劉海峰，黃鶴燕，謝瑞士，霍冀川，徐光亮

（西南科技大學(xué) 分析測試中心，四川 綿陽 621010）

隨著當(dāng)今知識、經(jīng)濟(jì)、社會的高速發(fā)展，國家對高等教育的投資越來越大，同時(shí)也對高校人才的培養(yǎng)提出了更新、更高的要求。自從教育部開始實(shí)施大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃以來，傳統(tǒng)的教育思想觀念正悄然發(fā)生著變化；培養(yǎng)模式也從單一的技能或知識灌輸，改變?yōu)閺?qiáng)化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力訓(xùn)練、增強(qiáng)高校學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，從而為國家建設(shè)培養(yǎng)高水平創(chuàng)新人才。尤其是在當(dāng)前“雙一流”（世界一流大學(xué)和世界一流學(xué)科）建設(shè)的大背景下，創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)已成為高等教育人才培養(yǎng)的核心內(nèi)容和難點(diǎn)問題。

現(xiàn)代儀器分析類課程是實(shí)踐性、應(yīng)用性均較強(qiáng)的課程，同時(shí)又需要扎實(shí)的理化基礎(chǔ)，其主要任務(wù)是通過對分析儀器及方法的相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行技能培養(yǎng)與訓(xùn)練，使學(xué)生具備解決生產(chǎn)、生活及科學(xué)研究中相應(yīng)問題的能力，廣泛適用于化學(xué)、物理、材料工程、材料物理、無機(jī)非金屬材料、環(huán)境工程、地質(zhì)、采礦、農(nóng)學(xué)、制藥、生物工程等相關(guān)專業(yè)。對于現(xiàn)代儀器分析類課程而言，理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)?zāi)K相輔相成、缺一不可，是兩個(gè)重要組成部分。然而，由于現(xiàn)代大型精密貴重儀器尤其是世界先進(jìn)的分析測試儀器價(jià)格高昂，運(yùn)行和維護(hù)成本較高，致使很多高校的相應(yīng)課程教學(xué)存在重理論、輕實(shí)踐的問題。

在這樣的背景下，高校體系中的大型現(xiàn)代儀器共享平臺——分析測試中心便為創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了一個(gè)必要的平臺。分析測試中心是高等學(xué)校的重要組成部分，是高等學(xué)校進(jìn)行教學(xué)、科研和服務(wù)社會的重要基地。由于分析測試中心集中了學(xué)校大部分的大型精密貴重儀器設(shè)備，它也是一個(gè)學(xué)科交叉和創(chuàng)新實(shí)踐的公共平臺。但是，由于儀器貴重、操作復(fù)雜、常規(guī)培訓(xùn)上機(jī)周期長等原因，使得絕大部分高校的學(xué)生包括研究生都只能對這些先進(jìn)“科研助手”望而遠(yuǎn)觀。因此，開發(fā)這一協(xié)同創(chuàng)新平臺為大學(xué)本科學(xué)生、研究生進(jìn)行研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)，讓學(xué)生共享大型儀器資源，對于完善高校實(shí)踐教學(xué)體系和培養(yǎng)創(chuàng)新型人才而言意義重大。

因此，本成果針對高校教學(xué)尤其是現(xiàn)代分析測試技術(shù)類課程授課過程中普遍存在的問題，圍繞學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力培養(yǎng)進(jìn)行了多年的探索和實(shí)踐，構(gòu)建了以“一主兩翼”（課堂教學(xué)為主體、智能化多媒體仿真教學(xué)和儀器操作實(shí)訓(xùn)為兩翼）的教學(xué)體系為依托，以學(xué)校大型儀器開放共享平臺為教學(xué)實(shí)踐基地，融入思政要素，形成專業(yè)知識、文化素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力“四維一體”的協(xié)調(diào)發(fā)展的人才培養(yǎng)模式，使教學(xué)效果得到顯著改善，人才培養(yǎng)質(zhì)量得到穩(wěn)步提升。

一、背景和現(xiàn)狀

一間教室、一位老師、一塊黑板，這是傳統(tǒng)的課堂。盡管當(dāng)今課堂有了多媒體支撐，但這種教學(xué)模式的諸多弊端仍日益凸顯。尤其是在自然科學(xué)領(lǐng)域，社會和科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，導(dǎo)致課本知識相對滯后、教學(xué)內(nèi)容與研究現(xiàn)狀脫節(jié)；同時(shí)，在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，“滿堂灌”的教學(xué)方式、單一的教學(xué)組織形式、“演示性”的實(shí)踐教學(xué)模式、單一的考核方式等，均造成學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性不高，動手能力也受到極大限制，這與當(dāng)前高校培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型、復(fù)合型人才的目標(biāo)是不相符的。

西南科技大學(xué)X 射線探究晶體微觀世界開課已有十余年，該課程是一門適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣的方法技術(shù)課程，以X 射線衍射分析這一人類探索微觀世界的強(qiáng)大工具為核心，對提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和實(shí)踐技能、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力具有重要意義。2016年，課程組開始對教學(xué)體系進(jìn)行改革，以解決傳統(tǒng)教學(xué)模式中的諸多“痛點(diǎn)”問題，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和實(shí)踐能力，進(jìn)而培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才。

二、創(chuàng)新思路

課程改革突破傳統(tǒng)的“以老師為中心”的教學(xué)模式，融合專業(yè)知識與思政要素，將價(jià)值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)融為一體，形成“以學(xué)生為本、以提高學(xué)生綜合素質(zhì)和實(shí)踐創(chuàng)新能力為主線，實(shí)現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)和素質(zhì)提高協(xié)調(diào)發(fā)展”的新型教學(xué)理念。

（一）以“四維一體”的教學(xué)體系建設(shè)為核心

課堂教學(xué)是大學(xué)教學(xué)活動的體系核心。同時(shí)，兼顧價(jià)值觀引導(dǎo)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)、實(shí)踐實(shí)訓(xùn)，這些是對課堂專業(yè)知識教學(xué)時(shí)空、內(nèi)容和手段上的補(bǔ)充，是學(xué)生陶冶情操、獲取知識和培養(yǎng)能力的重要教學(xué)形式。

（二）以高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)為導(dǎo)向

在注重學(xué)生的基本專業(yè)素質(zhì)提升的同時(shí)，重視學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力培養(yǎng)，尋找到自身人才培養(yǎng)的優(yōu)勢與特色，為學(xué)生未來的職業(yè)選擇奠定基礎(chǔ)。

（三）以多元化的教學(xué)方式改革為途徑

充分利用信息技術(shù)，植入智能化多媒體仿真教學(xué)，堅(jiān)持傳統(tǒng)與現(xiàn)代教學(xué)手段相結(jié)合、線上與線下學(xué)習(xí)相結(jié)合；課堂教學(xué)采用課堂引入實(shí)驗(yàn)、啟發(fā)式教學(xué)、課堂討論、提問式教學(xué)、理論與案例結(jié)合等手段，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、分析問題。

（四）以學(xué)校大型儀器開放共享平臺為依托

堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際，以解決生活、生產(chǎn)中遇到的實(shí)際問題為目標(biāo)，并依托大型儀器開放共享平臺在課程實(shí)踐環(huán)節(jié)上不斷創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能和創(chuàng)新能力。

三、主要舉措

（一）構(gòu)建“一主兩翼”“四維一體”的教學(xué)體系

為了提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐技能，培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才，我們依托學(xué)校大型儀器開放共享平臺（四川省大型科學(xué)儀器共享服務(wù)平臺的分平臺），構(gòu)建了以課堂教學(xué)為主體、智能化仿真教學(xué)和儀器操作實(shí)訓(xùn)為支撐的“一主兩翼”教學(xué)體系（如圖1 所示），形成了集專業(yè)知識、文化素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力“四維一體”的人才培養(yǎng)模式。

圖1 “一主兩翼”“四維一體”教學(xué)體系示意圖

在課堂教學(xué)模式上，打破傳統(tǒng)的“滿堂灌”模式，采用互動式教學(xué)模式；充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，開通了課程釘釘群，采用線上與線下學(xué)習(xí)相結(jié)合、補(bǔ)充的模式，構(gòu)建了以學(xué)生為中心、以學(xué)生自主活動為基礎(chǔ)的新型教學(xué)過程，逐步推進(jìn)教學(xué)過程由教向?qū)W轉(zhuǎn)變。在實(shí)踐環(huán)節(jié)，首先充分利用X 射線衍射儀的智能化仿真教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行模擬實(shí)踐，然后依托大儀平臺進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。

在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)上，巧妙融入思政要素，將價(jià)值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)三者融為一體。例如，在物相鑒定中，設(shè)計(jì)成生活中學(xué)生感興趣的“鑒寶”（未知晶體鑒別、寶玉石鑒別）活動，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的同時(shí)，拓展以玉石為中心載體的中國傳統(tǒng)玉文化，玉有五德（仁、義、智、勇、潔），愛“玉”即愛“德”，教育學(xué)生要以德為先。另外，我國航空航天技術(shù)處于國際領(lǐng)先地位，我們引以為傲，而配置高溫附件（可升溫至2 000℃以上）的X 射線衍射技術(shù)在航天器耐高溫涂層、部件的晶體結(jié)構(gòu)研究中發(fā)揮著重要的作用，借此提升愛國主義情懷。

教學(xué)內(nèi)容安排則突出重點(diǎn)和難點(diǎn)，邊演示邊講解，化繁為簡，努力提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際，將生活中遇到的實(shí)際問題及該領(lǐng)域最新研究成果引入課堂，實(shí)現(xiàn)學(xué)生專業(yè)知識、文化素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力“四維一體”的協(xié)調(diào)發(fā)展。

（二）實(shí)施多元化的教學(xué)方式

在教學(xué)活動組織方面，采用教師主導(dǎo)、學(xué)生主體模式。課堂上，老師充當(dāng)“主持人”角色，以引導(dǎo)、拋出問題為主；學(xué)生分組進(jìn)行討論、匯報(bào)，充分發(fā)揮了學(xué)生學(xué)習(xí)、探索的主動性。

在教學(xué)方法與手段方面，采用課堂講授、課堂引入實(shí)驗(yàn)、啟發(fā)式教學(xué)、提問式教學(xué)、課堂討論、理論與案例相結(jié)合的手段，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、分析問題。例如，將常見晶體結(jié)構(gòu)模型帶入課堂讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)物觀察對比；將關(guān)鍵知識點(diǎn)涉及到的實(shí)驗(yàn)（通過具有紋理結(jié)構(gòu)的實(shí)木板和復(fù)合板的抗壓實(shí)驗(yàn)感知石墨與鉆石晶體結(jié)構(gòu)的區(qū)別、光的雙縫干涉等）帶入課堂，讓學(xué)生自己操作、感知實(shí)驗(yàn)過程，拓展學(xué)生思維。

在教學(xué)評價(jià)方面，注重學(xué)生識別、解決實(shí)際問題的能力，采用過程性（課外拓展作業(yè)占40%、實(shí)踐及實(shí)例分析占20%）與終結(jié)性評價(jià)（期末探索性論文占40%）相結(jié)合的方式；依據(jù)持續(xù)改進(jìn)原則，根據(jù)教學(xué)過程中遇到的問題、學(xué)生反饋信息等，從教學(xué)設(shè)計(jì)、組織、實(shí)施等方面進(jìn)行反思。

（三）依托優(yōu)勢資源——學(xué)校大儀共享平臺，強(qiáng)化實(shí)踐能力培養(yǎng)

課程依托于學(xué)校大儀共享平臺，為學(xué)生提供了優(yōu)質(zhì)的實(shí)踐平臺及實(shí)訓(xùn)資源，充分發(fā)揮大型科研儀器在學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)中的作用。

首先，課程實(shí)踐環(huán)節(jié)引入虛擬儀器仿真平臺（如圖2 所示），將X 射線衍射儀虛擬化，學(xué)生可通過平臺操作一臺虛擬儀器，其界面和功能與實(shí)際儀器一致。學(xué)生在上機(jī)實(shí)訓(xùn)之前，可先通過仿真平臺學(xué)習(xí)儀器基本操作，然后再分組進(jìn)行樣品制備、上機(jī)測試、數(shù)據(jù)處理與分析等實(shí)訓(xùn)操練，切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)踐能力及課堂知識運(yùn)用能力。

圖2 課程虛擬儀器仿真平臺軟件界面

另外，對大型儀器興趣濃厚且有意深入學(xué)習(xí)的同學(xué)，可繼續(xù)參加平臺的大型儀器應(yīng)用培訓(xùn)班，系統(tǒng)學(xué)習(xí)儀器分析原理、自己動手制備各種不同樣品并上機(jī)測試樣品、分析數(shù)據(jù)，進(jìn)一步培養(yǎng)實(shí)際動手的能力。培訓(xùn)完成并經(jīng)考核后，學(xué)生可獲得相應(yīng)儀器培訓(xùn)合格證書或上機(jī)證。取得上機(jī)證的學(xué)生，可預(yù)約并獨(dú)立使用儀器進(jìn)行科學(xué)研究工作。

四、主要成效及推廣應(yīng)用效果

課程“一主兩翼”“四維一體”教學(xué)體系的構(gòu)建與實(shí)施，打破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)的全面轉(zhuǎn)型。改革后的課程充分發(fā)揮了學(xué)生的主體作用和教師的主導(dǎo)作用，有效解決了傳統(tǒng)“填鴨式”課堂模式死板、學(xué)生感覺枯燥而失去學(xué)習(xí)主動性、評價(jià)方式不科學(xué)且課堂與應(yīng)用脫節(jié)等“痛點(diǎn)”問題，激發(fā)了學(xué)生的自主探究欲望和潛能，也培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力，推動了課堂教學(xué)水平的提升；同時(shí)，依托于大儀平臺，建成了理論與實(shí)踐緊密結(jié)合、突出實(shí)踐操作能力的特色課程，極大地提高了本科學(xué)生科研設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)動手、綜合分析與解決問題等的能力，激發(fā)了他們的科研熱情。

很多大一、大二學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)后，對科研充滿了極大興趣，學(xué)習(xí)目標(biāo)更明確，學(xué)習(xí)動力十足，最終推免或考取了碩士研究生。例如，2014 級學(xué)生李程波，經(jīng)課程學(xué)習(xí)后加入學(xué)校大學(xué)生科研創(chuàng)新班，2018 年考取電子科技大學(xué)研究生；2014 級學(xué)生彭?xiàng)羁既W(xué)校研究生；2015 級學(xué)生龔浩杰，經(jīng)課程學(xué)習(xí)后對物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能研究興趣濃厚，積極參加校內(nèi)外各種實(shí)驗(yàn)競賽，獲四川省第一屆物理學(xué)術(shù)競賽三等獎(jiǎng)、四川省普通物理知識競賽二等獎(jiǎng)，并于2019 年考取北京化工大學(xué)研究生，等等。

通過課程實(shí)踐環(huán)節(jié)衍生出的X 射線衍射儀應(yīng)用培訓(xùn)班，每年面對全校本科、研究生開班1 次。2017-2021年，已有100 余人獲得儀器培訓(xùn)合格證書或上機(jī)證。該模式已成功輻射到大儀平臺的其他大型儀器上。目前，平臺每月舉辦兩種儀器的應(yīng)用培訓(xùn)，已培養(yǎng)大量可獨(dú)立上機(jī)進(jìn)行樣品分析的學(xué)生。這對于提高學(xué)生畢業(yè)后的就業(yè)競爭力，完善西南科技大學(xué)實(shí)踐教學(xué)體系和培養(yǎng)創(chuàng)新型人才具有重大意義。

課程的改革實(shí)踐，積極地融入到學(xué)?？蒲袆?chuàng)新人才培養(yǎng)體系建設(shè)中，也是國家級精品課程化學(xué)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、學(xué)校在建現(xiàn)代分析測試技術(shù)精品資源共享課程群的重要組成部分，一并作為支撐材料獲得學(xué)校第五屆優(yōu)秀教學(xué)成果獎(jiǎng)（依托優(yōu)勢資源構(gòu)建科研創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系）。課程主講教師2020 年榮獲學(xué)校第三屆教師實(shí)踐教學(xué)競賽一等獎(jiǎng)（教授內(nèi)容為X 射線衍射分析實(shí)踐模塊）、2021 年榮獲學(xué)校第十二屆青年教學(xué)競賽二等獎(jiǎng)，團(tuán)隊(duì)參與教育部和兵器行業(yè)相關(guān)儀器分析方法標(biāo)準(zhǔn)的制/修訂（已發(fā)布實(shí)施），發(fā)表多篇相關(guān)教改論文。

課程經(jīng)過多年的探索改革與實(shí)踐，有效促進(jìn)了人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高，其理念與具體做法在學(xué)校同類課程以及其他高校中具有普遍的適用性和推廣價(jià)值。

五、反思與今后努力方向

（一）教學(xué)反思

課程的教學(xué)創(chuàng)新改革雖有成效，但仍有諸多方面需進(jìn)一步改進(jìn)。例如：

1.課程課時(shí)較少，教學(xué)設(shè)計(jì)顯得太過緊湊；尤其是在實(shí)踐環(huán)節(jié)中，要想讓每一位同學(xué)都能充分地練習(xí)，則需要更多的學(xué)時(shí)。

2.教學(xué)過程中需要增加與學(xué)生的互動，如果能結(jié)合學(xué)生自身的研究課題進(jìn)行講解、討論，效果將更好。

（二）努力方向

1.基于人的求知和自由本性，通過科研與教學(xué)的有機(jī)融合，將教學(xué)、知識創(chuàng)新與文化傳承過程結(jié)合起來，將相關(guān)的科研資源有效轉(zhuǎn)化為豐富教學(xué)資源，真正實(shí)現(xiàn)科教融合、教學(xué)科研相長。

2.加強(qiáng)線上課程（MOOC）的建設(shè)，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，進(jìn)一步發(fā)揮線上、線下相結(jié)合教學(xué)模式的優(yōu)勢。

3.高度重視教學(xué)改革與研究，打造特色課程，凝練高水平理論成果，并將課程改革思路加以推廣應(yīng)用。