基于虛擬仿真的“材料分析方法”課程改革探究

任俊鵬 段玉玉 張培衛

摘 要：“材料分析方法”課程是材料科學專業學生的必修課之一，該課程涉及廣泛，實踐性和理論性較強。針對地方院校新辦工科專業大型儀器缺乏，教學時間、空間受限等問題。改革教學模式，在理論教學中，將材料分析的前沿技術引進課程;在實踐教學當中，把虛擬仿真、校企聯合、科研教學有效融合等模式運用到實踐教學中，更好地培養應用型人才，為地方經濟發展服務。

關鍵詞：地方院校;材料分析;虛擬仿真;校企聯合

0 引言

“材料分析方法”課程是針對材料科與工程專業本科大學生開設的專業課，從分析儀器的結構和工作機理為基礎，介紹實驗中分析方法的原理和適用范圍。針對現實生活中的具體實例分析來展開學習，注重培養材料專業學生利用儀器、分析解決實際問題的能力。同時，實驗是鞏固課堂理論知識的重要途徑之一，通過對實際樣品的分析，進一步掌握材料的主要分析方法及基本理論，培養學生從理論到實踐的動手能力及創新能力。隨著教育方式的改革與社會的發展，為服務地方經濟發展，地方院校緊跟社會發展趨勢，紛紛設立工科專業，助力地方經濟發展[1-3]。與傳統工科院校或綜合院校相比，新建工科專業的地方院校，往往存在著資金不足、師資短缺及大型儀器缺乏的現狀，不能更好地培養為地方經濟發展有用的工程實用性人才服務。本文立足于地方院校新建工科專業的基本特征與現狀，以新建材料科學與工程專業為指引，以材料專業重點課程“材料分析方法”課程為研究對象，深入剖析新建工科專業的現狀，尋找解決問題的方法，真正為培養地方積極發展的工程實踐化人才服務。

1 “材料分析方法”課程面臨的現狀

材料科學與工程專業是一門實踐性較強的專業，實驗教學是培養材料學科實踐性人才的重要實踐性環節。在部分新建材料科學與工程專業的地方院校中，往往在開辦實驗教學時存在實驗器材缺乏，時間、空間受限，實踐教學體系不完善等問題，導致無法使得每個學生都有實際操作的機會，尤其在面對突發情況而無法開辦線下教學時，實驗課程更無法開展。大型儀器的占地面積過大，導致部分地方院校尤其是師范類高校應用較少，使得學生們只能以分組的形式進行實驗，這樣使得學生們實踐能力和創新能力得不到發展。大型儀器在各高校的實驗中占有著舉足輕重的地位，它是學校輸出科研前沿技術成果的保證，是培養創新型人才、發展科研的重要工具，也是衡量高校培養人才的重要指標。目前，地方院校只能利用分組的方式向學生展示大型儀器的使用方法和基本理論，使得學生無法親手操作，甚至不能清楚地觀察到實驗的測試過程，難以達到相關實驗的目的和要求。

“材料分析方法”實驗這門課程存在時間、空間以及大型儀器設備限制，不能很好地鍛煉學生的實踐能力，不能很好地培養地方經濟建設所需要的專業性、實用性人才。尤其在為服務地方經濟發展而新建立的材料科學與工程等工科專業，人才培養經驗較為薄弱，尚未具備獨特的個性化人才培養方案。因此在材料科學與工程專業的建設過程中，不能很好地針對地方經濟建設發展需要，對本專業建設現實情況的綜合分析較為簡單，沒有明確地區發展對材料專業人才的多元化需求。在學生實踐能力培養的同時，由于大型儀器缺乏、專業實驗項目限制等問題，不能很好地培養一批被地方經濟發展所服務的實踐性工科人才。因此，急需改革人才培養的實驗環節，建立完善的實驗教學體系。本論文以材料科學與工程主干課程“材料分析方法”實驗為例，探索完善的實驗教學體系，為更好地培養實踐性工程人才提供依據。

2 構建完善的工科實踐教學體系

為了服務地方經濟發展，地方院校紛紛建立工科專業，地方院校新開辦的工科專業存在的實驗儀器缺乏、實踐教學體系不完善、畢業生不被地方企業社會所認可、就業差的問題，嚴重制約新辦工科專業的可持續發展。因此，依托學校自身條件，結合地方經濟發展形勢，創新工科實驗教學體系，培養為地方社會企業所認可的工程應用型人才，實現新辦工科專業的可持續發展是地方院校建立工科專業的最終目標。

2.1? 虛擬仿真技術有效應用

利用虛擬仿真實驗平臺，按照大型儀器分析的基本格局搭建虛擬仿真平臺，完整展現實驗操作過程，解決新建工科院校實驗室大型儀器缺乏的困境，讓每一個學生真正接觸到大型分析儀器的操作流程及操作規范，培養學生實踐操作能力。

虛擬仿真技術可以部分或全面代替高風險、高消耗、高污染以及高成本的實踐環節，從而有效地解決實踐教學資源短缺、時間以及空間受限等一系列問題。尤其在面臨突發性事件，無法開展線下教學時，打破時間、空間的限制，順利完善實踐教學。同時，注重培養學生實踐能力的實習環節。在學生進入企業實習之前，教師就可以利用仿真技術進行在線操作，使學生們從宏觀上了解大型材料科學與工程實驗的具體流程。同時，虛擬仿真實驗教學讓學生們在高度仿真的環境中安全高效地開展實驗，不僅可以節約大量的時間與經費，更避免了在實際操作過程當中可能存在的危險，還有效地幫助學生培養了創新能力與實踐能力。

2.2? 科研項目有效融入實踐教學

材料科學與工程專業以材料性能研究為基礎，綜合培養具備解決材料性能問題的工程應用化人才。“材料分析方法”這門課程作為材料科學與工程專業的主干課程，培養學生實際分析材料成分、性能的實用性課程，以培養具備分析、解決材料性能的工程應用型人才。課程以科研訓練項目為載體對個人創新意識、創新思維和創新能力的培養是很有效。科研與創新是專業素質與創新精神、創造能力的結合。材料科學與工程專業本科生主持或參與科研項目是對其專業素質的檢驗。通過科研項目的實施，學生利用實踐課程所學知識去解決科研項目遇到的問題。同時，科研項目涉及材料的分析測試等手段，可以步鞏固實踐課程。學生在參與科研項目的過程中能夠深入地掌握材料分析測試等相關知識，成為工程培養所需要的應用性人才。

2.3? 開辦校企聯合課程

校企結合適應時代發展的需要，是培養創新性和實踐性人才的重要環節，更是培養為地方經濟社會發展的應用性人才的關鍵。在面臨著新辦工科院校大型儀器短缺的窘境，僅僅依靠網絡的虛擬仿真實驗操作不能真正地讓學生掌握材料分析測試的方法和儀器操作。學校結合有條件的企業，開展校企聯合課程，讓學生真正地進入企業中，實習操作相關大型儀器，成為掌握地方企業所需要的材料分析檢測的人才。以材料類專業實驗課程“材料分析方法實驗”為例，學校將課程開設到有條件的企業中，真正地讓學生參與企業的失效樣品的分析檢測過程，進一步了解掃描電鏡（SEM）、X射線衍射儀（XRD）、差熱分析（TG-DSC）等分析儀器的使用要求和檢測范圍，真正實現工程應用操作教學，培養學生的實踐能力，培養所需要的人才，被地方企業認可，為地方經濟服務。

2.4? 建立“學校+企業”聯合考核模式

實踐課程最終的考核評價是確保實踐課程教學效果的關鍵，是培養學生實踐能力、創新能力、應用能力的最終環節。改善原有的課程論文、實驗預習報告、實驗報告、實踐操作等來作為考核的模式，真正實現放歸課程考核評價給企業。企業以學生的實踐操作及是否符合該企業的專業型人才為依據，建設完善的“學校+企業”的實踐考核方式，確保優秀實踐的學生為地方企業、社會所認可，保證學生的就業率，也為地方院校新辦工科專業的招生提供有力的保障，實現新辦工科專業的長久持續發展。

3 結語

隨著社會的發展，教育的形式也逐漸多元化，人才培養模式也逐漸走向成熟。不管是開展虛擬仿真、校企結合課程、科研項目，還是建立校企考核模式，都是在更好地培養材料科學與工程專業的學生，讓學生具備“材料分析方法”的理論與實踐的有機結合的能力。以上是對材料專業建設現實情況進行的綜合分析，文章明確了地區發展對材料科學與工程專業優秀人才的多方面需求，制定材料科學與工程專業在“材料分析方法”實驗的培養方案，旨在培養專業性、實用性的優秀材料專業人才，為學生打下堅實基礎，為地方經濟發展服務。

[參考文獻]

[1]徐繼明，褚效中，趙宜江.“新工科”背景下地方師范院校化工專業建設探索與實踐[J]. 廣東化工，2019（3）：239-240.

[2]任俊鵬，龍福國，王莉霞，等.高校材料科學與工程專業實驗教學創新改革探索[J].山東化工，2020（2）：181-182.

[3]葉玉，康順吉.獨立學院材料近代分析測試方法課程教學改革初探[J].廣東化工，2017（22）：161-162.

（編輯 王永超）