现代材料仪器分析课程教学改革探索

庄长福　王瑛　王大伟　李云仙　吴春华　张加研

摘要：针对现代仪器分析课程教学中存在的问题，本着培养应用型创新人才为目标，从教学内容的优化、教师素质的提高、教学方法的改进、实践教学的强化等四个方面，对材料仪器分析的教学进行了一些初步改革探索，以达到提高教学质量和学生综合素质的目的，培养具有扎实理论基础的应用型人才。

关键詞：材料;仪器分析;教学;改革

中图分类号：G642  文献标志码：A

现代材料科学的发展很大程度上依赖于对材料性能、成分结构以及微观组织的理解，而且材料学的发展很大程度上依赖于表征技术的水平。材料仪器分析课程是化学化工类、材料科学类等理工科大学本科生的必修课程，也是理工本科生学习专业理论，掌握研究手段，进行论文写作的重要基础课程。现代仪器分析技术具有很强的理论性和实践性，在化工、材料、冶金、环保、医药、食品、轻工等行业中均有着广泛的应用。做好材料仪器分析课程的教学，对提高学生综合素质、培养学生的应用创新能力具有重要的意义。

因此，面向材料与化工相关专业的本科生，材料仪器分析课程教学质量的提高尤为重要。由于材料仪器分析是一门理论与实践相结合的课程，既可以能提供分析测试数据，培养分析检测能力的基础，又可以从原始数据中最大程度获取物质信息，解决其中的关键科学问题，最终培养学生的科研素养。学好现代仪器分析课程是培养材料学相关领域人才的基础，而课程教学改革需要进行持续的实践摸索。如何安排现代仪器分析的教学内容、运用合适的教学设计与方法，建设合理的教师队伍梯队，可以让学生即打下坚实的理论基础，又能够培养实践运用的能力，同时激发他们的学习兴趣，成为材料仪器分析教学改革的重要目标方向。最近几年，我们在材料仪器分析教学中进行了多种教学改革的尝试，切实提高了课程的教学质量和学生的综合素质。主要在以下几方面进行了探索：

1 教学内容的优化

材料仪器分析课程是在学习常规仪器分析、分析化学课程的基础上，进而学习的一门课程，教学内容涉及的专业面广，理论性和实践性强。同时，课程内容与仪器分析知识点有部分重复现象。此外，材料分析仪器的市场决定这一应用学科处于动态高速发展之中，它的理论与技术只是相对先进。但是，现有教科书因为时效性，经常与仪器分析的发展情况有非常大的出入。目前关于材料仪器分析课程的教科书较少，目前的仪器分析的教材大多数对于近几年仪器的发展更新并未有记录，所以就要求教师尽力去了解各种仪器分析应用领域的发展动态，不能拘泥于现有教材，要补充和更新内容，把现代仪器分析的各种新的理论和技术、以及新进展详略得当的体现在教学中，进一步拓展学生视野，启发学生思维，提高学习兴趣。

目前我们在传统仪器分析的波谱分析（红外光谱、紫外可见光谱、核磁共振、质谱）的基础上，对于材料仪器分析的课程内容主要集中在X射线衍射分析技术、电子显微技术（扫描电子显微镜、透射电镜透射电子显微镜）、X射线光电子能谱仪、X 射线能谱仪、差热分析、热重分析及差示扫描量热分析等现代材料仪器分析技术，重点突出，主要侧重材料分析，对于材料类、化工类专业如高分子材料与科学、材料科学与工程、应用化学、化学工程与工艺等专业比较适用。此外，结合学院实际情况，更加注重与专业的结合，设立了开放的教学大纲。一方面为了进一步拓宽学生视野，掌握更多的材料仪器分析技术的知识;另一方面，结合学院的具体科研方向，对于学生在毕业设计时可能用到的表征方法，还应该适量增加一些仪器分析的讲解。开放性教学大纲的设定为培养应用型创新人才打下了良好的基础，不同的专业可以依据教学内容进行自由安排，进行选择性学习。

2 教师素质的提高

以大型精密仪器分析为基础的分析技术发展迅速，具有较强的实践性和前沿性。因此，需要教师不断提高自身的业务和知识能力，根据出现的新方法和新技术不断补充提升，在教学内容上要有意识的对仪器分析的最新动态有所反映，以便适应发展要求，培养应用型才。而随着学科分支的进一步细化，课程的内容也在不断增加和变化，但课时数受到了相应的削减，由于内容增加而更加感到不足，由此增加了掌握课程的难度。如何使学生在有限的课时内把握核心知识点，是亟待解决的问题。这对教师的要求更高，不但要具备理论上的储备，还要具备实践应用的基础。如果教师长期把课程教学的内容停留在课本上，不能够进行理论联系实际，不但使学生降低学习积极性，也不能适应实际工作的需要。大多数单位的仪器分析课程由一位教师独立教学授课，然而教师的知识面相对有限，对有的仪器分析技术理解不透彻，甚至部分设备没有接触过，这样就难以更有效的传授给学生知识。如果由多名具有不同教育背景和研究方向的教师进行授课，专业知识达到互补，可以深入浅出的为学生讲授相对擅长的仪器分析技术。不同的教师在教学过程中结合自己的科研方向，列举更适合的材料仪器分析案例;或者通过设置仪器分析思考题，促使学生积极的查阅文献解决实际问题，既激发学生的学习热情，又加深实践知识的理解。

3 教学方法的改进

材料仪器分析主要针对大型仪器设备开设而的课程，原理比较抽象，涉及面广，理论性和实践性强，学生比较难理解。此外，各种分析仪器种类繁多，方法原理不尽相同，知识点散，重点难以深入把握[9]。利用网络下载讲解仪器原理的动画或日常操作的教学视频，边操作边教授或边放视频边讲解的授课方式，给学生直接的感官认识。使用多媒体教学手段，采用文字、图片、Flash、动画、录像等多种表达方式，直观的呈现复杂分析技术的原理和流程，从而从单一、平面转变为丰富、立体的教学方式，具有直观、生动、形象的效果，有助于学生对教学内容的正确理解和认识，丰富了课堂授课的信息量，提高了教学效果。但是要注意控制上课节奏，增加师生互动，给学生留有一定的思考时间，防止学生被动学习和走马观花式教学。同时，增加视频案例教学、实验室参观学习等多种灵活多样的形式。针对材料仪器分析的热点问题或最新进展，设置相应的专题讨论，分组合作并在课堂上分享各自观点及看法，为学生提供自由发挥的平台，有效的实现全面提高学生查阅文献、分析及解决问题的能力。另外，每一种仪器分析技术背后都蕴藏着艰辛或有趣的故事，适当穿插一些该技术建立及演变过程中发生的有趣轶事，或介绍其发展历史，可活跃课堂教学气氛，增加学生的热情。

4 实践教学的强化

材料仪器分析课程主要讲授仪器设备的基本操作方法和实验结果的解析方法。材料仪器分析的课程一般在高年级开设，在毕业设计就可能用到仪器分析技术，走上工作岗位也可能直接从事相关工作。因此，对该课程不应只是传授基本知识，应着重培养学生的动手操作及实验设计能力。在构建实践课程体系时，主要突出其先进性和实用性。例如对于数据处理与解析方法、数据库应用、标定方法等内容，通过实验实例来讲解，特别注重结合具体的实验内容开展教学，强化结果分析中“识图”与“识谱”等分析能力的训练。此外，授课中还要加入教师的科研工作，由空泛变得具体，结合科技文献的引入，使教学内容紧跟学术研究发展。仪器的操作要根据学生的实际应用需要进行简化，而实验管理人员因为管理仪器设备，操作娴熟、经验丰富，可以对仪器进行深入浅出的分析讲解，有利于学生对设备更深的理解和认识。

但在很多的普通高校，大型的高精尖仪器设备，如电子扫描显微镜、电子透射显微镜、光电子能谱仪等通常非常缺乏，材料仪器分析内容涉及到的仪器是学校所匮乏的。由于学校硬件条件的限制，致使许多仪器分析不能实地进行考察操作。在教学过程中，根据学生的情况和兴趣，鼓励参与教师的科研项目开展课题研究工作。依托现有仪器分析分析技术的实验平台，在专业教师指导下，让本科生团队在课余时间开展实验进而熟悉相关大型精密仪器设备。同时，支持鼓励学生申报和参与校级学生科研项目、大学生创新创业训练计划等科技活动，真正提高学生自身的科研能力，培养学生的科学素养，为以后进行毕业设计、走上工作岗位奠定良好的研究基础，这在一定程度上可以弥补学校教学硬件条件的不足，是强化实践教学的重要手段之一。

5 结语

通过对材料仪器分析课程的教学工作的问题探讨，从教学内容的优化、教师素质的提高、教学方法的改进、实践教学的强化等四个方面对仪器分析课程进行了改革探讨，以期使授课教师能够更好的把握重难点、深入浅出的讲授，同时提高学生的学习积极性，获得更好的实际教学效果，全面提升学生的综合素质，真正的学有所用，为更好的就业和深造奠定扎实的基础，培养出适应实践需要的应用型人才。

参考文献

[1]李菲，曹秋娥，凌剑，周川华.提升学生综合能力为目标的仪器分析实验教学改革[J].云南大学学报（自然科学版），2020，42 （ S1）：18-20.

[2]郝玉翠.基于应用型人才培养的仪器分析课程教学改革[J].广州化工，2015 （9）：210-211.

[3]刘春香，纪磊，刘飞.仪器分析实验教学思考与改革[J].安徽农学通报，2018，24（ 10）：164-165.

[4]付翠翠，石文兵.从实际问题出发的仪器分析实验教学改革[J].教育教学论坛，2018（ 25）：111-112.

[5]谢辉，刘建庄，王悦辉.独立学院仪器分析实验教学改革[J].广州化工，2018，46（ 12）：150-152.

[6]郑斌.浅谈现代分析测试技术教学改革[J].合肥师范学院学报，2014 （06）：103-105.

[7]李卉卉，张士伟，海锦慧.面向应用型人才培养的仪器分析实验教学改革[J].化学教育，2015，36（ 16）：40- 43.

[8]張红艳.网络课程教学的现状及改进[J].教育与职业，2014，（17）：139-140.

[9]贾芳，崔书亚.高等师范院校在线开放课程体系中的仪器分析课程教学改革初探[J].绵阳师范学院学报，2017，36（11）：63-65.

基金项目：西南林业大学校教改项目（YB201925）资助。

作者简介：庄长福，1979-9，男，汉，吉林省白城市，博士研究生，副教授，林产化工。