基于虚拟仿真的“材料分析方法”课程改革探究

任俊鹏 段玉玉 张培卫

摘 要：“材料分析方法”课程是材料科学专业学生的必修课之一，该课程涉及广泛，实践性和理论性较强。针对地方院校新办工科专业大型仪器缺乏，教学时间、空间受限等问题。改革教学模式，在理论教学中，将材料分析的前沿技术引进课程;在实践教学当中，把虚拟仿真、校企联合、科研教学有效融合等模式运用到实践教学中，更好地培养应用型人才，为地方经济发展服务。

关键词：地方院校;材料分析;虚拟仿真;校企联合

0 引言

“材料分析方法”课程是针对材料科与工程专业本科大学生开设的专业课，从分析仪器的结构和工作机理为基础，介绍实验中分析方法的原理和适用范围。针对现实生活中的具体实例分析来展开学习，注重培养材料专业学生利用仪器、分析解决实际问题的能力。同时，实验是巩固课堂理论知识的重要途径之一，通过对实际样品的分析，进一步掌握材料的主要分析方法及基本理论，培养学生从理论到实践的动手能力及创新能力。随着教育方式的改革与社会的发展，为服务地方经济发展，地方院校紧跟社会发展趋势，纷纷设立工科专业，助力地方经济发展[1-3]。与传统工科院校或综合院校相比，新建工科专业的地方院校，往往存在着资金不足、师资短缺及大型仪器缺乏的现状，不能更好地培养为地方经济发展有用的工程实用性人才服务。本文立足于地方院校新建工科专业的基本特征与现状，以新建材料科学与工程专业为指引，以材料专业重点课程“材料分析方法”课程为研究对象，深入剖析新建工科专业的现状，寻找解决问题的方法，真正为培养地方积极发展的工程实践化人才服务。

1 “材料分析方法”课程面临的现状

材料科学与工程专业是一门实践性较强的专业，实验教学是培养材料学科实践性人才的重要实践性环节。在部分新建材料科学与工程专业的地方院校中，往往在开办实验教学时存在实验器材缺乏，时间、空间受限，实践教学体系不完善等问题，导致无法使得每个学生都有实际操作的机会，尤其在面对突发情况而无法开办线下教学时，实验课程更无法开展。大型仪器的占地面积过大，导致部分地方院校尤其是师范类高校应用较少，使得学生们只能以分组的形式进行实验，这样使得学生们实践能力和创新能力得不到发展。大型仪器在各高校的实验中占有着举足轻重的地位，它是学校输出科研前沿技术成果的保证，是培养创新型人才、发展科研的重要工具，也是衡量高校培养人才的重要指标。目前，地方院校只能利用分组的方式向学生展示大型仪器的使用方法和基本理论，使得学生无法亲手操作，甚至不能清楚地观察到实验的测试过程，难以达到相关实验的目的和要求。

“材料分析方法”实验这门课程存在时间、空间以及大型仪器设备限制，不能很好地锻炼学生的实践能力，不能很好地培养地方经济建设所需要的专业性、实用性人才。尤其在为服务地方经济发展而新建立的材料科学与工程等工科专业，人才培养经验较为薄弱，尚未具备独特的个性化人才培养方案。因此在材料科学与工程专业的建设过程中，不能很好地针对地方经济建设发展需要，对本专业建设现实情况的综合分析较为简单，没有明确地区发展对材料专业人才的多元化需求。在学生实践能力培养的同时，由于大型仪器缺乏、专业实验项目限制等问题，不能很好地培养一批被地方经济发展所服务的实践性工科人才。因此，急需改革人才培养的实验环节，建立完善的实验教学体系。本论文以材料科学与工程主干课程“材料分析方法”实验为例，探索完善的实验教学体系，为更好地培养实践性工程人才提供依据。

2 构建完善的工科实践教学体系

为了服务地方经济发展，地方院校纷纷建立工科专业，地方院校新开办的工科专业存在的实验仪器缺乏、实践教学体系不完善、毕业生不被地方企业社会所认可、就业差的问题，严重制约新办工科专业的可持续发展。因此，依托学校自身条件，结合地方经济发展形势，创新工科实验教学体系，培养为地方社会企业所认可的工程应用型人才，实现新办工科专业的可持续发展是地方院校建立工科专业的最终目标。

2.1  虚拟仿真技术有效应用

利用虚拟仿真实验平台，按照大型仪器分析的基本格局搭建虚拟仿真平台，完整展现实验操作过程，解决新建工科院校实验室大型仪器缺乏的困境，让每一个学生真正接触到大型分析仪器的操作流程及操作规范，培养学生实践操作能力。

虚拟仿真技术可以部分或全面代替高风险、高消耗、高污染以及高成本的实践环节，从而有效地解决实践教学资源短缺、时间以及空间受限等一系列问题。尤其在面临突发性事件，无法开展线下教学时，打破时间、空间的限制，顺利完善实践教学。同时，注重培养学生实践能力的实习环节。在学生进入企业实习之前，教师就可以利用仿真技术进行在线操作，使学生们从宏观上了解大型材料科学与工程实验的具体流程。同时，虚拟仿真实验教学让学生们在高度仿真的环境中安全高效地开展实验，不仅可以节约大量的时间与经费，更避免了在实际操作过程当中可能存在的危险，还有效地帮助学生培养了创新能力与实践能力。

2.2  科研项目有效融入实践教学

材料科学与工程专业以材料性能研究为基础，综合培养具备解决材料性能问题的工程应用化人才。“材料分析方法”这门课程作为材料科学与工程专业的主干课程，培养学生实际分析材料成分、性能的实用性课程，以培养具备分析、解决材料性能的工程应用型人才。课程以科研训练项目为载体对个人创新意识、创新思维和创新能力的培养是很有效。科研与创新是專业素质与创新精神、创造能力的结合。材料科学与工程专业本科生主持或参与科研项目是对其专业素质的检验。通过科研项目的实施，学生利用实践课程所学知识去解决科研项目遇到的问题。同时，科研项目涉及材料的分析测试等手段，可以步巩固实践课程。学生在参与科研项目的过程中能够深入地掌握材料分析测试等相关知识，成为工程培养所需要的应用性人才。

2.3  开办校企联合课程

校企结合适应时代发展的需要，是培养创新性和实践性人才的重要环节，更是培养为地方经济社会发展的应用性人才的关键。在面临着新办工科院校大型仪器短缺的窘境，仅仅依靠网络的虚拟仿真实验操作不能真正地让学生掌握材料分析测试的方法和仪器操作。学校结合有条件的企业，开展校企联合课程，让学生真正地进入企业中，实习操作相关大型仪器，成为掌握地方企业所需要的材料分析检测的人才。以材料类专业实验课程“材料分析方法实验”为例，学校将课程开设到有条件的企业中，真正地让学生参与企业的失效样品的分析检测过程，进一步了解扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、差热分析（TG-DSC）等分析仪器的使用要求和检测范围，真正实现工程应用操作教学，培养学生的实践能力，培养所需要的人才，被地方企业认可，为地方经济服务。

2.4  建立“学校+企业”联合考核模式

实践课程最终的考核评价是确保实践课程教学效果的关键，是培养学生实践能力、创新能力、应用能力的最终环节。改善原有的课程论文、实验预习报告、实验报告、实践操作等来作为考核的模式，真正实现放归课程考核评价给企业。企业以学生的实践操作及是否符合该企业的专业型人才为依据，建设完善的“学校+企业”的实践考核方式，确保优秀实践的学生为地方企业、社会所认可，保证学生的就业率，也为地方院校新办工科专业的招生提供有力的保障，实现新办工科专业的长久持续发展。

3 结语

随着社会的发展，教育的形式也逐渐多元化，人才培养模式也逐渐走向成熟。不管是开展虚拟仿真、校企结合课程、科研项目，还是建立校企考核模式，都是在更好地培养材料科学与工程专业的学生，让学生具备“材料分析方法”的理论与实践的有机结合的能力。以上是对材料专业建设现实情况进行的综合分析，文章明确了地区发展对材料科学与工程专业优秀人才的多方面需求，制定材料科学与工程专业在“材料分析方法”实验的培养方案，旨在培养专业性、实用性的优秀材料专业人才，为学生打下坚实基础，为地方经济发展服务。

[参考文献]

[1]徐继明，褚效中，赵宜江.“新工科”背景下地方师范院校化工专业建设探索与实践[J]. 广东化工，2019（3）：239-240.

[2]任俊鹏，龙福国，王莉霞，等.高校材料科学与工程专业实验教学创新改革探索[J].山东化工，2020（2）：181-182.

[3]叶玉，康顺吉.独立学院材料近代分析测试方法课程教学改革初探[J].广东化工，2017（22）：161-162.

（编辑 王永超）