現(xiàn)代材料儀器分析課程教學(xué)改革探索

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摘要：針對(duì)現(xiàn)代儀器分析課程教學(xué)中存在的問題，本著培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才為目標(biāo)，從教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化、教師素質(zhì)的提高、教學(xué)方法的改進(jìn)、實(shí)踐教學(xué)的強(qiáng)化等四個(gè)方面，對(duì)材料儀器分析的教學(xué)進(jìn)行了一些初步改革探索，以達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生綜合素質(zhì)的目的，培養(yǎng)具有扎實(shí)理論基礎(chǔ)的應(yīng)用型人才。

關(guān)鍵詞：材料;儀器分析;教學(xué);改革

中圖分類號(hào)：G642? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

現(xiàn)代材料科學(xué)的發(fā)展很大程度上依賴于對(duì)材料性能、成分結(jié)構(gòu)以及微觀組織的理解，而且材料學(xué)的發(fā)展很大程度上依賴于表征技術(shù)的水平。材料儀器分析課程是化學(xué)化工類、材料科學(xué)類等理工科大學(xué)本科生的必修課程，也是理工本科生學(xué)習(xí)專業(yè)理論，掌握研究手段，進(jìn)行論文寫作的重要基礎(chǔ)課程?，F(xiàn)代儀器分析技術(shù)具有很強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，在化工、材料、冶金、環(huán)保、醫(yī)藥、食品、輕工等行業(yè)中均有著廣泛的應(yīng)用。做好材料儀器分析課程的教學(xué)，對(duì)提高學(xué)生綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力具有重要的意義。

因此，面向材料與化工相關(guān)專業(yè)的本科生，材料儀器分析課程教學(xué)質(zhì)量的提高尤為重要。由于材料儀器分析是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，既可以能提供分析測(cè)試數(shù)據(jù)，培養(yǎng)分析檢測(cè)能力的基礎(chǔ)，又可以從原始數(shù)據(jù)中最大程度獲取物質(zhì)信息，解決其中的關(guān)鍵科學(xué)問題，最終培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)。學(xué)好現(xiàn)代儀器分析課程是培養(yǎng)材料學(xué)相關(guān)領(lǐng)域人才的基礎(chǔ)，而課程教學(xué)改革需要進(jìn)行持續(xù)的實(shí)踐摸索。如何安排現(xiàn)代儀器分析的教學(xué)內(nèi)容、運(yùn)用合適的教學(xué)設(shè)計(jì)與方法，建設(shè)合理的教師隊(duì)伍梯隊(duì)，可以讓學(xué)生即打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，又能夠培養(yǎng)實(shí)踐運(yùn)用的能力，同時(shí)激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，成為材料儀器分析教學(xué)改革的重要目標(biāo)方向。最近幾年，我們?cè)诓牧蟽x器分析教學(xué)中進(jìn)行了多種教學(xué)改革的嘗試，切實(shí)提高了課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的綜合素質(zhì)。主要在以下幾方面進(jìn)行了探索：

1 教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

材料儀器分析課程是在學(xué)習(xí)常規(guī)儀器分析、分析化學(xué)課程的基礎(chǔ)上，進(jìn)而學(xué)習(xí)的一門課程，教學(xué)內(nèi)容涉及的專業(yè)面廣，理論性和實(shí)踐性強(qiáng)。同時(shí)，課程內(nèi)容與儀器分析知識(shí)點(diǎn)有部分重復(fù)現(xiàn)象。此外，材料分析儀器的市場(chǎng)決定這一應(yīng)用學(xué)科處于動(dòng)態(tài)高速發(fā)展之中，它的理論與技術(shù)只是相對(duì)先進(jìn)。但是，現(xiàn)有教科書因?yàn)闀r(shí)效性，經(jīng)常與儀器分析的發(fā)展情況有非常大的出入。目前關(guān)于材料儀器分析課程的教科書較少，目前的儀器分析的教材大多數(shù)對(duì)于近幾年儀器的發(fā)展更新并未有記錄，所以就要求教師盡力去了解各種儀器分析應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)態(tài)，不能拘泥于現(xiàn)有教材，要補(bǔ)充和更新內(nèi)容，把現(xiàn)代儀器分析的各種新的理論和技術(shù)、以及新進(jìn)展詳略得當(dāng)?shù)捏w現(xiàn)在教學(xué)中，進(jìn)一步拓展學(xué)生視野，啟發(fā)學(xué)生思維，提高學(xué)習(xí)興趣。

目前我們?cè)趥鹘y(tǒng)儀器分析的波譜分析（紅外光譜、紫外可見光譜、核磁共振、質(zhì)譜）的基礎(chǔ)上，對(duì)于材料儀器分析的課程內(nèi)容主要集中在X射線衍射分析技術(shù)、電子顯微技術(shù)（掃描電子顯微鏡、透射電鏡透射電子顯微鏡）、X射線光電子能譜儀、X 射線能譜儀、差熱分析、熱重分析及差示掃描量熱分析等現(xiàn)代材料儀器分析技術(shù)，重點(diǎn)突出，主要側(cè)重材料分析，對(duì)于材料類、化工類專業(yè)如高分子材料與科學(xué)、材料科學(xué)與工程、應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程與工藝等專業(yè)比較適用。此外，結(jié)合學(xué)院實(shí)際情況，更加注重與專業(yè)的結(jié)合，設(shè)立了開放的教學(xué)大綱。一方面為了進(jìn)一步拓寬學(xué)生視野，掌握更多的材料儀器分析技術(shù)的知識(shí);另一方面，結(jié)合學(xué)院的具體科研方向，對(duì)于學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)可能用到的表征方法，還應(yīng)該適量增加一些儀器分析的講解。開放性教學(xué)大綱的設(shè)定為培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才打下了良好的基礎(chǔ)，不同的專業(yè)可以依據(jù)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行自由安排，進(jìn)行選擇性學(xué)習(xí)。

2 教師素質(zhì)的提高

以大型精密儀器分析為基礎(chǔ)的分析技術(shù)發(fā)展迅速，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和前沿性。因此，需要教師不斷提高自身的業(yè)務(wù)和知識(shí)能力，根據(jù)出現(xiàn)的新方法和新技術(shù)不斷補(bǔ)充提升，在教學(xué)內(nèi)容上要有意識(shí)的對(duì)儀器分析的最新動(dòng)態(tài)有所反映，以便適應(yīng)發(fā)展要求，培養(yǎng)應(yīng)用型才。而隨著學(xué)科分支的進(jìn)一步細(xì)化，課程的內(nèi)容也在不斷增加和變化，但課時(shí)數(shù)受到了相應(yīng)的削減，由于內(nèi)容增加而更加感到不足，由此增加了掌握課程的難度。如何使學(xué)生在有限的課時(shí)內(nèi)把握核心知識(shí)點(diǎn)，是亟待解決的問題。這對(duì)教師的要求更高，不但要具備理論上的儲(chǔ)備，還要具備實(shí)踐應(yīng)用的基礎(chǔ)。如果教師長(zhǎng)期把課程教學(xué)的內(nèi)容停留在課本上，不能夠進(jìn)行理論聯(lián)系實(shí)際，不但使學(xué)生降低學(xué)習(xí)積極性，也不能適應(yīng)實(shí)際工作的需要。大多數(shù)單位的儀器分析課程由一位教師獨(dú)立教學(xué)授課，然而教師的知識(shí)面相對(duì)有限，對(duì)有的儀器分析技術(shù)理解不透徹，甚至部分設(shè)備沒有接觸過，這樣就難以更有效的傳授給學(xué)生知識(shí)。如果由多名具有不同教育背景和研究方向的教師進(jìn)行授課，專業(yè)知識(shí)達(dá)到互補(bǔ)，可以深入淺出的為學(xué)生講授相對(duì)擅長(zhǎng)的儀器分析技術(shù)。不同的教師在教學(xué)過程中結(jié)合自己的科研方向，列舉更適合的材料儀器分析案例;或者通過設(shè)置儀器分析思考題，促使學(xué)生積極的查閱文獻(xiàn)解決實(shí)際問題，既激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，又加深實(shí)踐知識(shí)的理解。

3 教學(xué)方法的改進(jìn)

材料儀器分析主要針對(duì)大型儀器設(shè)備開設(shè)而的課程，原理比較抽象，涉及面廣，理論性和實(shí)踐性強(qiáng)，學(xué)生比較難理解。此外，各種分析儀器種類繁多，方法原理不盡相同，知識(shí)點(diǎn)散，重點(diǎn)難以深入把握[9]。利用網(wǎng)絡(luò)下載講解儀器原理的動(dòng)畫或日常操作的教學(xué)視頻，邊操作邊教授或邊放視頻邊講解的授課方式，給學(xué)生直接的感官認(rèn)識(shí)。使用多媒體教學(xué)手段，采用文字、圖片、Flash、動(dòng)畫、錄像等多種表達(dá)方式，直觀的呈現(xiàn)復(fù)雜分析技術(shù)的原理和流程，從而從單一、平面轉(zhuǎn)變?yōu)樨S富、立體的教學(xué)方式，具有直觀、生動(dòng)、形象的效果，有助于學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的正確理解和認(rèn)識(shí)，豐富了課堂授課的信息量，提高了教學(xué)效果。但是要注意控制上課節(jié)奏，增加師生互動(dòng)，給學(xué)生留有一定的思考時(shí)間，防止學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)和走馬觀花式教學(xué)。同時(shí)，增加視頻案例教學(xué)、實(shí)驗(yàn)室參觀學(xué)習(xí)等多種靈活多樣的形式。針對(duì)材料儀器分析的熱點(diǎn)問題或最新進(jìn)展，設(shè)置相應(yīng)的專題討論，分組合作并在課堂上分享各自觀點(diǎn)及看法，為學(xué)生提供自由發(fā)揮的平臺(tái)，有效的實(shí)現(xiàn)全面提高學(xué)生查閱文獻(xiàn)、分析及解決問題的能力。另外，每一種儀器分析技術(shù)背后都蘊(yùn)藏著艱辛或有趣的故事，適當(dāng)穿插一些該技術(shù)建立及演變過程中發(fā)生的有趣軼事，或介紹其發(fā)展歷史，可活躍課堂教學(xué)氣氛，增加學(xué)生的熱情。

4 實(shí)踐教學(xué)的強(qiáng)化

材料儀器分析課程主要講授儀器設(shè)備的基本操作方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解析方法。材料儀器分析的課程一般在高年級(jí)開設(shè)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)就可能用到儀器分析技術(shù)，走上工作崗位也可能直接從事相關(guān)工作。因此，對(duì)該課程不應(yīng)只是傳授基本知識(shí)，應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。在構(gòu)建實(shí)踐課程體系時(shí)，主要突出其先進(jìn)性和實(shí)用性。例如對(duì)于數(shù)據(jù)處理與解析方法、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用、標(biāo)定方法等內(nèi)容，通過實(shí)驗(yàn)實(shí)例來講解，特別注重結(jié)合具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容開展教學(xué)，強(qiáng)化結(jié)果分析中“識(shí)圖”與“識(shí)譜”等分析能力的訓(xùn)練。此外，授課中還要加入教師的科研工作，由空泛變得具體，結(jié)合科技文獻(xiàn)的引入，使教學(xué)內(nèi)容緊跟學(xué)術(shù)研究發(fā)展。儀器的操作要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行簡(jiǎn)化，而實(shí)驗(yàn)管理人員因?yàn)楣芾韮x器設(shè)備，操作嫻熟、經(jīng)驗(yàn)豐富，可以對(duì)儀器進(jìn)行深入淺出的分析講解，有利于學(xué)生對(duì)設(shè)備更深的理解和認(rèn)識(shí)。

但在很多的普通高校，大型的高精尖儀器設(shè)備，如電子掃描顯微鏡、電子透射顯微鏡、光電子能譜儀等通常非常缺乏，材料儀器分析內(nèi)容涉及到的儀器是學(xué)校所匱乏的。由于學(xué)校硬件條件的限制，致使許多儀器分析不能實(shí)地進(jìn)行考察操作。在教學(xué)過程中，根據(jù)學(xué)生的情況和興趣，鼓勵(lì)參與教師的科研項(xiàng)目開展課題研究工作。依托現(xiàn)有儀器分析分析技術(shù)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在專業(yè)教師指導(dǎo)下，讓本科生團(tuán)隊(duì)在課余時(shí)間開展實(shí)驗(yàn)進(jìn)而熟悉相關(guān)大型精密儀器設(shè)備。同時(shí)，支持鼓勵(lì)學(xué)生申報(bào)和參與校級(jí)學(xué)生科研項(xiàng)目、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃等科技活動(dòng)，真正提高學(xué)生自身的科研能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，為以后進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)、走上工作崗位奠定良好的研究基礎(chǔ)，這在一定程度上可以彌補(bǔ)學(xué)校教學(xué)硬件條件的不足，是強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)的重要手段之一。

5 結(jié)語

通過對(duì)材料儀器分析課程的教學(xué)工作的問題探討，從教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化、教師素質(zhì)的提高、教學(xué)方法的改進(jìn)、實(shí)踐教學(xué)的強(qiáng)化等四個(gè)方面對(duì)儀器分析課程進(jìn)行了改革探討，以期使授課教師能夠更好的把握重難點(diǎn)、深入淺出的講授，同時(shí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，獲得更好的實(shí)際教學(xué)效果，全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，真正的學(xué)有所用，為更好的就業(yè)和深造奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)，培養(yǎng)出適應(yīng)實(shí)踐需要的應(yīng)用型人才。

參考文獻(xiàn)

[1]李菲，曹秋娥，凌劍，周川華.提升學(xué)生綜合能力為目標(biāo)的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，42 （ S1）：18-20.

[2]郝玉翠.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的儀器分析課程教學(xué)改革[J].廣州化工，2015 （9）：210-211.

[3]劉春香，紀(jì)磊，劉飛.儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)思考與改革[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2018，24（ 10）：164-165.

[4]付翠翠，石文兵.從實(shí)際問題出發(fā)的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].教育教學(xué)論壇，2018（ 25）：111-112.

[5]謝輝，劉建莊，王悅輝.獨(dú)立學(xué)院儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].廣州化工，2018，46（ 12）：150-152.

[6]鄭斌.淺談現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)教學(xué)改革[J].合肥師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2014 （06）：103-105.

[7]李卉卉，張士偉，海錦慧.面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].化學(xué)教育，2015，36（ 16）：40- 43.

[8]張紅艷.網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的現(xiàn)狀及改進(jìn)[J].教育與職業(yè)，2014，（17）：139-140.

[9]賈芳，崔書亞.高等師范院校在線開放課程體系中的儀器分析課程教學(xué)改革初探[J].綿陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，36（11）：63-65.

基金項(xiàng)目：西南林業(yè)大學(xué)校教改項(xiàng)目（YB201925）資助。

作者簡(jiǎn)介：莊長(zhǎng)福，1979-9，男，漢，吉林省白城市，博士研究生，副教授，林產(chǎn)化工。