陈毅挺，黄露，邱桢丽，李艳霞

闽江学院材料与化工学院，福州 350108

“新工科”[1-4]建设构想自提出就受到教育界的广泛关注，其内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才[5-7]。“新”除了新兴出现的新学科外，还包含对传统的、现有的(旧)学科进行转型、改造和升级，包括对内涵的拓展、培养目标和标准的转变或提高、培养模式的改革和创新等；以及由不同学科交叉复合、融合等而产生出来的新学科。

习近平总书记曾提出“不求最大，但求最优，但求适应社会需要”的办学理念，高校培养人才必须与社会需求相契合。近年来，社会对分析测试人才的需求呈现井喷效应，2014年起以第三方检测机构为代表的我国检验检测行业开始快速发展，预计2025年市场规模将达到2285亿元[8]。但是我国第三方检测机构仍存在一些问题，如专业技术人才缺乏、品牌意识较弱等，从而在与外资检测机构竞争中处于劣势[9,10]。因此为我国检验检测行业输送专业能力强、职业操守高的分析测试人才，成为教育工作者不可推卸的责任。闽江学院在应用化学专业和制药工程专业中分别设立材料分析课程模块和药物质量控制课程模块，以满足行业对专业测试人才的需求。通过调研，发现用人单位不仅要求员工能操作仪器设备，还希望他们具备测试仪器的基本维护和保养的能力，以及创新意识和能力[11,12]。因此，应用型分析测试人才培养过程中仪器综合运用能力以及创新能力的提升，将帮助学生未来尽快适应工作的要求，为学生发展提供助力，同时也为分析测试行业的健康长远发展提供人才支撑。

1 在人才培养方面遇到的问题

一段时间以来，在分析测试人才的仪器综合应用能力培养方面存在一些“痛点”亟待解决。如：(1) 课程思政融入不足，协同育人有待提高；(2) 各种仪器测试方法众多，内容相对琐碎，知识体系间脉络不够清晰，影响学生学习的兴趣与效果；(3) 以往教学偏重仪器理论学习，而忽略了仪器综合应用(含操作、维护、保养)能力和数据分析能力的训练，这与社会对人才的需求以及当前我国新工科建设的要求相悖；(4) 重机械记忆，轻创新思维的培养，不利于学生的长远发展。

2 教学改革的举措

针对应用型分析测试人才仪器应用与管理能力提升中遇到的问题，优化专业建设，完善课程体系，并以“两性一度”作为衡量各相关课程质量的标准，采取了一系列举措(图1)。

图1 痛点与对应举措

2.1 课程思政贯穿教学实施全过程

在教学各个环节中融入课程思政，推动新工科背景下应用型分析测试人才培养的高度和深度，培养德才兼备的学生[13-15]。在人才培养目标与方案的确定环节，即将思政教育的要求明确写入各专业人才培养方案；在教学计划环节，邀请学校马克思主义学院的教师参与课程模块的教研活动，真正将课程思政如何融入教学进行了详细的规划，合理修订各相关课程的教学大纲，并精确定位到每个章节，为思政融入课堂指明总体方向。不仅讲解检测技能知识，还紧扣质量控制的重要性，谴责各种造假行为给生命和社会带来的危害，注重培养学生对职业道德和社会责任感的思考、对分析检测人员责任意识的审视。在知识传授环节中，结合课程特点，找准思政契合点，潜移默化中铸魂育人。如通过各种仪器方法的发展历程，鼓励学生要有敏锐的视角和创新精神，要有辩证唯物观；通过介绍我国科学家在仪器分析领域的贡献，坚定学生的“四个自信”，提升民族自豪感，培养其家国情怀；结合学生关注的热点问题，让学生利用所学知识自主探讨分析，提升学生的价值判断和理性思维，进而提高学生的专业认同感和社会责任感；通过具体案例的剖析，并结合实践活动，以多学科交叉融合突破学生思维定势，培养学生精益求精的工匠精神；通过挖掘各种辩证元素、理清知识脉络，训练学生的辩证思维和逻辑思维能力，帮助学生形成正确的思维方法、科学的研究方法以及对科学发展的正确认知途径。在检查与评价环节，一方面注重教学评价有思政底线，同时也针对课程思政融入过程中获得的经验和教训进行总结，并持续改进。

2.2 教学内容的重构

加强学科间交叉融合，并对照各课程“两性一度”建设指标[16]，对教学内容进行了调整与充实，授课内容以拓宽学生视野、训练创新思维为目标，体现学科知识的前沿性、时代性。

将各相关专业课程(如仪器分析、药物分析、波谱分析、材料分析测试技术、农药残留分析等)有机整合，做到课程间授课内容不重复，知识体系随课程层层递进。比如将仪器分析课程中原来的质谱、核磁、红外光谱、X射线衍射等内容调整到现代测试技术、波谱分析等课程中介绍，而在药物分析、农药残留分析等课程中就不再介绍各仪器方法的基本原理和仪器结构，而是直接进行相关检测体系的介绍。通过相关课程间的有机整合，同时删去与当前应用脱节的内容(如色谱峰面积的手工测量等)，从而节约的学时可用于充实仪器操作、维护、保养的相关内容以及实验室管理的各种规范。

仪器设备运行性能与寿命与日常维护保养是息息相关的，而本科院校在以往的教学过程中对学生仪器维护保养方面的能力培养有所忽视，而这势必将影响学生在将来工作中的表现[17,18]。通过在相关课程的教学内容中适当地增加有关仪器仪表可靠性评价、硬件维护，以及实验室管理相关规范等方面的讲授和训练，增强学生在仪器日常维护、微小故障排除、分析实验室管理等方面的能力。同时积极创造条件，引导并鼓励学生参与一些仪器的管理和维护工作。实践结果证明，这部分学生在完成仪器维护工作的同时，仪器应用、实验室管理能力都得到明显提高，这正符合新工科人才不仅要专业精深，还应具有“学科交叉融合”的特征。

同时，注重将学科前沿内容引入教学，这里既有热点问题，比如抗疫过程中我国科研人员在抗体检测方面的领先成果，也有中外期刊中融合生物学、电子学、计算化学等学科间交叉的科研内容，以及教学团队中各教师的研究成果[19,20]，让学生觉得创新就在身边。通过调整和充实教学内容，提升了教学内容的广度和深度。

2.3 线上线下融合，课内课外结合的教学模式

应用型分析测试人才的培养要体现基础知识、职业技能、素质能力等三个方面的有机结合，相关课程模块的教学团队(以下简称教学团队)秉持“以学生为中心”，推进线上线下融合、课内课外结合的教学模式，提倡自主学习，推行“学生学习主动化、教师讲授多样化、学习支持立体化”的教学理念。结合课堂、线上平台、教学实验室、行业实验室等构建立体化教学环境。

通过教学平台引导学生开展课前预习，及时把握学生的自学情况，在教师能有效量化掌握并督促学生学习进度的前提下，促进学生自主学习。课中引入智慧教学平台，改变以往授课静态单一的模式。教师利用智慧平台推送问题到学生移动端，学生采用作答、投票或弹幕的形式来表达自己的观点，有效地减少了学生的压力，增强了课堂的互动反馈，改变了传统课堂中多数学生习惯性地保持沉默的现象[21,22]。教师亦可当堂实时了解学生的知识掌握程度，从而有针对性地调整授课重点与进度，以提高学生对知识的理解与掌握程度。同时注重融入案例，适时安排小组任务，实行课堂翻转，让学生动起来。课后学生可通过虚拟仿真训练等，检验学习效果。在课外，教学团队的双师型教师为学生开展创新训练及第二课堂提供有效帮助，让学生可以学以致用。多样化的课外训练，学生可以各取所需，不必面面俱到，鼓励学生个性化发展，由此让学生“忙起来”，“做中学”“学中做”。

2.4 教学方法的改进

教学中坚持以生为本，实行基于问题导向的翻转课堂教学。授课前将有关资料发送给学生进行预习。在教学中，除了对教学重难点进行讲解外，补充介绍仪器的使用、保养等，还结合各行业标准方法，将职业素养融入教学，增强学生代入感，提升学习主动性。在教法上注重问题导向，实行讲授与实例讨论、实验实践相结合。借助具体实例的讨论与剖析来加深学生对教学内容的理解，使抽象知识具体化；同时通过合理配置实验项目，引导学生将理论知识与应用技巧相结合。而在学法上则提倡学生自主学习与探究学习相结合，课堂翻转中实现学生“会学”“想学”“博学”。

2.4.1 问题导向，有的放矢

针对仪器测试方法众多，教学内容相对琐碎，知识体系间脉络不够清晰的问题，合理调整教学顺序，每节课以解决若干个问题为导向，抓好问题设计和解决过程，以问题串联知识点，结合案例分析，适时安排小组任务，实行课堂翻转，培养学生的仪器应用素养。通过设问解疑，以问题的解决串联知识点，理清知识脉络。注重训练学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，引导学生利用各种途径自行汲取相关知识，提升自主学习和终生学习的能力。如在讲授色谱塔板理论时，通过该理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径，引出速率理论的教学；通过柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分的分配系数K相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离的问题，引出分离度的概念。并依此设立三个层层递进的问题，“如何克服塔板理论不足？”“有无可代表总分离效能的指标？”“色谱分离条件怎么选？”于问题解决中将塔板理论、速率理论、分离度、分离条件选择等教学内容予以串联，提高学生对所学知识运用的能力。

2.4.2 二法并重，促进理解

针对教学内容比较分散的特点，在教学中使用主线法与比较法并重的方式。各仪器测试所涉及的内容看似琐碎，实际有主线可循，可以紧扣各种仪器分析方法的仪器原理、仪器结构、定性定量、操作与维护保养方法、干扰及消除、适用范围这一主线进行教学。该方法提纲挈领，有助于学生理解记忆，收到了良好的教学效果。同时，仪器测试方法繁多，很多概念看似一样，其实各有不同。因此，注重在不同方法间采用比较法进行教学。在同类方法(如气相色谱与液相色谱、各种光谱分析方法等)的学习告一段落后，安排学生自行总结各方法的异同点，格式不限、字数不限。学生完成的结果“令人惊艳”，他们或用表格，或用文字，或用思维导图，通过对各方法的比较，理顺了知识脉络。同时，教师也可根据学生完成的情况了解学生对知识的掌握程度。

2.4.3 实践教学，注重引导

在传统的实践教学过程中，教师往往先介绍实验相关原理与内容，然后安排学生开展实验。由于一般院校中大型分析测试设备的台数有限，导致相关实验需要循环进行，使得教师重复讲解工作量大，影响集中讲解效果等问题[23]。通过线上线下混合式教学，有关基本原理、仪器结构、操作流程、定量方法的学习可安排学生线上预习，线下教学则重点集中于仪器实体结构、操作与维护注意事项等内容，从而将更多的时间提供给学生进行训练。实验开展过程中，教师不能当“甩手掌柜”，必须紧密跟进学生操作，及时纠正出现的问题[24]。同时，在等待仪器给出数据的“空闲”时段，教师应与学生进行知识延伸讨论，如结合实验内容，开展相关国家或行业标准中的分析方法的剖析，从而引导学生了解所学知识如何运用于实践；也可结合理论知识，要求学生就某些物质的检测要求开展讨论并提出检测方案和注意事项等[19,25,26]。同时，对于一些学生的“创造性操作”要给予关注与引导，在以往教学中，发现有些学生并不是完全依据实验讲义开展实验，而是自行调整了部分实验操作流程，甚至自行设计、添加了一些实验指导书中未曾涉及的内容，这是任课教师们必须大力支持与鼓励的，这些改动正是建立于学生充分预习与思考之上，是学生自主学习、创新思维的产物。

2.5 产教研融合，协同育人

遵循新工科产教融合的理念，加强与分析测试行业机构的联系，从培养目标、专业教学、实习实训等方面开展合作，为学生开展仪器使用与管理技能的训练创造条件。行业实验室也提供了学生实训的机会，以某色谱柱研制企业为例，学生可以到企业实验室学习色谱柱从设计、制作到验证的全过程，实现所学色谱知识与产业的结合，提升了学生的仪器综合应用能力和数据分析能力。针对同类仪器具有不同品牌、型号的区别，联合相关机构(如第三方检测企业、环监部门等)，安排学生前往观摩，实地感受不同型号的仪器之间操作的共性与差别。

结合各类分析仪器的操作与应用，将科研成果引入教学，发挥教学团队中双师型教师占比大(超过60%)的优势，指导学生开展各类创新训练，使学生有更多自主设计实验、开展科学研究的机会，锻炼学生的独立工作能力，培养创新意识与素养。通过多方协同育人，遵循产教融合、科教协同等“新工科”内涵，实现各相关课程的高阶性和创新性。

2.6 评价方式的改革

为了体现挑战度，让学生积极投入到学习中，将过程性评价与终结性考核相结合，构建多元评价体系。其中既有专业知识方面的考核，如过程性评价中的小测、综合作业，以及终结性考核等；也有方法能力的考核，如实践环节中是否可以准确达成预设目标、是否可以应对异常问题与突发状况、对实验结果是否具有总结归纳能力等；以及社会能力的考核，如过程性评价中的小组讨论部分，采用自评、生评、师评相结合，并通过平台反馈给学生，有疑问的学生可以申请复评，以考核学生相互协作沟通、清晰表达观点的水平。通过改进评价规则，提高了学生自主学习的动力和能力，避免以往重机械记忆，轻综合能力培养的现象，有利于培养学生的知识应用能力和创新思维，以达到新工科人才培养的最终目的。

3 实施效果与启发

通过以上改革尝试，以往教学中的痛点得到了一定程度的解决。

(1) 通过在教学全过程中融入思政元素，帮助学生树立诚实、守信的职业操守，培养辩证思维、创新精神、科学精神和家国情怀，形成良好的职业技能与素养。提升学生对课程和专业的认同感，以应用化学专业毕业生就业情况为例，2020届该专业毕业生的工作与专业相关度达到91.23%，2021届更升至98.04%。

(2) 在教学过程中，构建以问题导向为核心，线上线下融合，课内课外结合的教学模式。通过翻转课堂，在问题解决的过程中，提高了教学质量，学生自主学习意识和能力明显增强。以仪器分析课程为例，近三年课程通过率稳步上升(从88.52%升至95.77%)，校教务处组织的学生测评和同行评价均为优秀，通过网上问卷等，该课程也获得学生的肯定。以仪器分析实验课程为例，学生学习主动性提升，陆续有学生中提出对实验的改进建议[25,26]。如实验“离子选择性电极法测定水中微量氟”，在原实验指导书中是利用玻璃容量瓶配制氟标准溶液和待测溶液后装入塑料容器内保存，学生们在实验过程中提出能否直接使用塑料容量瓶，以简化实验步骤；而针对原指导书以标准曲线法定量的内容，亦有学生在实验报告中提出能否增加基于标准加入法的测定步骤，并将标准曲线法和标准加入法的实验结果进行对比，以增强对这两种方法的理解。这些思路的提出，表明学生真正理解了实验原理和步骤，并对实验产生了一定的兴趣，也对相关课程的建设起到了一定的推动作用[19,26]。部分同学通过参与仪器的维护工作，熟悉了设备的特性和操作技巧，甚至承担了部分样品的公共测试工作，不但自身得到了训练，一定程度上还减轻了实验室管理人员的工作量，加快教师科研过程中样品表征的速度。

(3) 从社会需求入手，形成了更加符合学生发展规律的教学体系，帮助学生毕业后能尽快达到用人单位在仪器综合运用能力方面的要求，培养了学生的创新意识与能力，获得校外专家(企事业专家、高校专家)的好评。学生参加创新活动热情高涨，教学团队共指导各级大学生创新项目29项，其中国家级9项、省级10项、校级10项，指导学生发表学术论文53篇(其中学生为第一作者的有30篇)，学生获得国家发明专利授权3项(其中1项为学生第一发明人)，并获省级以上奖项21项。学生利用所学知识也开展了很多社会实践活动，如利用光谱检测技术对福州市内河底泥中的硫化物和油类化合物进行了检测；采用《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)的单因子指数法和综合污染指数法对闽江学院内河治理前后水质指标变化进行了评价[27]等。由于各相关课程的培养目标贴近企业需求，毕业生中有不少进入了检测机构或检测岗位，其仪器应用能力和敬业精神获得了用人单位的肯定。

(4) 锤炼出一支双师双能型教学队伍。教学团队中60%为双职称型教师，80%为双能型教师，近年来主持省级课程建设与教改项目4项、校级19项，并参与教育部产学协同育人项目2项，省级教改项目2项。以第一作者发表教改论文12篇，获各级教学相关荣誉21项，产教融合的双师双能型教学队伍为提升学生开展创新活动的兴趣和能力起了重要作用。

4 结语

各种分析测试仪器在各企事业单位中的应用日益广泛，能熟练掌握和灵活使用大型仪器的毕业生受到了用人单位的青睐。通过对教学内容、教学模式、教学方法进行迭代、持续改进，对于学生的仪器综合应用能力的培养和提升取得了较好的效果。未来将深度融合虚拟仿真教学，建立“设备虚拟学习+维护保养训练+实验室实操+行业实验室实践”四位一体教学模式，为学生毕业后能更快、更好地适应分析测试行业的岗位要求而打下良好的基础。