大学化学, 2019, 34(5): 1-8 doi: 10.3866/PKU.DXHX201809010

教学研究与改革

基于“产学研用”背景下的仪器分析课程教学机制研究

郭明,, 胡芳玉, 吴荣晖, 周建钟, 文先红, 李铭慧, 李莎

Research on Teaching Mechanism of Instrumental Analysis under the Circumstance of Production, Teaching, Research and Application

GUO Ming,, HU Fangyu, WU Ronghui, ZHOU Jianzhong, WEN Xianhong, LI Minghui, LI Sha

通讯作者: 郭明, Email: guoming@zafu.edu.cn

收稿日期: 2018-09-8   接受日期: 2018-10-8  

基金资助: 浙江省教育科学规划重点研究课题.  2017SB099
浙江省高等教育学会高校实验室工作研究项目.  ZD201812
浙江农林大学教改项目和理化测试综合实践教学基地项目.  KG17012
浙江农林大学教改项目和理化测试综合实践教学基地项目.  JD17002
浙江省高等教育十三五第一批教学改革研究项目

Received: 2018-09-8   Accepted: 2018-10-8  

Fund supported: 浙江省教育科学规划重点研究课题.  2017SB099
浙江省高等教育学会高校实验室工作研究项目.  ZD201812
浙江农林大学教改项目和理化测试综合实践教学基地项目.  KG17012
浙江农林大学教改项目和理化测试综合实践教学基地项目.  JD17002
浙江省高等教育十三五第一批教学改革研究项目

摘要

产学研用"是高等教育实现人才培养目标的重要途径。本文在"产学研用"教学一体化背景下,为提高仪器分析课程教学效果,强化课程对学生专业能力、科研能力和解决企业实际问题的能力培养,在分析目前课程教学存在问题的基础上,对仪器分析"产学研用"教学机制、教学方法、资源共享平台建设、教学团队建设、教学考核等问题进行一体化建设探索,以期通过"产学研用"教学建设促进人才培养质量进一步提升,并对高校培养人才与企业实际需求人才的有效衔接问题提供一定的解决思路。

关键词: 仪器分析课程 ; “产学研用”一体化教学 ; 课程教学机制 ; 教学建设

Abstract

Production-teaching-research-application is one of the important approaches in higher education. In order to improve the teaching effect of the "instrumental analysis" course, and to strengthen the training of the students' professional ability, scientific research ability as well as the enterprise problems resolving ability, this paper, based on the analysis of the existing problems of the instrumental analysis course, makes a teaching research of the "instrumental analysis". The teaching mechanism, teaching methods, the construction of resource-sharing platform, the construction of teaching team and the teaching assessment of "production-teaching-research-application" are explored, and the integration of "production-teaching-research-application" was carried out. The purpose of this research is to further enhance the quality of talents training, and provide a solution for adapting the cultivating talents to the practical need of talents.

Keywords: Instrumental analysis ; Integrated teaching of "production-teaching-research-application" ; Course teaching mechanism ; Teaching construction

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郭明, 胡芳玉, 吴荣晖, 周建钟, 文先红, 李铭慧, 李莎. 基于“产学研用”背景下的仪器分析课程教学机制研究. 大学化学[J], 2019, 34(5): 1-8 doi:10.3866/PKU.DXHX201809010

GUO Ming. Research on Teaching Mechanism of Instrumental Analysis under the Circumstance of Production, Teaching, Research and Application. University Chemistry[J], 2019, 34(5): 1-8 doi:10.3866/PKU.DXHX201809010

“产学研用”教育的内涵就是以社会对人才的需求为目标,优化整合学校、企业、科研单位等多种教学资源,发挥各方优势,将高校教学与生产、科研实践等人才培养要素紧密结合,实现以课堂传授知识为主的传统学校教育与以直接获取实际经验、实践能力为主的生产、科研实践教育相结合,培养专业技能过硬和就业竞争力强的高质量人才[1, 2]。一般意义上,“产学研用”的合作教学是实施于整体的人才培养方案,而人才培养方案由不同课程组成,将“产学研用”与具体的专业课程教学相结合,提高课程教学质量的同时就达到了人才培养质量提升的目的。“产学研用”一体化建设实施于具体的专业课程中,理顺教学机制是关键,机制建设落实于具体的课程建设是教学建设的重要内容[3]

仪器分析课程是化学、环境科学、生物及医药学等相关专业的主要基础课,是一门涉及学科知识较广、难度偏大的专业课。它是以物质的物理和物理化学性质为基础建立起来的一种分析方法,利用特殊仪器对物质进行定性、定量、形态分析,广泛应用在医药、化工、生物科学、材料学、药物学和环境保护等产业[4-6]。当今,大型分析仪器的使用和普及进入飞速发展的新时期,然而,能适应社会经济建设的实用型、技能型、创新型的仪器分析人才严重缺乏[7-9]。目前,仪器分析课程教学大多集中于理论知识的学习,由于课程难度较大,教学方法和手段比较传统,教学效果难以达到预期,实验设备更新跟不上技术更新速度,同时大型仪器的价格高昂,高校教学条件有限,学生获得实际动手操作的机会不多,造成学生实践动手能力和创新能力不足,综合素质不能满足企业行业要求[10-12]。要解决上述问题,仪器分析课程有必要进行“产学研用”一体化教学机制建设,需要改革课程教学方法、教学模式、考核方式,建立“产学研用”资源库和课程教学团队,也需要重整人才培养目标,提高课程教学的针对性、实践性,增强学生实际动手能力和创新能力,有效解决高校培养人才与企业需求人才匹配度不高的问题,培养高素质专业性仪器分析人才[13-15]

1 仪器分析课程“产学研用”一体化建设机制研究

依据仪器分析课程教学以及在有关企业产业的应用状况,将教学内容整体上设计为产业教学、高校教学、科研教学、应用教学四个模块,构建仪器分析课程产学研用一体化教学机制(图1)。

图1

图1   仪器分析课程“产学研用”一体化机制架构图


“产学研用”在仪器分析课程一体化建设中,产业教学模块的功能为:(1)企业产业需求提供课程教学目标,开阔师生眼界,重整专业实用人才的培养方案;(2)利用企业场地、资源条件建设实习基地,开展案例式实景教学。学校教学模块的功能为:(1)理论知识和实验技能的基础教学,培养学生自主学习能力,充分利用资源库完善自身知识体系;(2)创新调整基础理论与实验内容,建设虚拟仿真教学。科研教学模块的功能为:(1)提供前沿知识和先进技能,整合研究条件为实践条件,培养学生的研究与创新能力;(2)开展创新型实践教学。应用教学模块的功能为:(1)以实际应用为最终目的,实施项目式教学,进行综合项目式实践;(2)提高学生综合能力、素质,培养高质量人才。

2 “产学研用”一体化仪器分析教学方法与教学模式

根据仪器分析课程“产学研用”一体化建设机制,分为“产”“学”“研”“用”四个相互衔接的教学模块,采用不同的教学方法与教学模式对课程进行教学探究。

(1)产业教学——案例式教学。

产业在仪器分析课程中采用案例式教学方法。案例教学是一种综合型的教学方法,具有真实性、实践性、启发性,使用得当能够使仪器分析教学对象进入情景,全面提升其判断能力、分析能力、思考能力和解决问题的能力。在仪器分析案例式课堂上,通过现场参观和案例实习等方式,有针对性地引入企业产业实际应用中有关的仪器分析案例,并根据案例教学步骤进行教学。

首先,上课前,组织学生阅读相关企业案例材料,教师列出思考题,学生查阅指定的文献资料,积极地思索,初步形成案例中问题的原因分析和解决方案。其次,在实景式案例教学现场,学生划分为3–6人的小组,各小组讨论,也可以自己组织有效活动,教师不予干涉。再者,案例式现场教学结束后,各小组派出代表,发表本小组对于案例的分析和意见。小组集中讨论过程为教学对象发挥过程,通过发言、讨论环节扩展和深化学生对案例的理解程度。最后,在小组间集中讨论完成后,教师留出时间让学生思考和总结,使其对案例以及案例所反映出来的问题有深刻认识。

此阶段不同于传统的社会实践模式,该阶段是在学习相关仪器分析内容的前期,线上预习相关内容,了解相关知识的基础上开展,目的是通过案例体验增加学生学习的积极性,对案例中问题的原因分析和解决方案形成初步认识。同时,通过实景式案例教学,可以感知企业行业最新的仪器分析发展动态,为课程教学目标的重整和培养方案的修订提供基础。学校可联合企业建立案例资源库,使学生查找有关案例资料更为便捷,增强资源利用率。

(2)高校教学——翻转课堂教学。

仪器分析教学课堂中改变教师“先教后学”的传统教学方式,采用基于信息技术平台的翻转课堂模式,以学定教(图2)。

图2

图2   基于信息技术平台的“翻转课堂”教学模式


仪器分析课程内容的信息传递是课前进行的,教师指定教学内容并提供部分视频、文档和学习网站等,还可进行在线辅导。“吸收内化”是在课堂上通过互动完成的,教师提前了解学生的学习难点,在课堂上讲述重点难点并对学生问题给予有效解惑,同学之间的互动更有助于促进学生知识的吸收内化过程。课后教师可对学习总结进行跟踪指导,对不同水平的学生进行分层次个性辅导,督促学生对所学知识进行归纳总结,巩固学习效果。仪器分析翻转课堂的教学模式提高了学生自主学习能力、信息技术和资源利用能力。

(3)科研教学——赛教联合和科研训练项目教学。

科研教学采用仪器分析赛教联合和科研训练项目(含开放项目、大学生创新项目、教师科研项目)教学,积极举办并组织学生参加各种与仪器分析有关的学科竞赛和科研训练项目,融合开放项目、大学生创新项目和教师科研创新项目,建立科教融合体系(图3)。

图3

图3   科教融合体系


为促进教学内容与竞赛、科研训练项目内容的融合,要实现竞赛、项目内容向课程内容的转化,整合项目和竞赛资源,开发科研训练项目库。通过开放项目、大学生创新项目、教师科研项目和学科竞赛提高仪器分析第二课堂育人功能,提升教学效果。同时,针对性地精选学科竞赛和科研训练项目相关内容,通过资源整合、内容创新和动态调整,将其应用到仪器分析第一课堂教学内容中,解决目前教学前沿性、创新性不足等问题。

(4)应用教学——综合项目式教学。

应用教学采用项目式教学方法。精选企业产业切实实施的涉及仪器分析的综合项目,经过整理成为仪器分析综合应用教学项目,建立仪器分析课程项目式教学体系(图4)。

图4

图4   仪器分析课程项目式教学体系


准备阶段:进行项目选择和团队组建。选择的项目应该涉及多项仪器联用解决问题的实用型综合性项目,能够通过该项目将单个孤立的仪器分析不同模块和知识点结合形成知识线和知识面。同时建立以项目内容为中心的团队组织,组建教师和学生双向选择的项目训练团队。

实施阶段:①方案制定,团队成员协同调研,获取项目内容涉及的资料,对支持项目任务的知识和技能进行系统梳理,选出解决仪器分析问题的方法,构建出适宜的实验方案;②项目实施,细化仪器分析任务,获取知识与技术支撑,实施多仪器联合分析实验,并根据所学知识解决实验过程中出现的问题;③结果分析,通过将实验数据与理论结果比较,找出项目实施中存在的问题,从而对整体设计方案进行完善,实现理论和实际动手能力相结合的项目式教学要求。

项目完成后阶段:教师通过结题答辩对学生的成果进行考核与评价,学生以文件的形式把总结后的项目研究成果进行归档保存或提练出精华部分写成论文发表或申请相关专利。通过项目式教学法,提高学生解决实际问题的能力以及学生的综合素养、团结协作的人文素养及科技创新能力。

仪器分析课程“产学研用”一体化建设为“产业+课程+科研+应用”相结合的教学模式,按照“1 + 6 + 1 + 2”(10% + 60% + 10% + 20%)课程教学模式结合一二三课堂教学模式授课(图5)。“1 + 6 + 1 + 2”教学模式将原来单纯的高校课堂教学扩展到“产学研用”一体化教学,第一课堂教学时数基本不变(课堂教学仍为32学时,第二、第三课堂为22学时),但是充分利用了一二三课堂教学模式,将总体课堂时数从原来的32个学时提升为54个学时。其中产业教学占10%,5.5个学时;学校教学占60%,32个学时;研究教学占10%,5.5个学时;应用教学占20%,11个学时。以学校课堂教学为主,产业、科研教学为辅,应用教学为最终目的,实现学生仪器分析综合素质的提升,使毕业生迅速适应企业行业对仪器分析人才的要求。

图5

图5   仪器分析一二三课堂教学模式


一二三课堂教学模式,充分将企业行业对仪器分析人才的需求与高校人才培养相结合,第一课堂是高校教学,进行理论教学与实验教学;第二课堂是产业教学和科研教学结合;第三课堂主要为综合项目式教学,对所学知识进行综合应用,解决实际仪器分析项目问题。通过一二三课堂教学模式,学校将“学有所依”与“学以致用”充分融合,学生将所学理论知识充分应用到实践当中,解决实际问题,培养高质量人才。

3 “产学研用”一体化仪器分析资源库建设

为了进一步发展与深化仪器分析“产学研用”一体化建设,创建与之匹配的教学资源库是必要条件,也是教学品质提升的表现。资源库建设可将产业教学、高校教学、科研教学与应用教学所涉及的资源整合优化,弥补仪器分析教学资源的不足。仪器分析教学资源库是由“产”“学”“研”“用”四方教学资源组成的学习平台,其教学资源库主要包括案例教学资源库、线下教学资源库、线上教学资源库、科研训练项目库、竞赛项目资源库和综合项目资源库等(图6)。将各模块资源库资料,如视频、PPT、电子材料、任务书、习题库等,通过网络平台进行展示,形成内容丰富、类型全面的仪器分析网络资源库平台。

图6

图6   仪器分析资源库建设


4 “产学研用”一体化仪器分析教学团队建设

教学团队是教学建设的重要组织形式,教师是影响教学效果的重要因素。实现仪器分析教学的“产学研用”高度融合,必须构建高效的运行团队,“产学研用”一体化仪器分析教学团队构成如图7所示。

图7

图7   高效教学团队建设


仪器分析课堂教学团队建设,要从“产学研用”四个方面进行综合建设。从产业教学角度,企业派出高水平技术人员或高级仪器分析人员到高校做兼职教师,丰富教师团队人力资源,增强学生对企业仪器分析实际操作的了解,更容易适应日后企业行业工作;从高校教学角度,仪器分析专业课教师采用一师一仪器的教学模式,每类仪器教学都由擅长的教师进行教学,充分利用教师资源;从科研教学角度,组织学科竞赛教师、科研训练项目教师和优秀研究生、高年级本科生为团队成员,使竞赛、科研内容更贴近课堂教学,也能起到传、帮、带的作用;从应用教学角度,教师组成范围增大,除了仪器分析教研室的专业教师以外,在整个学科和学院,甚至全校或其他事业单位聘请在仪器分析应用方面取得显著成果的教师为团队成员。教学团队中的各个教师各司其职,教师将社会需求的仪器分析人才标准作为教学目标,彼此之间知识互补共同进行专业人才培养,每位教师负责自己擅长的教学内容,发挥所长,共同为学生提供教学,实现了仪器分析课程在“产”“学”“研”“用”四方面的无缝链接,也实现了高校人才培养与企业行业人才需求的有效对接。

5 “产学研用”一体化仪器分析教学考核

以往的仪器分析教学考核主要以期末考试的形式呈现,教师根据卷面成绩评价,无法完全真实反映教学效果。改革单一的理论考试现象,采用“产学研用”复合考核的方法,侧重对学生综合能力的评价,将产业、教学、科研和综合项目应用成绩按一定比例计算,形成综合性评价体系。理论考试分数的比例降低,实践及综合能力的考评分数比例提高。以总分100分制为例,高校教学考核占60%,产业教学考核占10%,科研教学考核占10%,应用教学考核占20%,具体如表1所示。

表1   “产学研用”仪器分析课程一体化教学模式下的考核标准体系

成绩考核指标考核成绩标准考核内容
总成绩
(100分)
产业教学考核成绩
(10%)
产业实践案例分析与发展报告(100%)组织学生到相关企业开展案例教学,了解仪器分析发展动态背景、生产中具体应用实例,总结案例教学心得,提交分析与发展报告
高校教学考核成绩
(60%)
理论考试(70%)实施考教分离的考评模式,以卷面成绩为理论知识考核成绩,以动手操作成绩为实验技能考核成绩
平时成绩(30%)按照学生线上预习情况、课后总结性学习情况、课堂表现等给出成绩
科研教学考核成绩
(10%)
科研训练项目/竞赛实施结果考核(70%)根据学生所取得的竞赛项目奖项、名次和各项目所发表的论文、专利情况,对学生进行评价,给出成绩
科研训练项目/竞赛项目设计与实施过程(30%)根据学生的科研创新设计方案和实验结果,考核学生举一反三的能力和对知识应用的具体情况,考核创新意识和创新能力,给出成绩
应用教学成绩(20%)综合项目方案与实施(30%)根据学生各学期综合项目方案设计与实施操作过程,给出成绩
综合项目实施结果(70%)根据学生的综合项目实施结果,考核学生应用所学知识解决实际问题的能力,给出成绩

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其中教学、科研和应用方面由校内教师考核,企业实践由校内校外教师共同评价。仪器分析产学研用复合式考核,从四方面充分考查学生的理论知识、实践能力、创新能力和综合应用能力,反映真实教学效果,极大提高了课程的教学效果。

6 结语

通过对仪器分析“产学研用”教学机制、教学方法、资源共享平台建设、教学团队建设、教学考核等问题进行“产学研用”一体化建设探索,将教学内容整体上整理为产业教学、高校教学、科研教学、应用教学四个模块,分别采用案例式教学、翻转课堂、赛教联合科研训练项目式教学、综合项目式教学方法。同时建立仪器分析“产学研用”一体化资源平台、教学团队和教学考核方法,鼓励学生积极思考、自主学习,培养有创新意识和专业知识的仪器分析人才。经过对2016、2017两届林学和应用化学专业学生进行初步的仪器分析教学改革实践,“产学研用”一体化教学取得了较好的预期结果,它不仅能够准确把握行业产业对课程教学内容的实际需求,而且还能高效提升学生的仪器分析动手能力和快速积累实际操作经验。

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