新工科人才的需求日益增加，这迫切要求高校教师具备一流的科研水平和一流的教学能力，切实做到“双一流”的科教高效融合，这样才能形成“以学生为中心、以培养学生自主学习和体验式创新能力为目标”的教育教学新模式。面对教育理念的不断发展，我国的教学改革也在持续改进。多种新型教学模式相继被提出并应用于本科教学活动中，且大多已取得了良好的效果。然而，高校在教学改革中对教学与科研相互关系的关注度依然不足。目前，我国高校主要以科研成果作为教师业绩考核的重要指标，导致大部分高校教师出现重科研而轻教学的现象，这严重破坏了教学与科研之间的平衡，最终难以保障本科教学质量[2，3]。因此，关于如何正确处理教学与科研之间的关系，如何开展“以研促教，以教促研”教学模式等问题的思考与探索，对推进我国高校教学改革的顺利进行具有重要意义。

1 科研与教学之间的关系

长期从事科研工作的高校教师，不仅需要掌握学科发展的最新动向，提升自己的专业理论水平，而且还要学会利用自身的实践经验，建立科研与教学之间的关联，使教师的前沿科研资源能够有效服务于人才培养。因此，教师应不断寻找科研在教学中的切入点，将相关的科研成果引入课堂教学，培养学生理论联系实际的能力，激发学生的课堂学习热情，最终实现科研反哺教学，提升课堂教学质量。

长期从事教学工作的高校教师，具有扎实的理论知识和丰富的教学经验，但由于他们普遍缺乏科研经历，难以让学生更好地将理论知识与实践探索进行有机融合。倘若这些高校教师能够敏锐地将教科书中的基本概念、基础理论与科学研究相结合，从中汲取科学问题，则可以进一步提升其科研创新能力，积累更多的科研实践经验。最终将这些科研成果带入课堂教学、课外科研活动和本科毕业设计等教学实践环节，真正做到“教研相长”。因此，高校教师应辩证地看待教学与科研之间的关系，二者需要协同推进、教研相长，切不可厚此薄彼。

2 “以研促教，以教促研”理念下的教学实践探析

所谓“教研相长”是指课堂教学和科学研究的相互促进、协同发展。能否做好“以研促教，以教促研”已成为评价我国高校教师是否具有一流教学能力的重要标准。然而，近年来相关学者在传统教学实践的基础上着重强调了“以研促教”的作用[4，5]，却忽略了“以教促研”的重要性。因此，只有做好“以教促研”才能更好地实现“以研促教”。

针对这一现状，本文将详细阐述“以教促研”和“以研促教”是相辅相成、不可分割的。通俗来讲，“教研相长”不仅需要高校教师将自己现有的科研资源融入课堂教学和实践教学来提升学生对理论知识的理解（以研促教），更重要的是要具有识变求变的能力，能够将教科书中的基本概念和基本理论有效地融入科学研究，以此汲取科学问题，使自身的科研成果再上新台阶（以教促研），并将科研所取得的新成果再次融入教学实践环节（以研促教），最终形成教学与科研的良性循环。本文以“材料科学基础”的课堂教学为例，就“以研促教，以教促研”的实践探索进行分析与论述。

“材料科学基础”是材料科学与工程各专业的学科专业基础课程，是材料科学领域研究材料的成分、组织结构、制备工艺与材料性能之间相互关系的基础理论。内容包括：原子结构与键合、固体结构、晶体缺陷、固体中原子及分子的运动、材料的形变和再结晶、单组元相图及纯晶体的凝固、二元系相图及其合金的凝固、三元相图等八部分。该课程能够为大材料类专业课程学习、生产实习、毕业设计等教学环节提供专业基础知识支撑，同时也是数学、物理、化学等自然科学知识学习向专业课学习转化的过渡衔接。更重要的是，该课程是材料类专业学生首选的研究生入学考试专业课初试科目，也是研究人员开展前沿科学研究的基础理论参考。该课程具有概念术语多、原理规律多、公式计算题多、涉及相关学科多等特点，进而导致课程理论性强、知识点抽象，因而在枯燥的课堂环境中一味地对学生进行理论知识传递，不仅难以激发其主动学习热情，未能培养其主动学习习惯，反而容易使学生产生疲倦感和厌学情绪。同时，结合在“材料物化综合实验”“毕业设计”“材料现代分析方法”等后续课程的教学反馈发现，学生普遍存在“不会利用理论知识解决实际问题”的现象，即理论与实践难以有效衔接。

总结近年来的课程教学，当前“材料科学基础”课程主要存在的问题是现行教材内容缺少先进性和前沿性案例。主要表现在重要知识点内容抽象，晦涩难懂，且内容仍不完善，缺少相关前沿知识补充，导致学生的视野和学习热情受限。材料按其使用性能可以分为结构材料和功能材料，现行教材的知识点主要是介绍金属结构材料相关基础理论以及对其力学和基本物理性质的影响规律，然而相同知识点对功能材料的扩展与示例几乎为零，导致学生形成了“只知其一，不知其二”的思维和认知。例如，学生通过教材仅知道位错、孪晶、点缺陷等晶体缺陷影响材料的力学性能，但并不知道它们对材料的光电化学性质的影响规律。特别是对材料物理、材料化学、新能源材料与器件专业的学生而言，他们涉及的材料体系主要为功能材料，而现行教材在这方面明显呈现出教学内容不完整的问题。

如何解决这一问题以及如何贯彻长久以来所倡导的“以本为本，教研相长”的教育教学理念已成为追求一流教学的动力源泉。下面以晶面指数的标定为实例，探讨“以研促教”的教学理念实践;以位错和孪晶等晶体缺陷对功能材料性能的影响为实例，探讨“以教促研”的科研理念实践。

2.1 以研促教，提升学生理论与实践相结合的能力

作为固体结构研究的重要概念[6]，晶面指数是揭示材料各向异性和晶面效应的重要参数。如何确定晶面指数，特别是材料实际微观结构的晶面指数，对阐明晶面与使用性能的相关性而言至关重要。同时，它也是材料学专业学生必备的重要技能。然而，在长期的本科生和研究生的培养过程中（包括本科毕设、研究生数据分析和研究生论文评阅）发现，绝大多数材料学专业的学生难以独立完成材料微观结构（扫描电镜或透射电镜等拍摄的微观颗粒）晶面指数的标定。究其原因是现行教科书中关于晶面指数的确定方法和示例普遍停留在理论层面，而在实践过程中如何运用这些概念和方法来完成晶面指数的确定，教科书中并未列举。例如立方体、八面体和十二面体，初学者是可以通过教材中晶面指数的确定方法来标定晶面指数的，但晶体实际微观结构的几何特征较为丰富、相对复杂，仅仅依靠教材中的基础理论，若不加以知识扩展和示例引导，初学者难以独立完成复杂几何形貌晶面指数的标定。

为了打破教材的局限，使初学者能够顺利完成各种实际微观结构晶面指数的标定，本文将前期的一些研究成果引入课堂教学。首先以二十六面体氧化亚铜晶体为实例[7，8]，为学生解析了如何结合教科书中的基础理论（包括晶面指数确定方法和晶面夹角公式）来标定实际多面体晶体的晶面指数。随后运用数学模型，为学生揭示了这种二十六面体的演变过程（立方体→十四面体→十八面体→二十六面体→五十面体）和晶面指数的变化规律。并结合课题组关于多面体氧化亚铜晶体光催化性能的研究结果，为学生分析不同晶面具有各异的原子排列，正是这些原子排列的差异性导致光催化性能具有明显的晶面指数依赖效应。通过上述讨论与分析，不仅使学生理解了如何确定实际晶体的晶面指数、标定晶面指数的意义、晶面指数与性能之间的构效关系，而且还引导学生主动探究如何才能实现氧化亚铜晶体的几何形貌调控，以及几何形貌的形成机理。这种宏观（红色氧化亚铜粉末）→微观（不同多面体形貌）→晶面效应的实际案例分析是目前教材中所未提及的，它让学生目睹了材料的微观结构，切身体会了不同晶面指数引起的奇异效应。将这部分内容融入课堂教学，有利于学生更好地理解基础理论知识并运用其解决实际问题，实现了科研反哺教学，引发了学生的科研兴趣，提升了学生理论与实践相结合的能力。

结合前期的科研结果，为了使学生能够更加系统地理解晶面指数的标定方法、基础理论和注意事项，完善学生的晶面指数基础理论和解决实际问题的能力，撰写发表了题为“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”的综述论文[9]，切实做到了“科研促进教学”。

以上案例是探索“科研反哺教学”过程中的一个重要实践，它在活跃课堂氛围的同时，明显提升了学生的学习积极性和科研兴趣。多人在课后主动要求进入课题组进行科研训练和毕业设计，并参加大学生创新创业训练计划等科研活动，实现了“以研促教”的目的。这种教学理念将改善传统教学存在的弊端，有利于实现理论与实践的相互结合，同时还可延伸到其他学科领域并为一线教学工作者提供一定的实践参考。

2.2 以教促研，提升教师的科研创新能力

位错和孪晶是材料科学中的核心概念[6]，在《材料科学基础》教科书中，这两个概念的引入和实例分析主要围绕金属材料的力学性能来展开。经典晶体缺陷理论表明：材料内部一定数量位错或孪晶的存在能够有效改善材料的力学性能。例如，中科院沈阳金属研究所卢柯院士团队在《Science》杂志上发文报道，构建纳米孪晶可以同时提高金属铜的强度和导电性[10]。浙江大学余倩团队在《Nature》杂志上发文报道，调控合金成分促使位错线发生交滑移可以同时提高高熵合金的强度和韧性[11]。除力学性能外，材料的物理化学性能对其实际应用也是至关重要的。令人遗憾的是，现行教科书中并未提及位错或孪晶对材料光、电、热、磁和催化等物理化学性能的影响规律，这不利于学生全面理解材料的“构效关系”。于科研工作者而言，若从该角度入手科学研究，不仅可以探索新的研究方向，而且能够运用以此取得的科研成果来弥补教科书中的缺陷与不足，进而丰富基础理论。鉴于此，目前已将含有位错和孪晶的功能材料作为课题组的主要科研方向，先后开发出含有刃型位错的金属氧化物和含有孪晶的金属硫化物。研究发现，孪晶沿孪晶界具有对称且高度有序的原子排列，这不仅可促进单晶光催化剂中光生电子—空穴对的运输，而且可形成内建电场进而加速光生电子—穴对的有效分离。因此，含有纳米孪晶的硫化铜的光催化性能明显优于不含纳米孪晶的硫化铜。近期，基于孪晶与光催化性能的相关性，在《Catalysis Science & Technology》杂志上发表了题为“Twin engineering of photocatalysts： A minireview”的综述论文[12]，切实做到了“教学促进科研”。

在此基础上，将这些研究成果及时引入课堂教学实践环节，不仅改变了学生对位错和孪晶作用的常规认识，实现了对位错和孪晶在材料科学研究中的多维认知，更重要的是能培养学生树立“知识交叉、普遍联系”的科学思维以及“勇于创新”的科研精神。将其他基础理论与科学前沿融入课堂教学，例如界面位向与介观晶体、表/界面能与密度泛函理论计算、相图与新型高熵合金设计、位错理论与金属材料的强韧化、形核/生长理论与同步辐射观测、扩散理论与异质金属连接等，这些案例的融入实现了功能材料与结构材料基础理论的交叉融合，进一步完善了学生的知识构架以及理论与实践相结合的能力。

综上所述，将教科书中的传统概念或基础理论与科学研究相结合，从中凝练科学问题，并运用现代科研手段来解决这些问题以弥补教科书的不足，这是完善学科基础理论的又一实践成果。这种“以教促研”的理念将为追求一流教学能力的高校教师提供新的思路，并为其探索新的科学研究方向提供理论参考。

2.3 心得体会

教学不仅仅是传授教科书中的理论知识，更重要的是启发学生如何将理论运用到实践当中，从而对理论知识产生更深的认识，最终做到举一反三、融会贯通，实现理论与实践相结合，进而培养学生的主动学习习惯、自主创新能力和终身学习能力。立足我国“以本为本”的教育教学建设总体目标，发挥高校作为教书育人与科学研究的基本职能，要求新时代的高校教师要重新定位“教研相长”这一教学理念，开创适合于高素质人才培养的创新教学模式。一流的人才培养需要一流的高校教师，若要全面提升高校教师自身的教学与科研素质，必须做到“以教促研”和“以研促教”，两手都要抓，两手都要硬。希望本文的教学实践探索与科研经验能够为正在探究如何做好“教研相长”的高校教师提供一定的指导与参考，最终促进教学与科研之间的良性互补、双赢互利。

3 结束语

教育是立国之本，它不仅是国家发展的力量源泉，更是中国特色社会主义事业和中华民族屹立于世界民族之林的根本保障。教育兴，则民族兴。只有拥有大量“教研”兼备的老师，才能培养出具有深厚专业素养、善于终身学习、善于思辨的高素质人才。因此，从事一线教育的高校教师要主动担起重任，把握好教育事业的发展方向，坚持“以本为本，教研相长”的教育教学理念，努力做好“教学与科研”之间的双赢互利，用一生的坚守，为我国教育事业的发展贡献自己的力量。

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