理论、实践交互“渗透”材料现代分析测试教学改革

        霍  超 ，杨霞珍*   

（浙江工业大学 工业催化研究所，浙江 杭州 310014）

[摘   要]：针对目前材料现代分析测试课程理论和实验教学中存在的学生对课程涉及的知识获取积极性差，教学互动较为困难，考核单一等问题，提出了采用理论、实验和科研有机相互“渗透”教学模式：①将科研与实践的典型案例有机地“渗透”到课堂理论知识的讲授中，引发学生的兴趣与获取知识的积极主动性；②亲自动手制备样品，然后根据所需获得的样品信息，正确选择分析测试方法及仪器，并上机操作，对测试结果给予正确的分析、探讨；③尝试将试验班级的平时作业及课后实践报告提高到占总成绩的40-60%，从而培养学生注重实践和良好科学素养的意识。使学生能够对于所学知识更加牢固掌握，能所学所用，培养出综合素质较高的优秀本科生。

[关键字]：材料现代分析测试；教学改革；人才培养

[基金项目]：2018年“浙江工业大学化学工程学院教学改革重点项目”（基于《材料现代分析测试》理论教学与实践有机“渗透”交互教学模式探索）2018；2018年“浙江工业大学 创新性实验项目”（能源催化材料物化性能分析实验课与理论课及科研实践相结合的创新性实验改革）(编号：PX-68182046)； 2019年“浙江省自然科学青年基金”(编号：LQ19B060007)的研究成果。

[作者简介]：霍超，（1971-），女，汉，山西太原人，博士，浙江工业大学，教授，新型纳米材料/催化研究；杨霞珍，（1981-），女，汉族，浙江衢州人，博士，浙江工业大学，实验师【通讯作者】，C1化学催化剂研究。

[中图分类号]: O 6-3；G 642. 0  [文献标志]码: A    

一 引言

材料的现代分析测试技术在当今时代已经应用广泛。尤其是在无机非金属材料、金属材料、纳米材料、高分子材料、化学化工材料等领域，其相关前沿科学问题的探究以及工厂生产实践等都离不开现代分析测试技术，它引领着科研深入进行的方向，掌控着产品质量的标尺。《材料现代分析测试》课程是针对材料科学、化学化工及分析化学等相关专业本科生开设的专业选修课程，旨在使本科生系统地了解材料类现代分析测试的主要方法、仪器设备及其原理以及对测试结果的正确分析。随着科学技术的发展和大型仪器的增加和高效利用，如何培养学生掌握使用先进的仪器设备，并运用这些先进实验手段进行相关的科学研究，对于培养高水平人才，促进提高科学研究的水平极为重要。特别是工科院校，学生的培养目标是要求学生除了掌握必要的基础知识外，重点关注学生要具备一定本专业相关知识及实际动手能力，具有分析和解决

问题的能力。本文拟以《材料现代分析测试》理论课程和仪器表征实验课相结合的教学改革为主题，探讨如何提高教学质量，促进学生更好的掌握该课程的基础理论和分析相关问题的能力。因此，该门课程虽然是选修课，但是对于本科生科研能力的培养以及逻辑思维能力的增强起着不可或缺的重要作用^[1-3]。

二 目前教学现状与存在的问题

从提高理论和实践教学效果的角度出发，目前《材料现代分析测试》教学存在以下主要问题：

（1）学生对课程涉及的知识获取积极性有待提高。多数学生认为这只是一门选修课，不需要付出太多的时间和精力去学习就可以轻松通过考试而获得学分。而事实却是现代分析的方法以及大型科学仪器种类较多，原理也不尽相同，很多仪器更是涉及了高端前沿的一些理论知识的应用，这就导致学生上课不注意听讲，课后不知所学。因此，除了在教学过程中多引入与科研及生产实践相关的案例，引发学生主动获取知识的积极性外，在条件容许的情况下，应将该门课程设定为必修课程（在研究生的教学中，该门课程是必修课），提高学生对课程的重视程度，端正学习态度。

（2）教学互动较为困难。目前采取的教学方式是以课堂讲授理论知识为主，结合课后作业以及对大型分析仪器检测现场的观摩。虽然这在一定程度上，增强了学生对于现代分析方法的理解和应用，但由于在课堂讲授理论知识的过程中，无法结合仪器现场演示，因此，与学生之间的互动较为困难，常常是学生听完理论知识之后，仍无法在实际中应用、分析。若能在课下组成兴趣小组，真正动手实践制备样品（如纳米材料），然后上机测试、分析结果，即能使学生将理论知识与实践有机结合，达到融会贯通的目的。

（3）考核的多样性有待增强。因为该门课程的实践性较强，因此，可以进一步加大平时成绩的比例（比如占40~60%），这样不仅可引导学生更加注重实践、应用，纠正学生“混”学分而轻视自身能力培养的陋习，而且也在潜移默化中养成其严谨的科研态度和积极思考、主动解决问题的良好行为。

（4）如何提高学生的综合素质，是实验教学过程重点考虑的问题，也是工科教育应普遍关注的重大课题。在实验教学过程中发现，刚上过的分析测试技术理论课程，鲜少有同学能够记住所学，学完就没印象的情况。所以应该在以后的教学过程中，理论学习和实验教学交互“渗透”。学生能够自己动手做样品，能所学所用，培养出综合素质较高的优秀本科生。

三 改革目标和方案

改革的目标是基于《分析现代测试方法》课程，尝试将实践有机“渗透”到理论教学中，通过组建课后兴趣小组，以及将学生制备样品、选择分析仪器、提交分析报告等作为平时考核成绩，达到激发学生学习兴趣，培养其独立动手、缜密思维以及分析问题、解决问题的能力，为将来具备良好的科学素养打好基础。从以下几点改革方案进行。

1、分析测试技术对于解决科研和工程实际问题有着重要的作用，因此这方面的案例很多，在综合考量后，筛选出适合用于课堂教学的典型案例，使之有机地“渗透”到课堂理论知识的传授当中；

2、组建课后兴趣小组，选择难度适宜的、与实践相关的小课题，让学生在查阅文献的基础上，自己动手制备样品（比如纳米材料、带某种特性的功能材料等），并根据课堂讲授知识，选择所需的现代分析仪器，并分析测试结果，给出实践报告；

3、改革考核体系，加大平时成绩（包括作业和实践情况）比例，使课程测评方式更加合理化，同时激发学生培养自身动手能力和科学素养的意识。

4.利用实力较强的工业催化学科的优势，现有常用大型仪器较多，以及也可借助校分析测试中心部分大型仪器设备，让学生有自己参与实验，自己动手的机会，做到理论与实践相互结合、渗透，更好的掌握材料现代分析测试技术，为以后研究生阶段以及工作创造有利的条件。

三 交互教学模式改革理念及思路

夫子曰：“学而不思则罔，思而不学则殆”。目前，根据本科生进入实验室进行相关的专业实验来看，本科生普遍存在动手、思维能力以及研究意识的薄弱。随着社会的发展，高校的培养目标和教学内容日趋综合化，更加注重综合素质的提高及创新能力的培养^[4-6]。我们的改革思路是将理论教学与实验和科研实践有机“渗透”，加强交互式教学模式的一种探索，旨在使学生能尽快将所学与实践有机结合，融会贯通，在系统了解现代分析测试方法的基本原理、仪器设备等的基础上，真正掌握不同的现代分析测试技术所能获得的有用信息，并能独立地进行正确的分析，从而解决科学研究和工程实际中遇到的问题。基于此，提出以下的改革理念及思路：

（1）将科研与实践的典型案例有机地“渗透”到课堂理论知识的讲授中，引发学生的兴趣与获取知识的积极主动性；

（2）选一个班级（不超过30人）试点，组成3-6个课后兴趣小组，亲自动手制备样品，然后根据所需获得的样品信息，正确选择分析测试方法及仪器，并上机操作，对测试结果给予正确的分析、探讨；

（3）尝试将试验班级的平时作业及课后实践报告提高到占总成绩的40-60%，从而培养学生注重实践和良好科学素养的意识。

（4）经过理论学习后，再进相应的实验教学，相互揉合。学生在实验前首先分好组，自己先对所做实验进行预习查资料讨论，然后在上课的时候学生可以先进行实验，这样可以带着问题的有考虑的进行实验，然后再进行相关理论的解说，学生就会学的更加有兴趣，知识掌握的更加深入，会得到事半功倍的效果。

（5）在进行实验过程中，教师利用科研的实践和成果去充实教学，学生可以很快地理解和掌握书中的理论和方法，并能学会如何去具体地发现问题、提出问题、解决问题。既丰富了教学内容，又给课堂增添了新的实例和方法，大大促进了该课程的教学改革。并把教师本学科发展最前沿的新知识、发展动态融于教学之中，将学术动态及有关科研成果、科研过程、科研思路和方法补充到具体的教学中。

四 理论教学与实验实践有机“渗透”交互教学的实施

应用化学和能源化工等专业都有开设这门课程。能源化学工程专业作为能源工程与化学工程的交叉学科，是我校的新设立专业，刚好只有一个班级，利于教改的实施。结合专业办学背景，从化学工程角度来审视能源的各种来源和转换过程，从中获取化学工程在能源工程中合适扮演的角色，具体来说，应该是研究牵涉到化学反应的转换过程。在把握专业定位的基础上，实验内容力求反映本校相关研究和教学特色。为了能够有目的，有针对性的学习。在老师的指导下，我们让学生自己动手对部分样品进行成分、形貌、物理织构等进行分析测试，促进学生掌握各种分析测试仪器的作用，以及相互结合对分析样品的作用，能够对所取得的实验结果进行综合分析，以后可以进一步运用到的科研和毕业论文总，真正做到学有所用。

学生在课堂上进行了系统的理论学习，在上课的过程中老师根据自己的研究课题，在研究过程中需要解决的问题怎么选择性分析测试方法进行相关解说。然后在操作实验前首先分好组，自己先对所做实验进行预习查资料讨论，将科研中的方法用到实验过程中，就可以根据实际情况需要来选择性所需要用到的分析仪器，这样可以带着问题的有考虑的进行实验，实验结束后就可以根据科研问题和实验结果进行相关关联及相关理论的解说，这样的一个学习过程可以使学生学的更加有兴趣，知识掌握的更加深入，会得到事半功倍的效果^[7]。

专业实验教学是高校教学活动中的重要组成部分，在培养学生的实践能力及严谨的科学态度方面具有其他教学环节无法替代的作用，是工科学生重要的实践性教学环节， 也是理论课教学的进一步延伸，因此，面向本科生进行小组合作讨论进行实验，为学生提供更多的自主实验机会，由学生自己根据实验内容去找相关的文献资料，以及结合相关研究课题进行延伸，对于大学生的综合素质培养具有重要的意义。加强专业实验课，提高学生学习质量及分析、解决问题的能力是教学工作的重要组成部分。

建立理论与实践贯通的有机“渗透”交互教学模式，组合了理论教学与实验和科研实践内容，要求学生必须扎实地学好分析测试理论，并学以致用^[8]。教学过程中，一方面尽可能多地将分析测试仪器的的基本操作、 基本原理，以及与科研实验过程中的实际问题有机结合，便于学生全面正确地了解分析测试技术的应用。

五 结 语

本项目的实施可以全面提高化工专业学生的创新和科研能力，特别是能源化工专业的本科生。首先是理论的教学，再结合在实验过程中通过相关文献的查阅，综合实验设计以及科研实践的动手操作。锻炼了学生查阅文献，科研实验相结合的实践能力，使后期的毕业论文进行的更加得心应手。尽可能减少学生学了课堂内容以后呈现“一问三不知”的状态。实验教学与科研相结合教学模式实现了真正意义上的开放式教学， 有利于培养学生自学、 动手及分析、 解决问题的能力， 有利于培养学生创新意识和科学精神，有利于发挥学生的主体地位。通过实践实验的结合，对学生进行科学方法和实验技能训练，使学生完整系统地掌握实验的基本原理、方法和技能，培养学生实验操作技能和创新能力，增强学生理论联系实际和分析解决问题的能力，树立求是钻研的科学品德和科学精神。注重培养学生独立动手能力以及独立思考的能力。对科研实验中出现的现象、问题，可根据分析测试技术和实验结果相互关联，作出正确的分析和处理，使分析测试课程教学在形式上、 内容上更具有完整性。

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Teaching Reform of Material Modern Analysis      Course by Combination of Theory and Practice

HUO Chao ,YANG Xia-zhen*

 (Institute of Catalysis, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China)

Abstract: In view of the problems existing in the theory and experiment teaching of modern material analysis and testing course, such as students'poor enthusiasm for acquiring knowledge, difficult interaction in teaching and single assessment, this paper puts forward the teaching mode of "infiltration" of theory, experiment and scientific research. Firstly, typical cases of scientific research and practice are organically "infiltrated" into the classroom teaching of theoretical knowledge. To arouse students'interest and initiative in acquiring knowledge; (2) to prepare samples by hand, and then select the correct analytical test methods and instruments according to the sample information needed, and operate on the computer to give correct analysis and discussion to the test results; (3) to try to raise the daily homework and after-school practice report of the experimental class to 40-60% of the total score, so as to cultivate students. Pay attention to the consciousness of practice and good scientific literacy. To enable students to more firmly grasp the knowledge they have learned, to use what they have learned, and to cultivate excellent undergraduates with high comprehensive quality.

Keywords: Material Modern Analysis, Teaching Reforming, talent training