理論、實踐交互“滲透”材料現代分析測試教學改革

霍 超，楊霞珍

（浙江工業大學 工業催化研究所，浙江 杭州 310014）

引言

材料的現代分析測試技術在當今時代已經得到廣泛應用。尤其是在無機非金屬材料、金屬材料、納米材料、高分子材料、化學化工材料等領域，其相關前沿科學問題的探究及工廠生產實踐等都離不開現代分析測試技術，它引領著科研深入前進的方向，掌控著產品質量的標尺。“材料現代分析測試”課程是針對材料科學、化學化工及分析化學等相關專業本科生開設的專業選修課程，旨在使本科生系統地了解材料類現代分析測試的主要方法、儀器設備及其原理，以及對測試結果的正確分析。隨著科學技術的發展和大型儀器的增加和高效利用，如何培養學生掌握先進儀器設備的使用方法，并運用這些先進實驗手段進行相關的科學研究，對于培養高水平人才、促進提高科學研究水平極為重要。特別是工科院校，培養目標除了要求學生掌握必要的基礎知識外，還重點要求學生具備一定本專業相關知識及實際動手能力，具有分析和解決問題的能力。本文擬以“材料現代分析測試”理論課程和儀器表征實驗課相結合的教學改革為主題，探討如何提高教學質量，促進學生更好地掌握該課程的基礎理論和分析相關問題的能力。因此，該門課程雖然是選修課，但是對于本科生科研能力的培養及邏輯思維能力的增強起著不可或缺的重要作用。

一、目前教學現狀與存在的問題

從提高理論和實踐教學效果的角度出發，目前“材料現代分析測試”教學存在以下主要問題。

1.學生對課程涉及知識的獲取積極性有待提高。多數學生認為這只是一門選修課，不需要付出太多時間和精力學習就可以輕松通過考試，獲得學分。而事實卻是現代分析的方法及大型科學儀器種類較多，原理也不盡相同，很多儀器更是涉及了前沿高端理論知識的應用，這就導致學生上課不注意聽講，課后不知所學。因此，除了在教學過程中多引入與科研及生產實踐相關的案例，引發學生主動獲取知識的積極性外，在條件允許的情況下，應將該門課程設定為必修課程（在研究生的教學中，該門課程是必修課），提高學生對課程的重視程度，端正學習態度。

2.教學互動較為困難。目前采取的教學方式是以課堂講授理論知識為主，結合課后作業及對大型分析儀器檢測現場的觀摩。雖然這在一定程度上增強了學生對于現代分析方法的理解和應用，但由于在課堂講授理論知識的過程中，無法結合儀器現場演示。因此，與學生之間的互動較為困難，常常是學生聽完理論知識之后，仍無法將其應用于實際分析。若能在課下組成興趣小組，讓學生真正動手實踐制備樣品（如納米材料），然后上機測試，分析結果，即能使學生將理論知識與實踐有機結合，達到融會貫通的目的。

3.考核的多樣性有待增強。由于該門課程的實踐性較強，因此，可以進一步加大平時成績的比例（如占比40%～60%），這樣不僅可引導學生更加注重實踐與應用，糾正學生為“混”學分從而輕視自身能力培養的陋習，而且也在潛移默化中養成其嚴謹的科研態度和積極思考、主動解決問題的良好行為習慣。

4.如何提高學生的綜合素質，是實驗教學過程重點考慮的問題，也是工科教育應普遍關注的重大課題。在實驗教學過程中發現，對于剛結束授課的分析測試技術理論課程，鮮少有學生能夠記住課上所學，出現了學完就沒印象的情況。因此，應在以后的教學過程中，交互“滲透”理論學習和實驗教學。學生能夠自己動手做樣品，將所學習的知識應用于實踐，培養綜合素質較高的優秀本科生。

二、改革目標和方案

改革的目標是基于“材料現代分析測試”課程，嘗試將實踐有機“滲透”到理論教學中，通過組建課后興趣小組，以及將學生制備樣品、選擇分析儀器、提交分析報告等作為平時考核成績，達到激發學生學習興趣，培養其縝密的思維，以及獨立操作、分析問題、解決問題的能力，為將來具備良好的科學素養打好基礎。主要從以下幾點改革方案進行。

1.分析測試技術對于解決科研和工程實際問題有著重要的作用，因此這方面的案例很多，在綜合考量后，篩選出適合用于課堂教學的典型案例，使之有機地“滲透”到課堂理論知識的傳授當中。

2.組建課后興趣小組，選擇難度適宜且與實際相關的小課題，讓學生在查閱文獻的基礎上，自己動手制備樣品（如納米材料、帶某種特性的功能材料等），并根據課堂授課知識，選擇所需的現代分析儀器，分析測試結果，給出實驗報告。

3.改革考核體系，加大平時成績（包括作業和實踐情況）的比例，使課程測評方式更加合理化，同時激發學生增強自身動手能力和科學素養的意識。

4.利用實力較強的工業催化學科的優勢，現有常用大型儀器較多，也可借助校分析測試中心部分大型儀器設備，讓學生有自己參與實驗、自己動手的機會，做到理論與實踐相互結合、滲透，更好地掌握材料現代分析測試技術，為以后研究生階段及工作創造有利的條件。

三、交互教學模式改革理念及思路

孔子曰：“學而不思則罔，思而不學則殆?！蹦壳埃鶕究粕M入實驗室進行相關的專業實驗來看，本科生普遍存在動手操作、思維能力及研究意識薄弱的問題。隨著社會的發展，高校的培養目標和教學內容日趨綜合化，更加注重綜合素質的提高及創新能力的培養。我們的改革思路是將理論教學與實驗、科研實踐有機“滲透”，加強交互式教學模式的一種探索，旨在使學生能盡快將所學與實踐有機結合，融會貫通。在系統了解現代分析測試方法的基本原理、儀器設備等的基礎上，真正掌握不同的現代分析測試技術所能獲得的有用信息，并能獨立地進行正確的分析，從而解決科學研究和工程實際中遇到的問題?；诖?，提出以下改革理念及思路。

1.將科研與實踐的典型案例有機地“滲透”到課堂理論知識的講授中，引發學生的興趣與獲取知識的積極主動性。

2.選一個班級（不超過30人）進行試點，組成3～6個課后興趣小組，讓學生親自動手制備樣品，然后根據所需獲得的樣品信息，正確選擇分析測試方法及儀器，并上機操作，對測試結果給予正確的分析、探討。

3.嘗試將試驗班級的平時作業及課后實踐報告提高至占總成績的40%～60%，從而培養學生注重實踐的意識，養成良好的科學素養。

4.經過理論學習后，再進相應的實驗教學，相互糅合。學生在實驗前首先分好組，提前對所做實驗進行預習，查閱相關資料并討論；課上學生先進行實驗，這樣可以帶著問題進行實驗，然后教師再進行相關理論的解說。這樣，學生就會學得更加有興趣，知識掌握得更加深入，會得到事半功倍的效果。

5.在進行實驗的過程中，教師利用科研的實踐和成果去充實教學，學生可以很快地理解和掌握書中的理論和方法，并能學會如何具體地發現問題、提出問題、解決問題。這既豐富了教學內容，又給課堂增添了新的實例和方法，大大促進了該課程的教學改革。同時，教師也把關于本學科發展最前沿的新知識、新動態融于教學之中，將學術動態及有關科研成果、科研過程、科研思路和方法補充到具體的教學中。

四、理論教學與實驗、實踐有機“滲透”交互教學的實施

應用化學和能源化工等專業都有開設這門課程。能源化學工程專業作為能源工程與化學工程的交叉學科，是我校新設立的專業，剛好只有一個班級，利于教改的實施。結合專業辦學背景，從化學工程角度審視能源的各種來源和轉換過程，從中獲取化學工程在能源工程中合適扮演的角色，具體來說，應該是研究牽涉到化學反應的轉換過程。在把握專業定位的基礎上，實驗內容力求反映本校相關研究和教學特色。為了能夠有目的、有針對性地學習，在教師的指導下，讓學生自己動手對部分樣品的成分、形貌、物理織構等進行分析測試，促進學生掌握各種分析測試儀器的作用，以及相互結合對分析樣品的作用，能夠對所取得的實驗結果進行綜合分析，以后可以進一步運用于科研和畢業論文，真正做到學有所用。

學生在課堂上進行了系統的理論學習，在上課的過程中教師根據自己的研究課題，對在研究過程中需要針對解決什么問題、怎么選擇性分析測試方法等進行相關解說。然后在操作實驗前首先分好組，學生先對所做實驗進行預習，查閱資料并討論，將科研中的方法應用于實驗過程，就可以根據實際情況需要選擇所需分析儀器，這樣可以帶著問題進行實驗，實驗結束后教師可以根據科研問題和實驗結果進行相關理論的解說。這樣的學習過程可以使學生學得更加有興趣，知識掌握得更加牢固，會得到事半功倍的效果。

專業實驗教學是高校教學活動中的重要組成部分，在培養學生的實踐能力及嚴謹的科學態度方面具有其他教學環節無法替代的作用，是工科學生重要的實踐性教學環節，也是理論課教學的進一步延伸。因此，面向本科生進行小組合作討論實驗，為學生提供更多的自主實驗機會，由學生自己根據實驗內容找相關的文獻資料，結合相關研究課題進行延伸，對于大學生的綜合素質培養具有重要的意義。加強專業實驗課，提高學生學習質量及分析問題、解決問題的能力是教學工作的重要組成部分。

建立理論與實踐貫通的有機“滲透”交互教學模式，組合了理論教學與實驗和科研實踐內容，要求學生必須扎實學好分析測試理論，并學以致用。教學過程中，應盡可能多地將分析測試儀器的基本操作、基本原理與科研實驗過程中的實際問題有機結合，以便于學生全面正確地了解分析測試技術的應用。

結語

本項目的實施可以全面提高化工專業學生的創新和科研能力，特別是能源化工專業的本科生。首先是理論的教學，再結合在實驗過程中通過相關文獻的查閱，綜合實驗設計及科研實踐的動手操作，鍛煉了學生查閱文獻、科研實驗相結合的實踐能力，可使后期畢業論文進行得更加得心應手。盡可能減少學生在學習課堂內容后出現“一問三不知”的狀態。實驗教學與科研相結合教學模式實現了真正意義上的開放式教學，有利于培養學生自學、動手操作及分析問題、解決問題的能力，有利于培養學生創新意識和科學精神，有利于發揮學生的主體地位。通過實踐實驗的結合，對學生進行科學方法和實驗技能訓練，使學生完整系統地掌握實驗的基本原理、方法和技能，培養學生的實驗操作技能和創新能力，增強學生理論聯系實際和分析解決問題的能力，樹立求是鉆研的科學品德和科學精神。注重培養學生獨立動手能力及獨立思考的能力。對科研實驗中出現的現象、問題，可根據分析測試技術和實驗結果相互關聯，做出正確的分析和處理，使分析測試課程教學在形式與內容上更具有完整性。