材料分析技術(shù)課程教學(xué)改革探討

安勇良，梁維中，尹冬松，王振玲，王振廷

（黑龍江科技大學(xué)材料學(xué)院，黑龍江哈爾濱150022）

近年來，隨著國內(nèi)外新材料研發(fā)的日新月異，材料分析測試手段不斷進(jìn)步發(fā)展，材料分析技術(shù)作為材料類專業(yè)的主干課，須要進(jìn)一步與時俱進(jìn)，跟得上時代前沿新材料發(fā)展的步伐，在教學(xué)內(nèi)容上推陳出新，更好地完善和優(yōu)化相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，建立更加規(guī)范合理的課程體系和教學(xué)方法。

該課程內(nèi)容不僅繁多，而且較抽象，對于剛剛接觸本門課程的學(xué)生，很多名詞概念頭一次碰到，感到晦澀難懂，在學(xué)習(xí)的過程中普遍感到枯燥難學(xué)，導(dǎo)致對本課程的學(xué)習(xí)動力不足，影響了學(xué)習(xí)效果。因此，為了能夠提高該門課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，讓同學(xué)們能夠?qū)Ρ菊n程充滿興趣和愛好，本文在課程體系與內(nèi)容、教學(xué)方法及手段、實(shí)踐教學(xué)改革、課程評價體系四個方面提供一些有益的探討。

一、課程體系和內(nèi)容

（一）課程知識體系的劃分

目前，傳統(tǒng)的章節(jié)式教學(xué)方式越來越不能滿足教學(xué)的需求，尤其是對于本課程，由于材料分析技術(shù)的不同章節(jié)之間相對獨(dú)立，知識的連貫性不好掌握，在講授過程中難免使學(xué)生產(chǎn)生知識的跨越，思維上的空白［1］。因此，根據(jù)學(xué)生對知識的掌握情況，將整個材料分析技術(shù)的課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行歸類劃分，歸類的依據(jù)可按照分析的對象來劃分，如分為：1.結(jié)構(gòu)分析。判斷某種樣品的晶體結(jié)構(gòu)是體心立方、面心立方以及晶格參數(shù)等，根據(jù)這個待分析的對象，再去選擇相應(yīng)的分析儀器如X射線衍射儀、掃描電鏡、透射電子顯微鏡等；2.成分分析。判斷某種材料是由何種物質(zhì)構(gòu)成，包括了定量和定性分析，可分析的儀器有X射線衍射儀、能譜儀、波譜儀等；3.形貌分析。主要觀察材料的表面形貌，所用到的儀器主要包括掃描電鏡和透射電鏡；4.物化性能分析。分析材料的光學(xué)性能、電學(xué)性能、磁學(xué)性能等，所需要應(yīng)用的是各類光譜能譜儀。以這樣的脈絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)，目的性強(qiáng)，思路清楚，不至于讓學(xué)生們的學(xué)習(xí)思路混亂，這個學(xué)習(xí)過程也是今后在解決實(shí)際科研問題時的思路。

（二）課程內(nèi)容與時俱進(jìn)

在教學(xué)大綱的框架內(nèi)，教師應(yīng)盡可能講授各個重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，但不應(yīng)該僅僅局限于教材內(nèi)容，應(yīng)該結(jié)合當(dāng)前材料科學(xué)的發(fā)展趨勢，擴(kuò)充介紹最新前沿的新材料的分析測試技術(shù)，如包括納米材料等一些功能材料，如2013年美國加州大學(xué)洛杉磯分校成功研制出新型超級電容材料即一種合成的氧化鈮，并證明其擁有穩(wěn)定的儲能和釋能的能力?？梢酝ㄟ^對氧化鈮的介紹，讓學(xué)生自行查閱相關(guān)的文獻(xiàn)了解針對氧化物材料如何去制作樣品，通過哪些分析儀器來測試，最后再進(jìn)行總結(jié)，使學(xué)生拓寬視野，加深對分析技術(shù)的應(yīng)用及其基本原理的理解與掌握，提高學(xué)習(xí)的積極性，從而提高科研能力和解決問題的能力。

二、教學(xué)手段和方法

（一）數(shù)據(jù)分析軟件的輔助教學(xué)

材料分析技術(shù)一課離不開對測試數(shù)據(jù)的處理和分析，即使學(xué)生掌握了材料分析測試的原理、儀器以及數(shù)據(jù)的采集，但最后拿到一系列數(shù)據(jù)卻不會分析，這樣也是徒勞無功的。如何能夠熟練地操作虛擬的數(shù)據(jù)分析軟件對以后解決具體的材料分析問題具有極其重要的作用。因此，在常規(guī)的教學(xué)手段中需要輔以數(shù)據(jù)分析軟件的操作教學(xué)。

以X射線衍射儀為例，在學(xué)生們學(xué)習(xí)晶體X射線衍射時，必須要學(xué)會如何通過所測得的X射線衍射圖來確定材料中的物相組成，那么就需要Jade軟件來對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。教師以動畫形式向?qū)W生展示如何利用Jade軟件將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件中，如何通過各項(xiàng)參數(shù)來搜索已知的PDF卡片等等。經(jīng)過這些處理，才可能得到最終的物相分析結(jié)果。

（二）實(shí)物道具的輔助教學(xué)

隨堂展示實(shí)物道具，并不僅僅是多媒體動畫展示，讓學(xué)生們能夠第一時間接觸實(shí)物，可以加深學(xué)生的感性認(rèn)識。實(shí)物道具是指教師做過的真真正正的一些樣品、試驗(yàn)的輔助材料、小型工具等，而不是模型之類的教具，比如掃描樣品、透射樣品、德拜相機(jī)的底片安裝。如在講解透射電子顯微鏡樣品時，教師可將自己科研過程中制備好的一些樣品拿給學(xué)生們傳看，以及透射電子顯微鏡用于支撐樣品用的碳膜銅網(wǎng)，讓學(xué)生真正體會到透射電鏡樣品的制作要求，同時介紹一些具體的操作規(guī)程。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

對于材料分析技術(shù)這門專業(yè)性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以幫助學(xué)生對所講授的各種測試儀器有個感性的認(rèn)識，尤其可以通過實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場教學(xué)能夠鞏固和加深對理論知識的理解，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動手能力以及解決實(shí)際問題的能力，了解大型儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、操作方法、樣品適用范圍以及工作原理等都是十分重要的。

考慮到多數(shù)高校大型儀器使用率都比較高，因此材料分析技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以和大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目以及大四畢業(yè)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)相結(jié)合，理論課教師和實(shí)驗(yàn)中心的實(shí)驗(yàn)教師溝通好實(shí)驗(yàn)大綱框架可固定并制訂完善的實(shí)驗(yàn)方案，但實(shí)驗(yàn)的具體細(xì)節(jié)可以靈活掌握。同一種實(shí)驗(yàn)如低碳鋼斷口形貌的觀察可以在利用大學(xué)生科技創(chuàng)新中進(jìn)行，讓學(xué)生親自動手進(jìn)行操作觀察，同時可以以驗(yàn)證性為目的實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行，這樣既提高了儀器的使用率又不浪費(fèi)寶貴的實(shí)驗(yàn)資源。

由于大多數(shù)材料專業(yè)的教師都參與了科學(xué)研究和工程實(shí)際項(xiàng)目，因此，教師不僅可以利用教學(xué)過程中的理論知識可以解決科研和實(shí)際中遇到的問題，反過來，利用自身的科研課題的研究也有助于豐富教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量［2］。結(jié)合實(shí)驗(yàn)大綱的基本要求，教師可以將自己的科研項(xiàng)目中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，剔除掉專業(yè)性較強(qiáng)的部分，設(shè)計(jì)出能夠被學(xué)生在短暫的實(shí)驗(yàn)課上理解好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容。具體做法如各個班級的學(xué)生分組，每組5～6人為宜，給每組學(xué)生一塊未知樣品，由學(xué)生根據(jù)教師的要求進(jìn)行自行準(zhǔn)備來完成實(shí)驗(yàn)，同時學(xué)生在學(xué)習(xí)儀器使用的過程中，應(yīng)滲透課堂上的理論知識，使理論與實(shí)踐相結(jié)合，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)會數(shù)據(jù)處理的方法。然后讓學(xué)生利用所學(xué)知識對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，并提交一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告由教師進(jìn)行批閱，并由教師提出改進(jìn)意見。

四、建立科學(xué)、合理的課程評價體系

如何才能夠正確地反映教學(xué)質(zhì)量，應(yīng)該建立科學(xué)、合理的考核與評價方式。課程的評價應(yīng)該從教師和學(xué)生兩個方面入手，即學(xué)習(xí)效果的評價和教學(xué)效果的評價［3］。1.學(xué)習(xí)效果的評價。之前的考試一般以本課程期末考試成績來蓋棺定論一個學(xué)生學(xué)習(xí)的好壞，由于本課程的學(xué)習(xí)偏重于鍛煉學(xué)生的動手實(shí)踐能力，因此在反映學(xué)生學(xué)習(xí)效果時，應(yīng)加大實(shí)驗(yàn)課成績的比重，適當(dāng)降低期末考試成績比重，可將平時成績、實(shí)驗(yàn)課成績、期末考試成績的比例定為：20%、20%、60%。在期末考試卷面上主觀題應(yīng)與客觀題合理地搭配，這樣既能反映學(xué)生的基本知識的掌握程度，同時能夠靈活地反映學(xué)生對知識的實(shí)際應(yīng)用能力。2.教學(xué)效果的評價。目前教學(xué)效果主要是由學(xué)校的督導(dǎo)組、學(xué)院同行教師以及學(xué)生的網(wǎng)上評價組成。而其中學(xué)生是教師教學(xué)的最直接的受體，是教學(xué)過程的最重要主題，學(xué)生的評價最能夠體現(xiàn)出一名教師的教學(xué)水平和教學(xué)效果，教學(xué)效果的好壞直接影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，因此應(yīng)適當(dāng)增加學(xué)生對教師教學(xué)效果的評價比例。

［1］王現(xiàn)英.現(xiàn)代材料分析方法課程教學(xué)改革探索與研究［J］.教育教學(xué)論壇，2013，（20）：65-66.

［2］張?zhí)O，楊海峰.材料專業(yè)實(shí)踐教學(xué)課程改革的探索［J］.化工管理，2013，（6）：189.

［3］陳均.材料分析方法課程教學(xué)的幾點(diǎn)思考［J］.安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，29（2）：140.