工科专业大型精密分析仪器运用能力培养体系的建设
刘小青谢峻林方德梁晓宁
［摘要］掌握大型精密分析仪器的核心科技，突破西方的技术壁垒，对创新型人才的培养至关重要。以透射电镜运用能力培养体系的建设实践为例，研究了工科专业大型精密分析仪器运用能力培养体系的建设方法。通过开发实物教学模型，结合计算机多媒体技术、网络技术和虚拟仿真技术搭建多媒体素质教育平台，借助MOOC和超星网络教学平台，建成了理论与实践深度融合，课内与课外、线上与线下有机结合的，以创新型人才培养为目标的透射电镜运用能力培养体系。透射电镜运用能力培养体系的建设经验可为其他大型精密分析仪器运用能力培养体系的建设提供借鉴与参考。
［关键词］创新型人才；大型精密分析仪器；透射电镜；运用能力
［基金项目］2020年度教育部产学合作协同育人项目“‘材料研究与测试方法案例教学的设计与实施”（202002204026）；2021年度武汉理工大学校级教学改革重点研究项目“基于混合式教学的‘透射电镜实验立体化教材建设研究”（
［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章编号］1674-9324（2023）24-0001-04［收稿日期］2022-06-21
近年来，国内越来越多的高校购买了透射电镜等大型精密分析仪器。这些仪器99%为西方发达国家所研发，价格昂贵，售后服务成本高。为突破技术壁垒，创新型人才培养已经迫在眉睫［1-2］。作为国家未来的创新型科技人才，工科大学生应该尽可能地掌握大型精密分析仪器的工作原理和操作技能，然而长期以来，大型精密分析仪器的教学出现重理论、轻实践，理论与实践脱节，或者只讲理论不做实验的现象［3-4］。学生学完“分析测试技术”课程参加工作后或攻读研究生时，仍然不会操作大型精密分析仪器的现象十分普遍。如何改进分析测试技术类课程的教学方法和教学手段，提高学生大型精密分析仪器的运用能力，是新工科背景下卓越工程师培养必须解决的一个棘手问题，近年来已经受到了社会各界的广泛关注［5-6］。信息技术的飞速发展促进了教育教学的信息化改革研究，大数据和人工智能等前沿技术带来的时代变革也让教育从业者对教学改革有了更强烈的危机感、紧迫感和使命感［7-10］。在新的机遇和挑战面前，本文拟以透射电镜运用能力培养体系的建設实践，探讨工科专业大型精密分析仪器运用能力培养体系的建设。
一、建设背景
透射电镜可以在纳米和皮米尺度表征材料的微观结构及物质组成等，广泛应用于与材料和生命科学及相关领域，是现代分析测试技术最重要的手段，也是理工科高校材料研究与测试方法类课程中重要的教学章节，但因学时和设备有限，在教学实践中暴露出以下几个主要问题：（1）透射电镜的理论教学难度大。透射电镜涉及的晶体学理论和电子光学理论比较艰深，透射电镜的结构也很复杂，而目前透射电镜教学资源多以文字、图片和PPT为主，交互性、可视化的教学资源相对匮乏。因此，透射电镜的理论知识很难被学生所理解与掌握。（2）透射电镜的实验教学难以有效开展。透射电镜价格昂贵，维护成本高，台套数少，且大多以科学研究为主，服务教学的少之又少。即使应用于教学，也不太放心学生在仪器上操作，因此，学生在透射电镜上的动手机会很少。（3）学生对透射电镜的综合运用能力差。由于对透射电镜理论知之不深，又缺乏实际操作经验，在解析透射电镜实验数据时，学生很难结合透射电镜理论与实验操作中观察到的实验现象，对实验数据进行准确、有效的综合分析，导致学生的综合分析问题能力得不到有效提高。
二、建设目标与定位
透射电镜运用能力培养体系的建设目标是顺应新工科背景下教学改革的大趋势，充分利用计算机多媒体技术和网络技术，发掘与利用各种有形和无形的教学资源，将抽象的理论形象化，将具体的实验虚拟化，实现课内教学和课外学习、线下教学和线上学习的有机结合与相互补充，最终建成理论与实践深度融合的透射电镜运用能力培养体系。透射电镜运用能力培养体系是工科专业大型精密分析仪器运用能力培养体系的重要组成部分，其建设应满足新工科背景下综合型、创新型、应用型人才培养的要求，培养具有较扎实的透射电镜理论知识基础、熟练的透射电镜操作技能和独立的数据分析处理能力的透射电镜创新型应用人才。
三、建设实践
（一）构建理论与实践相结合的“透射电镜”课程教学体系
根据工科大学教育对卓越人才培养的要求，以培养学生基础理论素养和提高学生动手能力为出发点，制订适合大学生工程教育的“透射电镜”课程教学大纲。理论教学以目标为导向组织教学，充分运用原理示意图、结构解剖图、教学视频、教学动画、交互式三维虚拟仿真软件、MOOC课和超星网络教学平台等多媒体教学手段，帮助学生更好地理解透射电镜的结构、组成和透射电镜的工作原理、成像原理以及数据分析原理，激发学生的学习热情。实验训练以解决实际问