材料化学专业仪器分析教学改革的实践与探索

邴乃慈,朱路平,王利军,于　伟,朱志刚,吴益华

(上海第二工业大学环境与材料工程学院,上海201209)

材料化学专业仪器分析教学改革的实践与探索

邴乃慈,朱路平,王利军,于伟,朱志刚,吴益华

(上海第二工业大学环境与材料工程学院,上海201209)

从材料化学专业的人才培养目标出发,结合仪器分析学科的特点,针对上海第二工业大学环境与材料工程学院实际情况,阐述了仪器分析课程教学体系的构建,从教学内容、教学方法等方面对仪器分析教学改革进行了探讨。

材料化学专业;仪器分析;教学改革

0　引言

材料化学专业是材料科学与现代化学相结合的新兴交叉边缘学科。上海第二工业大学材料化学专业以绿色电子材料为培养特色,与学院环境工程专业电子废弃物资源化方向互为补充,以社会需求为导向,为电子信息产业中电子产品制造及其废弃物资源化处理等重要领域培养具有宽厚材料化学专业知识、掌握科研技能和具备创新能力的应用型人才。

“仪器分析”是一门介绍如何利用现代仪器分析手段来获得物质的组成、结构、性质以及某些化学过程的原理的课程[1]。科学技术的进步,在促进仪器分析技术飞速发展的同时,也使仪器分析手段在材料科学领域起到至关重要的作用。“仪器分析”已成为材料化学专业重要的专业基础课程。

对仪器分析相关理论课程与实践课程进行教学探索,一直是当前教学改革的重点和热点[2-5]。以上海市为例,设置材料化学专业的院校共有4所,包括复旦大学、华东理工大学、上海第二工业大学及上海电力学院,每所学校均将仪器分析教学根据专业培养特点进行了系列规划。详见表1。

为满足专业需求,构筑以学生为主体、以实践能力培养为中心的教学理念,探索符合应用创新型人才培养的教学模式,笔者从上海第二工业大学材料化学专业仪器分析相关系列课程多年的教学经验出发,对课程体系的构筑与实施进行了探索研究。

1　仪器分析课程教学体系的构建

仪器分析是化学、物理学、数学和计算机科学等多学科交叉渗透、相互关联的综合性学科,是理论性和实践性很强的应用性学科,具有发展性和前沿性的特点,随着科学技术的发展,现代分析仪器汇集了众多学科的前言理论和最新成果。因此,仪器分析课程具有理论深、实践强、更新快的特点[6]。然而,在很多大学课程体系安排中,仪器分析课程教学面临着诸多的矛盾,如课时少与教学内容多的矛盾,教材内容更新慢与学科发展快的矛盾,教学设备严重短缺与学生人数多的矛盾,理论知识讲授多与实践应用安排少的矛盾[7]。

上海第二工业大学材料化学专业“以适应学科发展需要,体现学科进展,提高素质能力,加强实践应用”为原则,在仪器分析课程体系安排中,精简化学分析,增加仪器分析的比重,特别是增加适应学科发展的仪器分析方法的应用实例,有利于培养学生创新能力和实践能力的培养。同时,随着近年来教育投入的增加以及为了积极适应现代仪器分析的发展和对学生实践能力、创新精神培养要求的提高,上海第二工业大学引进了大量分析仪器,将大型分析仪器培训与操作纳入仪器分析课程体系中,注重学生实践能力的培养,实现与材料相关领域仪器分析操作应用的零对接。该校材料化学专业仪器分析教学体系是由本科生第3学期的分析化学(包含仪器分析)理论与实践课程、第5学期的材料分析与测试课程,以及第2、5、6学期的仪器培训实践课程构成的,从大学二年级开始的学生参与教师科研的活动也是这个体系的重要组成部分。其中“分析化学”和“仪器培训”为必修课,“材料分析与测试”为限选课。目前,这一系列教学工作已初步形成了具有特色的实践教学新体系,在为学生打下坚实的仪器分析理论与实践基础的同时,充分发挥大型仪器对应用型创新人才的培养功能,基本上达到了预期的优生优培、因材施教的目的。

表1　上海市4所高校材料化学专业仪器分析相关课程比较Tab.1 Comparison of instrumental analysis courses on materials chemistry major in four Shanghai’s universities

2　根据培养目标组织教学内容

“仪器分析”作为材料化学专业本科生的专业基础课程,在内容上一定要保证学生掌握主要的、常用的分析仪器的原理、方法、性能、操作及应用等知识。如在分析化学课程的仪器分析部分要求学生掌握色谱分析、光谱分析等方法的原理、操作和应用。但是由于学时的原因,不能够面面俱到地进行介绍,由于后续还有仪器培训课程,故只需对部分内容重点讲授,使之与后续仪器培训课程成为互补。在内容选择时,主要使学生掌握各类基本仪器的原理、构造和应用特点,为将来的进一步实践操作和应用打好基础。由于“仪器分析”具有内容新、更新快的特点,教师在教学过程中应该根据教学和培养学生的需要,跟进仪器分析相关的研究前沿,以拓展学生的知识面,促进学生创新能力的培养。

仪器分析学科具有系统性与完整性,但是仍然存在一些不足,例如在教学中主要注重理论论证,与实际就业岗位需求脱节;实验教学主要为学生提供感性认识,对学生能力培养的重视不足[8]。为此,我们提出利用仪器培训实践课程使课程内容贴近就业、贴近热点,反映学生未来工作的实际,教学原则以就业为导向,教学内容与学生未来就业领域关系密切。实践证明,这些与就业领域相关的教学内容不仅能激发学生的求知欲,还大大提高了学生在实际就业岗位的实践能力。

3　教学方法与教学手段的改革与实践

开设“仪器分析”课程是为了让学生更好地掌握分析仪器的理论知识及相关仪器使用的方法,理解理论知识在实际操作中的运用。该课程着眼于学生素质、创新精神和创新能力的培养,实现学生的全面发展,使学生更好地适应未来社会对于人才的需要。因此,仪器分析课程在教学方法与教学手段上都应该适应新时期人才培养的需要。近几年来,笔者对“仪器分析”课程在教学方法与教学手段上进行了改革和实践,采用符合学生实际的教学方法和现代化的教学手段,取得了良好的效果。

3.1采用兴趣驱动教学方法,激发学生学习兴趣

仪器分析的基本概念是基于化学、物理、数学等基础课程的,因此,要清楚透彻地理解此课程的基础理论就必须充分联系已学过的知识,这对学生综合运用基础知识的能力要求较高,学生学起来往往有些困难。为此,笔者采用兴趣驱动教学方法,将科学研究的新成果引入课堂教学,让学生了解到仪器分析发展的最新动向,开拓视野,激发学习兴趣。例如：红外光谱以往主要用于有机化合物/高分子化合物的鉴定和分析,然而随着科学技术的迅猛发展,红外光谱的应用不再局限于此,现在已成为原位表征、反应机理研究的有效工具。将这些新知识、新领域适时地反映到课堂上,对教和学都起到了很好的促进作用,并以动画、图片和音视频等形式展现给学生,调动他们学习的积极性和主动性,效果显著。

3.2采用启发式、讨论式教学模式

在教学的过程中适当采用启发式、讨论式教学模式,使学生充分投入到课堂教学过程中,将教师的身份由知识供给者变为学习指导者,将学生由被动学习者变为主动参与者,力求每个学生以一个学习主体的身份出现。教师根据授课内容的需要编制一些讨论题,在课堂上以提问的方式,引导学生积极思考,并应用所学知识解决问题,使学生参与到教学过程中来。或者采用课堂讨论的方式,让学生将他们对知识的理解、解决问题的思路讲出来,教师则以倾听为主,通过点评及时纠正学生的错误,另一方面也有利于教师适时调整教学思路,不断提高教学水平。

3.3采用研究式教学方法,注重学生思维及创新能力的培养

在学习分析化学(大二)期间,鼓励学生跟随教师开展科研活动,在研究中加深对基础知识的理解,利用现代分析仪器手段,充分提高利用理论知识解决问题的能力和实践创新的能力。在参与科研的过程中,多位学生获得了上海市和国家创新计划资助,并在国内外期刊发表了多篇论文。

3.4注重实践教学,强化理论知识在实践中的应用,锻炼学生动手能力

在实践教学中,通过开设综合性、设计性实验,激励学生学以致用,在实践中加深对教学内容的理解。在实验过程中,学生始终是实验活动的主体,有利于发挥学生的主观能动性和创造性,给学生提供更多的适合自己特点的实践与创新的机会,使学生真正体会到从准备实验开始直到实验完成的全部过程,使实验过程更接近于实际分析工作过程,达到真正培养学生科学素养的目的,为后续毕业设计打下坚实的基础。

3.5构建网络教学平台支持下的网络课堂

面对仪器分析技术和手段的不断更新,笔者在教学中促使学生充分利用网络资源,鼓励他们利用中国期刊网及相关的英文网站查阅文献,了解本学科的发展动态,认识基础知识应用的实例,并知晓自己知识和能力的不足,进一步激发学生们的学习积极性和主动性。

依托上海第二工业大学课程中心网站,不断丰富网络教学资源,为学生通过自主学习来掌握新知识创造条件。笔者在网站中放置了内容丰富的教学辅助材料,包括习题集、试卷库、课程教学录像、多媒体课件等教学辅助材料,让学生检索相关内容,以扩大知识范围,加深知识层次,同时满足少课时和大信息量的需要,提高学生自主学习的积极性。通过上海第二工业大学课程中心网站,学生可以方便地在网络上看到专业教学计划、课程教学大纲、授课教案、习题、实验指导等,以加强学习效果,提高教学质量。利用论坛、QQ和飞信等方式及时答复学生课程中的疑问。

网络课堂的建设和使用,使更多的学生从中受益,充分发挥学生自主学习的能力。

4　结语

随着材料行业的飞速发展,材料已广泛应用于科学技术的各个领域和日常生活的每个角落,材料科学的发展对人才培养提出了新的要求,需要大批高层次的掌握材料分析的科研和技术人员。为积极适应人才培养的需求,笔者通过构筑新型仪器分析教学体系,根据人才培养目标进行仪器分析教学内容改革,结合理论与实践教学,立足学科特点,顺应学科发展的前沿方向,改进教学方法,激发学生学习的兴趣,充分调动学生的主动性,培养学生良好的科学精神和创新意识,为后续专业课程的学习奠定坚实的基础,为电子信息产业中电子产品制造及其废弃物资源化处理等重要领域培养合格的分析检测人才,以及掌握科研技能和具备创新能力的应用型人才。

[1]卢玉坤,吕仁庆,于剑锋,等.《仪器分析》课程改革初探[J].广州化工,2011,39(19)：143-146.

[2]王琦,张思锐.仪器分析课程教学与实验改革[J].大学化学,2006,21(2)：22-24.

[3]陈浩,李庆,李胜清,等.仪器分析课程教学改革与实践[J].大学化学,2006,21(3)：20-22.

[4]王安亭,孙雪萍.仪器分析课程教学改革调查及对策分析[J].大学化学,2008,23(5)：20-24.

[5]王霆,张锋,陈立钢,等.仪器分析综合运用及创新能力的培养——浅谈仪器分析实践教学体系的构建[J].大学化学,2011,26(6)：21-23.

[6]杜甫佑,阮贵华,李建平,等.以《仪器分析》教学改革为契机,培养学生创新能力[J].广州化工,2011,39(3)：177-178.

[7]马祥英,陈其锋,许海棠.仪器分析实验课程改进与实践[J].实验科学与技术,2013,11(2)：76-78.

[8]张英,杨剑,罗大为.以企业岗位需求为核心的高职分析化学课程改革与实践[J].广东化工,2013,40(13)：254-255.

Practice and Consideration on Teaching Reform of Instrumental Analysis on Material Chemistry Specialty

BING Nai-ci,ZHU Lu-ping,WANG Li-jun,YU Wei,ZHU Zhi-gang,WU Yi-hua
(School of Environmental and Materials Engineering,Shanghai Second Polytecnic University, Shanghai 201209,P.R.China)

Based on the talents training goal of material chemistry specialty,the characteristic of instrumental analysis subject and the experience of Shanghai Second Polytechnic University,the construction of instrument analysis teaching system was explained.The reform trial in the teaching contents and teaching method was discussed.

material chemistry specialty;instrumental analysis;teaching reform

H191

B

1001-4543(2015)04-0345-04

2015-04-11

邴乃慈(1979—),女,辽宁抚顺人,副教授,博士,主要研究方向为环境友好功能材料。电子邮箱ncbing@sspu.edu.cn。

上海第二工业大学重点学科建设项目(No.XXKYS1401)、上海高校本科重点教学改革项目及上海市教委重点课程资助