陳毅挺，黃露，邱楨麗，李艷霞

閩江學院材料與化工學院，福州 350108

“新工科”[1-4]建設構想自提出就受到教育界的廣泛關注，其內涵是以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[5-7]?！靶隆背诵屡d出現的新學科外，還包含對傳統(tǒng)的、現有的(舊)學科進行轉型、改造和升級，包括對內涵的拓展、培養(yǎng)目標和標準的轉變或提高、培養(yǎng)模式的改革和創(chuàng)新等；以及由不同學科交叉復合、融合等而產生出來的新學科。

習近平總書記曾提出“不求最大，但求最優(yōu)，但求適應社會需要”的辦學理念，高校培養(yǎng)人才必須與社會需求相契合。近年來，社會對分析測試人才的需求呈現井噴效應，2014年起以第三方檢測機構為代表的我國檢驗檢測行業(yè)開始快速發(fā)展，預計2025年市場規(guī)模將達到2285億元[8]。但是我國第三方檢測機構仍存在一些問題，如專業(yè)技術人才缺乏、品牌意識較弱等，從而在與外資檢測機構競爭中處于劣勢[9,10]。因此為我國檢驗檢測行業(yè)輸送專業(yè)能力強、職業(yè)操守高的分析測試人才，成為教育工作者不可推卸的責任。閩江學院在應用化學專業(yè)和制藥工程專業(yè)中分別設立材料分析課程模塊和藥物質量控制課程模塊，以滿足行業(yè)對專業(yè)測試人才的需求。通過調研，發(fā)現用人單位不僅要求員工能操作儀器設備，還希望他們具備測試儀器的基本維護和保養(yǎng)的能力，以及創(chuàng)新意識和能力[11,12]。因此，應用型分析測試人才培養(yǎng)過程中儀器綜合運用能力以及創(chuàng)新能力的提升，將幫助學生未來盡快適應工作的要求，為學生發(fā)展提供助力，同時也為分析測試行業(yè)的健康長遠發(fā)展提供人才支撐。

1 在人才培養(yǎng)方面遇到的問題

一段時間以來，在分析測試人才的儀器綜合應用能力培養(yǎng)方面存在一些“痛點”亟待解決。如：(1) 課程思政融入不足，協(xié)同育人有待提高；(2) 各種儀器測試方法眾多，內容相對瑣碎，知識體系間脈絡不夠清晰，影響學生學習的興趣與效果；(3) 以往教學偏重儀器理論學習，而忽略了儀器綜合應用(含操作、維護、保養(yǎng))能力和數據分析能力的訓練，這與社會對人才的需求以及當前我國新工科建設的要求相悖；(4) 重機械記憶，輕創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，不利于學生的長遠發(fā)展。

2 教學改革的舉措

針對應用型分析測試人才儀器應用與管理能力提升中遇到的問題，優(yōu)化專業(yè)建設，完善課程體系，并以“兩性一度”作為衡量各相關課程質量的標準，采取了一系列舉措(圖1)。

圖1 痛點與對應舉措

2.1 課程思政貫穿教學實施全過程

在教學各個環(huán)節(jié)中融入課程思政，推動新工科背景下應用型分析測試人才培養(yǎng)的高度和深度，培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞膶W生[13-15]。在人才培養(yǎng)目標與方案的確定環(huán)節(jié)，即將思政教育的要求明確寫入各專業(yè)人才培養(yǎng)方案；在教學計劃環(huán)節(jié)，邀請學校馬克思主義學院的教師參與課程模塊的教研活動，真正將課程思政如何融入教學進行了詳細的規(guī)劃，合理修訂各相關課程的教學大綱，并精確定位到每個章節(jié)，為思政融入課堂指明總體方向。不僅講解檢測技能知識，還緊扣質量控制的重要性，譴責各種造假行為給生命和社會帶來的危害，注重培養(yǎng)學生對職業(yè)道德和社會責任感的思考、對分析檢測人員責任意識的審視。在知識傳授環(huán)節(jié)中，結合課程特點，找準思政契合點，潛移默化中鑄魂育人。如通過各種儀器方法的發(fā)展歷程，鼓勵學生要有敏銳的視角和創(chuàng)新精神，要有辯證唯物觀；通過介紹我國科學家在儀器分析領域的貢獻，堅定學生的“四個自信”，提升民族自豪感，培養(yǎng)其家國情懷；結合學生關注的熱點問題，讓學生利用所學知識自主探討分析，提升學生的價值判斷和理性思維，進而提高學生的專業(yè)認同感和社會責任感；通過具體案例的剖析，并結合實踐活動，以多學科交叉融合突破學生思維定勢，培養(yǎng)學生精益求精的工匠精神；通過挖掘各種辯證元素、理清知識脈絡，訓練學生的辯證思維和邏輯思維能力，幫助學生形成正確的思維方法、科學的研究方法以及對科學發(fā)展的正確認知途徑。在檢查與評價環(huán)節(jié)，一方面注重教學評價有思政底線，同時也針對課程思政融入過程中獲得的經驗和教訓進行總結，并持續(xù)改進。

2.2 教學內容的重構

加強學科間交叉融合，并對照各課程“兩性一度”建設指標[16]，對教學內容進行了調整與充實，授課內容以拓寬學生視野、訓練創(chuàng)新思維為目標，體現學科知識的前沿性、時代性。

將各相關專業(yè)課程(如儀器分析、藥物分析、波譜分析、材料分析測試技術、農藥殘留分析等)有機整合，做到課程間授課內容不重復，知識體系隨課程層層遞進。比如將儀器分析課程中原來的質譜、核磁、紅外光譜、X射線衍射等內容調整到現代測試技術、波譜分析等課程中介紹，而在藥物分析、農藥殘留分析等課程中就不再介紹各儀器方法的基本原理和儀器結構，而是直接進行相關檢測體系的介紹。通過相關課程間的有機整合，同時刪去與當前應用脫節(jié)的內容(如色譜峰面積的手工測量等)，從而節(jié)約的學時可用于充實儀器操作、維護、保養(yǎng)的相關內容以及實驗室管理的各種規(guī)范。

儀器設備運行性能與壽命與日常維護保養(yǎng)是息息相關的，而本科院校在以往的教學過程中對學生儀器維護保養(yǎng)方面的能力培養(yǎng)有所忽視，而這勢必將影響學生在將來工作中的表現[17,18]。通過在相關課程的教學內容中適當地增加有關儀器儀表可靠性評價、硬件維護，以及實驗室管理相關規(guī)范等方面的講授和訓練，增強學生在儀器日常維護、微小故障排除、分析實驗室管理等方面的能力。同時積極創(chuàng)造條件，引導并鼓勵學生參與一些儀器的管理和維護工作。實踐結果證明，這部分學生在完成儀器維護工作的同時，儀器應用、實驗室管理能力都得到明顯提高，這正符合新工科人才不僅要專業(yè)精深，還應具有“學科交叉融合”的特征。

同時，注重將學科前沿內容引入教學，這里既有熱點問題，比如抗疫過程中我國科研人員在抗體檢測方面的領先成果，也有中外期刊中融合生物學、電子學、計算化學等學科間交叉的科研內容，以及教學團隊中各教師的研究成果[19,20]，讓學生覺得創(chuàng)新就在身邊。通過調整和充實教學內容，提升了教學內容的廣度和深度。

2.3 線上線下融合，課內課外結合的教學模式

應用型分析測試人才的培養(yǎng)要體現基礎知識、職業(yè)技能、素質能力等三個方面的有機結合，相關課程模塊的教學團隊(以下簡稱教學團隊)秉持“以學生為中心”，推進線上線下融合、課內課外結合的教學模式，提倡自主學習，推行“學生學習主動化、教師講授多樣化、學習支持立體化”的教學理念。結合課堂、線上平臺、教學實驗室、行業(yè)實驗室等構建立體化教學環(huán)境。

通過教學平臺引導學生開展課前預習，及時把握學生的自學情況，在教師能有效量化掌握并督促學生學習進度的前提下，促進學生自主學習。課中引入智慧教學平臺，改變以往授課靜態(tài)單一的模式。教師利用智慧平臺推送問題到學生移動端，學生采用作答、投票或彈幕的形式來表達自己的觀點，有效地減少了學生的壓力，增強了課堂的互動反饋，改變了傳統(tǒng)課堂中多數學生習慣性地保持沉默的現象[21,22]。教師亦可當堂實時了解學生的知識掌握程度，從而有針對性地調整授課重點與進度，以提高學生對知識的理解與掌握程度。同時注重融入案例，適時安排小組任務，實行課堂翻轉，讓學生動起來。課后學生可通過虛擬仿真訓練等，檢驗學習效果。在課外，教學團隊的雙師型教師為學生開展創(chuàng)新訓練及第二課堂提供有效幫助，讓學生可以學以致用。多樣化的課外訓練，學生可以各取所需，不必面面俱到，鼓勵學生個性化發(fā)展，由此讓學生“忙起來”，“做中學”“學中做”。

2.4 教學方法的改進

教學中堅持以生為本，實行基于問題導向的翻轉課堂教學。授課前將有關資料發(fā)送給學生進行預習。在教學中，除了對教學重難點進行講解外，補充介紹儀器的使用、保養(yǎng)等，還結合各行業(yè)標準方法，將職業(yè)素養(yǎng)融入教學，增強學生代入感，提升學習主動性。在教法上注重問題導向，實行講授與實例討論、實驗實踐相結合。借助具體實例的討論與剖析來加深學生對教學內容的理解，使抽象知識具體化；同時通過合理配置實驗項目，引導學生將理論知識與應用技巧相結合。而在學法上則提倡學生自主學習與探究學習相結合，課堂翻轉中實現學生“會學”“想學”“博學”。

2.4.1 問題導向，有的放矢

針對儀器測試方法眾多，教學內容相對瑣碎，知識體系間脈絡不夠清晰的問題，合理調整教學順序，每節(jié)課以解決若干個問題為導向，抓好問題設計和解決過程，以問題串聯知識點，結合案例分析，適時安排小組任務，實行課堂翻轉，培養(yǎng)學生的儀器應用素養(yǎng)。通過設問解疑，以問題的解決串聯知識點，理清知識脈絡。注重訓練學生發(fā)現問題、分析問題和解決問題的能力，引導學生利用各種途徑自行汲取相關知識，提升自主學習和終生學習的能力。如在講授色譜塔板理論時，通過該理論無法解釋同一色譜柱在不同的載氣流速下柱效不同的實驗結果，也無法指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑，引出速率理論的教學；通過柱效不能表示被分離組分的實際分離效果，當兩組分的分配系數K相同時，無論該色譜柱的塔板數多大，都無法分離的問題，引出分離度的概念。并依此設立三個層層遞進的問題，“如何克服塔板理論不足？”“有無可代表總分離效能的指標？”“色譜分離條件怎么選？”于問題解決中將塔板理論、速率理論、分離度、分離條件選擇等教學內容予以串聯，提高學生對所學知識運用的能力。

2.4.2 二法并重，促進理解

針對教學內容比較分散的特點，在教學中使用主線法與比較法并重的方式。各儀器測試所涉及的內容看似瑣碎，實際有主線可循，可以緊扣各種儀器分析方法的儀器原理、儀器結構、定性定量、操作與維護保養(yǎng)方法、干擾及消除、適用范圍這一主線進行教學。該方法提綱挈領，有助于學生理解記憶，收到了良好的教學效果。同時，儀器測試方法繁多，很多概念看似一樣，其實各有不同。因此，注重在不同方法間采用比較法進行教學。在同類方法(如氣相色譜與液相色譜、各種光譜分析方法等)的學習告一段落后，安排學生自行總結各方法的異同點，格式不限、字數不限。學生完成的結果“令人驚艷”，他們或用表格，或用文字，或用思維導圖，通過對各方法的比較，理順了知識脈絡。同時，教師也可根據學生完成的情況了解學生對知識的掌握程度。

2.4.3 實踐教學，注重引導

在傳統(tǒng)的實踐教學過程中，教師往往先介紹實驗相關原理與內容，然后安排學生開展實驗。由于一般院校中大型分析測試設備的臺數有限，導致相關實驗需要循環(huán)進行，使得教師重復講解工作量大，影響集中講解效果等問題[23]。通過線上線下混合式教學，有關基本原理、儀器結構、操作流程、定量方法的學習可安排學生線上預習，線下教學則重點集中于儀器實體結構、操作與維護注意事項等內容，從而將更多的時間提供給學生進行訓練。實驗開展過程中，教師不能當“甩手掌柜”，必須緊密跟進學生操作，及時糾正出現的問題[24]。同時，在等待儀器給出數據的“空閑”時段，教師應與學生進行知識延伸討論，如結合實驗內容，開展相關國家或行業(yè)標準中的分析方法的剖析，從而引導學生了解所學知識如何運用于實踐；也可結合理論知識，要求學生就某些物質的檢測要求開展討論并提出檢測方案和注意事項等[19,25,26]。同時，對于一些學生的“創(chuàng)造性操作”要給予關注與引導，在以往教學中，發(fā)現有些學生并不是完全依據實驗講義開展實驗，而是自行調整了部分實驗操作流程，甚至自行設計、添加了一些實驗指導書中未曾涉及的內容，這是任課教師們必須大力支持與鼓勵的，這些改動正是建立于學生充分預習與思考之上，是學生自主學習、創(chuàng)新思維的產物。

2.5 產教研融合，協(xié)同育人

遵循新工科產教融合的理念，加強與分析測試行業(yè)機構的聯系，從培養(yǎng)目標、專業(yè)教學、實習實訓等方面開展合作，為學生開展儀器使用與管理技能的訓練創(chuàng)造條件。行業(yè)實驗室也提供了學生實訓的機會，以某色譜柱研制企業(yè)為例，學生可以到企業(yè)實驗室學習色譜柱從設計、制作到驗證的全過程，實現所學色譜知識與產業(yè)的結合，提升了學生的儀器綜合應用能力和數據分析能力。針對同類儀器具有不同品牌、型號的區(qū)別，聯合相關機構(如第三方檢測企業(yè)、環(huán)監(jiān)部門等)，安排學生前往觀摩，實地感受不同型號的儀器之間操作的共性與差別。

結合各類分析儀器的操作與應用，將科研成果引入教學，發(fā)揮教學團隊中雙師型教師占比大(超過60%)的優(yōu)勢，指導學生開展各類創(chuàng)新訓練，使學生有更多自主設計實驗、開展科學研究的機會，鍛煉學生的獨立工作能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識與素養(yǎng)。通過多方協(xié)同育人，遵循產教融合、科教協(xié)同等“新工科”內涵，實現各相關課程的高階性和創(chuàng)新性。

2.6 評價方式的改革

為了體現挑戰(zhàn)度，讓學生積極投入到學習中，將過程性評價與終結性考核相結合，構建多元評價體系。其中既有專業(yè)知識方面的考核，如過程性評價中的小測、綜合作業(yè)，以及終結性考核等；也有方法能力的考核，如實踐環(huán)節(jié)中是否可以準確達成預設目標、是否可以應對異常問題與突發(fā)狀況、對實驗結果是否具有總結歸納能力等；以及社會能力的考核，如過程性評價中的小組討論部分，采用自評、生評、師評相結合，并通過平臺反饋給學生，有疑問的學生可以申請復評，以考核學生相互協(xié)作溝通、清晰表達觀點的水平。通過改進評價規(guī)則，提高了學生自主學習的動力和能力，避免以往重機械記憶，輕綜合能力培養(yǎng)的現象，有利于培養(yǎng)學生的知識應用能力和創(chuàng)新思維，以達到新工科人才培養(yǎng)的最終目的。

3 實施效果與啟發(fā)

通過以上改革嘗試，以往教學中的痛點得到了一定程度的解決。

(1) 通過在教學全過程中融入思政元素，幫助學生樹立誠實、守信的職業(yè)操守，培養(yǎng)辯證思維、創(chuàng)新精神、科學精神和家國情懷，形成良好的職業(yè)技能與素養(yǎng)。提升學生對課程和專業(yè)的認同感，以應用化學專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)情況為例，2020屆該專業(yè)畢業(yè)生的工作與專業(yè)相關度達到91.23%，2021屆更升至98.04%。

(2) 在教學過程中，構建以問題導向為核心，線上線下融合，課內課外結合的教學模式。通過翻轉課堂，在問題解決的過程中，提高了教學質量，學生自主學習意識和能力明顯增強。以儀器分析課程為例，近三年課程通過率穩(wěn)步上升(從88.52%升至95.77%)，校教務處組織的學生測評和同行評價均為優(yōu)秀，通過網上問卷等，該課程也獲得學生的肯定。以儀器分析實驗課程為例，學生學習主動性提升，陸續(xù)有學生中提出對實驗的改進建議[25,26]。如實驗“離子選擇性電極法測定水中微量氟”，在原實驗指導書中是利用玻璃容量瓶配制氟標準溶液和待測溶液后裝入塑料容器內保存，學生們在實驗過程中提出能否直接使用塑料容量瓶，以簡化實驗步驟；而針對原指導書以標準曲線法定量的內容，亦有學生在實驗報告中提出能否增加基于標準加入法的測定步驟，并將標準曲線法和標準加入法的實驗結果進行對比，以增強對這兩種方法的理解。這些思路的提出，表明學生真正理解了實驗原理和步驟，并對實驗產生了一定的興趣，也對相關課程的建設起到了一定的推動作用[19,26]。部分同學通過參與儀器的維護工作，熟悉了設備的特性和操作技巧，甚至承擔了部分樣品的公共測試工作，不但自身得到了訓練，一定程度上還減輕了實驗室管理人員的工作量，加快教師科研過程中樣品表征的速度。

(3) 從社會需求入手，形成了更加符合學生發(fā)展規(guī)律的教學體系，幫助學生畢業(yè)后能盡快達到用人單位在儀器綜合運用能力方面的要求，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識與能力，獲得校外專家(企事業(yè)專家、高校專家)的好評。學生參加創(chuàng)新活動熱情高漲，教學團隊共指導各級大學生創(chuàng)新項目29項，其中國家級9項、省級10項、校級10項，指導學生發(fā)表學術論文53篇(其中學生為第一作者的有30篇)，學生獲得國家發(fā)明專利授權3項(其中1項為學生第一發(fā)明人)，并獲省級以上獎項21項。學生利用所學知識也開展了很多社會實踐活動，如利用光譜檢測技術對福州市內河底泥中的硫化物和油類化合物進行了檢測；采用《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838-2002)的單因子指數法和綜合污染指數法對閩江學院內河治理前后水質指標變化進行了評價[27]等。由于各相關課程的培養(yǎng)目標貼近企業(yè)需求，畢業(yè)生中有不少進入了檢測機構或檢測崗位，其儀器應用能力和敬業(yè)精神獲得了用人單位的肯定。

(4) 錘煉出一支雙師雙能型教學隊伍。教學團隊中60%為雙職稱型教師，80%為雙能型教師，近年來主持省級課程建設與教改項目4項、校級19項，并參與教育部產學協(xié)同育人項目2項，省級教改項目2項。以第一作者發(fā)表教改論文12篇，獲各級教學相關榮譽21項，產教融合的雙師雙能型教學隊伍為提升學生開展創(chuàng)新活動的興趣和能力起了重要作用。

4 結語

各種分析測試儀器在各企事業(yè)單位中的應用日益廣泛，能熟練掌握和靈活使用大型儀器的畢業(yè)生受到了用人單位的青睞。通過對教學內容、教學模式、教學方法進行迭代、持續(xù)改進，對于學生的儀器綜合應用能力的培養(yǎng)和提升取得了較好的效果。未來將深度融合虛擬仿真教學，建立“設備虛擬學習+維護保養(yǎng)訓練+實驗室實操+行業(yè)實驗室實踐”四位一體教學模式，為學生畢業(yè)后能更快、更好地適應分析測試行業(yè)的崗位要求而打下良好的基礎。