林業(yè)高校的材料與化工專業(yè)課程建設(shè)與實踐

談繼淮，張雄飛

（南京林業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，南京 210037）

材料是現(xiàn)代社會發(fā)展的基石，是人類文明的物質(zhì)基礎(chǔ)，是一個國家綜合國力和科技水平快速發(fā)展的先鋒。材料發(fā)展水平的高低已經(jīng)成為衡量一個國家國力強弱的標準之一，大力發(fā)展高端新材料已成為世界大國的發(fā)展共識。中國是材料產(chǎn)業(yè)大國，金屬材料、建筑和高分子等材料的產(chǎn)量與消費量均居全球首位；然而，我國材料領(lǐng)域仍存在資源利用率低、能耗高、污染嚴重、新興材料創(chuàng)新能力不足和高層次專業(yè)人才緊缺等突出問題。在此背景下，國務(wù)院學(xué)位委員會聯(lián)合教育部增開了基于材料和化學(xué)工程雙學(xué)科交叉的材料與化工專業(yè)碩士學(xué)科[1]，旨在通過增強研究生的創(chuàng)新實踐能力、培養(yǎng)專業(yè)人才隊伍，推動現(xiàn)有材料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級。然而，高?，F(xiàn)有材料與化工專業(yè)的核心課程多是建立在“石油化工”基礎(chǔ)上[2]，滯后于國家“雙碳”發(fā)展戰(zhàn)略提出的綠色發(fā)展之路。如何建立契合于國家“雙碳”戰(zhàn)略部署，培養(yǎng)“雙碳”目標的高質(zhì)量人才是材料與化工專業(yè)核心課程改革的重要研究方向。

相較于其他高校，“雙碳”戰(zhàn)略背景下林業(yè)高校材料與化工專業(yè)碩士學(xué)科的課程建設(shè)更具獨特優(yōu)勢。首先，林業(yè)高校在辦學(xué)的歷程中，對天然產(chǎn)物尤其是林業(yè)特色生物質(zhì)材料（如纖維素、木質(zhì)素、非食用木本油脂等）從培育到利用都具有深刻的理論知識儲備和良好的利用能力。此外，由于林業(yè)高校的“雙一流”學(xué)科往往都是以林業(yè)資源為基礎(chǔ)，這更有利于生物質(zhì)材料專業(yè)的發(fā)展。林業(yè)高校在材料與化工專業(yè)的建設(shè)過程中仍存在授課內(nèi)容過于寬泛[3]，沒有自己的特色或側(cè)重點；專業(yè)發(fā)展滯后無法緊跟國家政策的步伐或時代發(fā)展趨勢；課程理論知識傳授與實際應(yīng)用嚴重脫節(jié)等問題，這嚴重制約了林業(yè)高校在“雙碳”目標下培養(yǎng)高質(zhì)量人才的能力。

基于上述問題，文中首先從國家和社會發(fā)展要求方面闡述材料與化工專業(yè)建設(shè)的必要性，其次以作者所在林業(yè)高?！暇┝謽I(yè)大學(xué)為例，舉例說明林業(yè)高校在材料與化工專業(yè)碩士學(xué)科建設(shè)方面存在的問題，并針對這些問題提出了解決方案，旨在為建設(shè)林業(yè)高校特色的材料與化工專業(yè)課程建設(shè)添磚加瓦。

1. 材料與化工專業(yè)建設(shè)的必要性

1.1 我國材料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級的必然要求

中國是材料制造大國，但我國材料產(chǎn)業(yè)主要以石油化工等傳統(tǒng)材料化工為主，且技術(shù)水平不高、生產(chǎn)過程存在“能耗大”、“污染重”等問題[4]。推動材料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級、突破關(guān)鍵材料的核心制備技術(shù)從而實現(xiàn)材料行業(yè)的高速、可持續(xù)發(fā)展，已成為我國經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的必然要求。推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級的關(guān)鍵在于擁有專業(yè)的高層次人才，因此通過材料與化工專業(yè)的學(xué)科建設(shè)，培養(yǎng)更多的專業(yè)技術(shù)人才是材料化工行業(yè)升級轉(zhuǎn)型的必然要求。

1.2 國家“雙碳”戰(zhàn)略對材料化工專業(yè)建設(shè)提出更高要求

“碳達峰”、“碳中和”的“雙碳”戰(zhàn)略是事關(guān)中華民族永續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類命運共同體的重大戰(zhàn)略決策，既體現(xiàn)了我國實現(xiàn)綠色、可持續(xù)發(fā)展的決心，又充分彰顯了中國言必信、行必果的大國擔(dān)當(dāng)?！半p碳”戰(zhàn)略的實行不可能是一蹴而就，需要平衡國民經(jīng)濟增長和環(huán)境保護之間的協(xié)同關(guān)系。材料化工產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟的重要組成部分，掌握材料化工核心制備技術(shù)特別是生物質(zhì)材料的核心制備技術(shù)既是國民經(jīng)濟快速發(fā)展的保障[5]，同時也是實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標的重要手段。當(dāng)前我國材料與化工的發(fā)展尤其是生物質(zhì)材料化工的發(fā)展遠落后于發(fā)達國家，尚不能滿足國家戰(zhàn)略需求。在此背景下，材料與化工專業(yè)朝著生物質(zhì)材料的開發(fā)利用方向進行轉(zhuǎn)型已是勢在必行。高等林業(yè)院校作為生物質(zhì)材料研究的主力軍，構(gòu)建能滿足國家戰(zhàn)略需求的生物質(zhì)材料課程體系已是迫在眉睫。

1.3 課程高質(zhì)量建設(shè)和學(xué)生就業(yè)的迫切需求

課程質(zhì)量的好壞不僅關(guān)乎學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更直接影響學(xué)生最終的就業(yè)情況。當(dāng)前，材料與化工專業(yè)的課程設(shè)置和授課方式主要建立在教師的講授上，這樣容易形成“剃頭挑子一頭熱”，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣大打折扣，很容易將課程變成“水課”。消滅“水課”、建設(shè)“金課”逐漸成為高等學(xué)校乃至社會的普遍共識，林業(yè)高校肩負推動落實國家“雙碳”政策和“生態(tài)文明”建設(shè)的雙重使命，更應(yīng)該落實好材料與化工專業(yè)課程建設(shè)，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，為社會和國家提供更多的專業(yè)性人才[6]。

此外，為推動節(jié)能減排、實現(xiàn)綠色發(fā)展，許多新材料企業(yè)都注重生物基材料和環(huán)保型材料的研發(fā)[7]，因此，在企業(yè)招聘過程中，更偏好于擁有生物質(zhì)材料研發(fā)經(jīng)歷的學(xué)生，故而加強材料與化工特別是生物質(zhì)材料專業(yè)的建設(shè)是實現(xiàn)學(xué)生在這類企業(yè)快速就業(yè)的內(nèi)在要求。

2 林業(yè)高校材料與化工專業(yè)建設(shè)過程存在的問題

2.1 課程內(nèi)容未聚焦林業(yè)高校學(xué)科特色

以作者所在高校南京林業(yè)大學(xué)的材料與化工專業(yè)碩士學(xué)科為例，學(xué)生必須課程包括：高等有機化學(xué)、精細有機合成、工業(yè)催化、合成樹脂、有機化合物色譜分析等，專業(yè)授課范圍較為寬泛且有重復(fù)，未能體現(xiàn)林業(yè)高校的學(xué)科特色。課程內(nèi)容設(shè)置上缺乏材料與化工專業(yè)前沿動態(tài)的課程內(nèi)容，不利于培養(yǎng)學(xué)生前瞻性思維。

2.2 課程發(fā)展與雙一流學(xué)科建設(shè)結(jié)合度不高

“雙一流”學(xué)科建設(shè)是中華民族偉大復(fù)興的基礎(chǔ)工程，南京林業(yè)大學(xué)是國家首批“雙一流”學(xué)科建設(shè)高校，其中林業(yè)工程為我校一流學(xué)科。目前，我校的材料與化工專業(yè)的碩士學(xué)科建設(shè)并未及時與我校特色學(xué)科林業(yè)工程相結(jié)合，缺少契合度更好的教學(xué)大綱和專項發(fā)展基金，導(dǎo)致學(xué)科發(fā)展滯后和專業(yè)性師資人才缺失，高層次材料與化工專業(yè)的人才培養(yǎng)能力有待于進一步加強。

2.3 課程建設(shè)與企業(yè)實踐緊密度不高

林業(yè)高校的材料與化工專業(yè)在建設(shè)過程中，往往注重于基礎(chǔ)性研究，很大程度上忽視了實踐教學(xué)平臺的建設(shè)以及企業(yè)實踐應(yīng)用[8]，學(xué)生的研究課題和方向與企業(yè)需求呈現(xiàn)“脫節(jié)”現(xiàn)象，不可避免地影響了學(xué)生的就業(yè)問題。同時，還會導(dǎo)致林業(yè)高校的材料與化工專業(yè)在社會上的認可度不高，影響該專業(yè)的后續(xù)發(fā)展。

3 課程建設(shè)的舉措

3.1 開設(shè)具有林業(yè)高校特色的材料與化工專業(yè)課程

為了更好地契合我校一流學(xué)科林業(yè)工程，促進材料與化工專業(yè)朝著生物質(zhì)材料和碳捕捉回收方向發(fā)展，建議除了材料與化工專業(yè)的基礎(chǔ)課程外，開設(shè)生物質(zhì)能源與材料，生物質(zhì)材料化學(xué)制備技術(shù)，生物質(zhì)材料轉(zhuǎn)化技術(shù)前沿和二氧化碳回收及應(yīng)用技術(shù)等4門課程，如圖1 所示。生物質(zhì)能源與材料主要介紹生物質(zhì)材料制備的原料來源，屬于材料與化工專業(yè)的基礎(chǔ)課程；而生物質(zhì)材料化學(xué)制備技術(shù)則是從化學(xué)原理角度闡釋從生物質(zhì)原料如何轉(zhuǎn)換為現(xiàn)代社會賴以生存的材料；基于這兩門課程的重要性，應(yīng)設(shè)置為研究生課程的必修課程。相比較而言，生物質(zhì)材料轉(zhuǎn)化技術(shù)前沿主要介紹生物質(zhì)材料轉(zhuǎn)化技術(shù)的研究現(xiàn)狀、技術(shù)進展和推廣應(yīng)用等，更強調(diào)生物質(zhì)材料的前沿技術(shù)動態(tài)[9-10]，旨在為學(xué)生提供生物質(zhì)材料前沿技術(shù)發(fā)展的概況；而二氧化碳回收及利用技術(shù)則是為了呼應(yīng)國家“雙碳”發(fā)展戰(zhàn)略，主要介紹二氧化碳捕捉、回收和應(yīng)用的新技術(shù)、新方法，旨在為學(xué)生提供二氧化碳回收及利用的前沿技術(shù)發(fā)展概況；這兩門課程應(yīng)設(shè)置為研究生的選修課程。

圖1 林業(yè)高校材料與化工專業(yè)特色課程開設(shè)Fig.1 Setting up characteristic courses for materials and chemical engineering in forestry university

3.2 采用先進教學(xué)方式

在課程建設(shè)的過程中，應(yīng)將課堂知識講授和學(xué)生匯報、課下師生互動、課后創(chuàng)新思考三個維度結(jié)合起來，形成一套先進的教學(xué)體系，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更好地引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮自己的主觀能動性和創(chuàng)造性。

3.3 建立“產(chǎn)學(xué)融合”的特色教學(xué)模式

材料與化工專業(yè)在教學(xué)過程中既要體現(xiàn)林業(yè)高校的自身優(yōu)勢學(xué)科，又要實現(xiàn)材料工程與化學(xué)工程的交叉融合，形成林業(yè)高校特有的教學(xué)內(nèi)容[11]。此外，為了更好地契合企業(yè)實際需求，材料與化工專業(yè)建設(shè)的承擔(dān)單位還應(yīng)該在上述課程體系上加強與先進企業(yè)的合作，形成一套特色的產(chǎn)學(xué)融合教學(xué)模式，如圖2 所示。這樣既做到了課程知識的學(xué)習(xí)，又實現(xiàn)了理論知識與實際應(yīng)用的接軌。例如，一些重點必修課的教學(xué)目標必須統(tǒng)一，學(xué)生掌握必修科目的理論知識；學(xué)院與生物質(zhì)材料領(lǐng)域高、精、尖企業(yè)開展合作，學(xué)院或?qū)煘閷W(xué)生定制培養(yǎng)方案，派遣學(xué)生前往具有研究生工作站、博士后工作站等實踐基地的企業(yè)實習(xí)。

圖2 產(chǎn)學(xué)融合特色教學(xué)模式Fig.2 Characteristic teaching mode of integration of industry and learning

在企業(yè)實習(xí)的過程當(dāng)屬實踐課程，企業(yè)應(yīng)聘請具有較高科研水平和產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗豐富的企業(yè)人員作為學(xué)生的校外導(dǎo)師、挑選擁有與課程內(nèi)容相匹配的科研設(shè)備和科研條件、能夠滿足學(xué)生日?？蒲泄ぷ骱蜕畹膶嵙?xí)場所[12]。在企業(yè)學(xué)習(xí)工作的過程中，學(xué)生應(yīng)該兼顧理論和時間相結(jié)合。因此，課程內(nèi)容首先須體現(xiàn)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，在此基礎(chǔ)上增加實際操作的過程，使學(xué)生在理解理論知識的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生解決材料制備過程中存在的系列問題，激發(fā)學(xué)生的科研和實踐興趣。以日常所見的油墨連接料——二聚酸聚酰胺為例，企業(yè)導(dǎo)師首先應(yīng)介紹二聚酸聚酰胺是什么，以及合成二聚酸聚酰胺的原料來源（植物油）；再從化學(xué)原料角度闡釋聚酰胺的實驗室小試制備過程及合成過程中需要注意的工藝參數(shù)、根據(jù)工藝參數(shù)，確定適宜的工藝條件；然后根據(jù)工程經(jīng)驗介紹二聚酸聚酰胺在工業(yè)放大過程中可能存在的一系列工程問題及相關(guān)的解決方案；最后介紹二聚酸聚酰胺在實際應(yīng)用過程中需要注意的一些操作事項以及生產(chǎn)工藝符合國家“雙碳”戰(zhàn)略目標的原因，讓學(xué)生從原料來源到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用都有一個清晰的認識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，還應(yīng)該注重學(xué)生的動手能力，通過前期的講解，讓學(xué)生分組進行小試實驗，并完成油墨配方設(shè)計。最后，企業(yè)導(dǎo)師應(yīng)根據(jù)自己的工作經(jīng)驗有意識地將學(xué)科交叉知識傳授給學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生利用交叉學(xué)科解決工業(yè)化過程中存在的問題[13]。

4 培養(yǎng)材料與化工專業(yè)“雙創(chuàng)”人才

4.1 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的重要性

“創(chuàng)新是第一生產(chǎn)力”在歷史經(jīng)驗和社會發(fā)展過程中得到了充分驗證。只有力爭創(chuàng)新走在世界前列，牢牢把握住核心技術(shù)，才能保證中國的高質(zhì)量發(fā)展不受制于人，因此，在“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”的社會背景之下，高等林業(yè)院校材料與化工專業(yè)應(yīng)肩負起為社會培養(yǎng)創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)“雙創(chuàng)”型人才的責(zé)任。創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力的提升對于大學(xué)生個人的發(fā)展和社會企業(yè)的發(fā)展乃至整個國家的繁榮昌盛都有積極意義[14]。

4.2 重視科技創(chuàng)新競賽

科技創(chuàng)新競賽是學(xué)生培養(yǎng)方案中重要的開放性實踐環(huán)節(jié)[15]。林業(yè)高校材料與化工專業(yè)的學(xué)生亦是如此，高校積極鼓勵學(xué)生參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)社會實踐，是創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)教育的集中體現(xiàn)，應(yīng)該得到重視。為此，南京林業(yè)大學(xué)應(yīng)高度重視并鼓勵我校材料與化工專業(yè)師生，積極參加“互聯(lián)網(wǎng)+”等創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)大賽；由導(dǎo)師帶隊、學(xué)生組隊，在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)過程中，通過學(xué)生積極實踐和共同協(xié)作等方式熟悉企業(yè)的日常運行，為學(xué)生畢業(yè)后的成功創(chuàng)業(yè)打下堅實基礎(chǔ)。此外，創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)比賽還有利于拓寬學(xué)生思維，將生物質(zhì)材料方面取得的理論成果應(yīng)用于實踐，不僅可以滿足國家和社會需要，還可以助力于我校的“雙一流”學(xué)科建設(shè)。

5 結(jié)語

通過對林業(yè)高?，F(xiàn)有材料與化工專業(yè)課程建設(shè)過程中存在的問題進行剖析，提出了體現(xiàn)林業(yè)高校特色課程和產(chǎn)教融合相結(jié)合的林業(yè)高校特色教學(xué)模式，使林業(yè)高校的材料與化工專業(yè)更加契合于國家“雙碳”和“產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級”的雙重戰(zhàn)略；此外，改革后的材料與化工專業(yè)與林業(yè)高校的“雙一流”學(xué)科聯(lián)系更加緊密，可依托“雙一流”學(xué)科建設(shè)平臺，使學(xué)生在學(xué)習(xí)課程中能接觸到最先進的思想理念與科學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生在科研上的獨立性和自主性，使學(xué)生成長為國家和社會發(fā)展需要的高素質(zhì)專業(yè)性人才。