“現(xiàn)代材料分析方法”課程教學(xué)改革初探

□劉成寶 王東田 陳志剛

“現(xiàn)代材料分析方法”課程教學(xué)改革初探

□劉成寶 王東田 陳志剛

結(jié)合教學(xué)實(shí)踐與體會(huì)，從選擇合適的教材、梳理教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法、豐富教學(xué)手段、加強(qiáng)教學(xué)實(shí)踐和建立科學(xué)考核方式等環(huán)節(jié)進(jìn)行了探討。上述環(huán)節(jié)的順利展開將能為塑造學(xué)生的主體性人格，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析問題和解決問題的能力。

現(xiàn)代材料分析方法；教學(xué)改革；教學(xué)效果

“現(xiàn)代材料分析方法”系蘇州科技大學(xué)化學(xué)生物與材料工程學(xué)院材料類專業(yè)的核心必修課，是學(xué)生獲得現(xiàn)代材料分析測(cè)試技術(shù)方面的基本理論、基本原理和基本技能的重要環(huán)節(jié)，是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程。通過學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生了解和掌握材料分析測(cè)試方法的基本原理、儀器組成及應(yīng)用、檢測(cè)方法等內(nèi)容，并對(duì)各種分析儀器在材料分析研究中的應(yīng)用有個(gè)基本了解，構(gòu)建起完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系。學(xué)生學(xué)完該課程后應(yīng)具有較高水平的材料表征和分析能力，并能夠使用分析測(cè)試方法為材料科學(xué)研究服務(wù)。

該課程依照教學(xué)大綱規(guī)定可以概括為四大部分：X射線衍射分析、掃描電鏡分析、透射電鏡分析和其他顯微分析等。教師若以傳統(tǒng)方式講授，大多學(xué)過該門課程的學(xué)生，都會(huì)由于課程較難、過于抽象而失去興趣。究其根本是由于本課程存在寬學(xué)科、跨專業(yè)、理論性深、實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)。即學(xué)生除了要具備材料科學(xué)基礎(chǔ)、無(wú)機(jī)及分析化學(xué)、物理化學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)外，還必須有基本的設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)備操作、設(shè)備原理等方面的知識(shí)儲(chǔ)備。而這一點(diǎn)，是大多數(shù)學(xué)生難以達(dá)到的。

因此，為提高教學(xué)效果，真正實(shí)現(xiàn)該課程的教學(xué)目的，筆者通過幾年的教學(xué)實(shí)踐，擬從教材的選擇、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)實(shí)踐和考核方式等方面進(jìn)行探討。

一、教材的選擇

現(xiàn)代材料分析測(cè)試涉及的技術(shù)和方法相當(dāng)豐富，內(nèi)容較為寬泛，可供選擇的教材或?qū)Ｖ橇宅槤M目，讓人目不暇接，如 《材料分析測(cè)試方法》 《材料分析方法》 《材料近代分析測(cè)試方法》等，每種教材的側(cè)重點(diǎn)均有不同。經(jīng) “無(wú)機(jī)材料及分析化學(xué)課題組”調(diào)研論證，決定選用由周玉、武高輝編寫的 《材料分析測(cè)試技術(shù)》作為學(xué)生指定教材，該教材重點(diǎn)講述材料X射線衍射分析和材料電子顯微分析，屬 “十五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材。

為了緊跟科技發(fā)展的步伐，我們?cè)诮虒W(xué)內(nèi)容的組織上，并不僅僅局限在所選定教材上，而是以該教材為基礎(chǔ)，從其他書籍 （含其他教材）、中英文最新文獻(xiàn)、其他網(wǎng)絡(luò)資源中篩選最新的測(cè)試方法和手段，對(duì)教材整體內(nèi)容進(jìn)行更新、補(bǔ)充和刪減，以解決材料測(cè)試方法發(fā)展速度快、教材內(nèi)容滯后的弊端。

二、教學(xué)內(nèi)容的梳理

對(duì)材料類專業(yè)的學(xué)生而言，學(xué)習(xí)這門課程的目的是利用儀器測(cè)試結(jié)果對(duì)所測(cè)試材料進(jìn)行分析表征。因此，在教學(xué)內(nèi)容的編排上，應(yīng)簡(jiǎn)單介紹不同儀器的原理和結(jié)構(gòu)，把重點(diǎn)放在樣品的制備方法、如何進(jìn)行 “人機(jī)對(duì)話”及如何

進(jìn)行測(cè)試結(jié)果的分析上。教學(xué)目標(biāo)由 “以儀器為中心”轉(zhuǎn)移到 “以材料為中心”，由 “操作技能培訓(xùn)”推展到 “思維能力培養(yǎng)”。

本課程具有內(nèi)容豐富、學(xué)時(shí)少的特點(diǎn)。因此在授課過程中，教師并非要將全部?jī)?nèi)容灌輸給學(xué)生，而是應(yīng)突出重點(diǎn)并注重銜接，構(gòu)建合理的知識(shí)體系。在教學(xué)內(nèi)容的組織上，不僅僅局限于教材本身，還應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充當(dāng)前研究的最新動(dòng)態(tài)。如當(dāng)前高質(zhì)量石墨烯的合成是研究的熱點(diǎn)，但主流合成方法存在環(huán)境污染嚴(yán)重、成本較高、缺陷較多等缺點(diǎn)，筆者通過將課題組利用生物模板法合成石墨烯材料的最新進(jìn)展引入教學(xué)過程，豐富了課程內(nèi)容，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

三、教學(xué)方法的改進(jìn)

本課程教學(xué)內(nèi)容存在材料微觀形貌及結(jié)構(gòu)難以用語(yǔ)言清晰表述、儀器設(shè)備原理抽象、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，再加上存在課時(shí)較少與課程內(nèi)容拓展之間的矛盾，因此，為解決上述問題，順利開展教學(xué)工作，教學(xué)方法的改進(jìn)是重中之重。授課教師應(yīng)努力做到以下幾點(diǎn)：

1.突出教師的引領(lǐng)作用，強(qiáng)化重點(diǎn)，提高課時(shí)利用率，將講授重點(diǎn)從儀器的原理和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到儀器測(cè)試分析的原理、信息獲取類型及范圍和如何分析測(cè)試結(jié)果方面。

2.將材料測(cè)試分為形貌分析、物相分析、成分和價(jià)鍵分析與分子結(jié)構(gòu)分析四類，分類涵蓋若干種儀器，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行篩選。

3.對(duì)于大型設(shè)備，在學(xué)生難以自行操作的背景下，制作儀器結(jié)構(gòu)、儀器工作原理和測(cè)試過程的動(dòng)畫或視頻，幫助學(xué)生建立理論知識(shí)與感性直觀認(rèn)識(shí)的紐帶聯(lián)系。

4.運(yùn)用啟發(fā)式、互動(dòng)式教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。

5.注意因材施教，側(cè)重學(xué)生主體。

6.通過信息交互，引導(dǎo)學(xué)生保持良好的心態(tài)和情緒，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，適當(dāng)調(diào)整教學(xué)方法。

四、教學(xué)手段

教學(xué)過程中，為了讓學(xué)生更好地掌握材料分析測(cè)試的方法、測(cè)試原理和結(jié)果分析思路，進(jìn)而拓展該技能在不同材料研究中的應(yīng)用，筆者以個(gè)人科研為實(shí)例進(jìn)行講述。通過具體案例，使學(xué)生獲得材料研究的基本思路，即：如何入手，如何設(shè)計(jì)分析方案，如何進(jìn)行合理而有效的分析等，進(jìn)而獲得有用的分析結(jié)果。如個(gè)人科研項(xiàng)目 “微納米多孔碳質(zhì)材料的合成及其性能研究”中，通過講述該課題的背景知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考材料應(yīng)具備何種特定結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用何種合成工藝來(lái)進(jìn)行制備，后期又采用哪些表征方法來(lái)佐證自己的構(gòu)想。經(jīng)梳理，引導(dǎo)學(xué)生制定如下表征方案：采用熱重分析儀輔助確定熱處理溫度及時(shí)間，優(yōu)化合成工藝；采用XRD分析所合成材料的結(jié)晶度，判斷材料的缺陷程度；采用比表面分析儀確定材料的孔結(jié)構(gòu)分布情況；采用場(chǎng)發(fā)射透射電鏡佐證判斷材料的石墨化程度等。

五、教學(xué)實(shí)踐

本課程的實(shí)踐性較強(qiáng)，學(xué)生需要建立對(duì)所講授的各種儀器的感性認(rèn)識(shí)，因此應(yīng)安排一定學(xué)時(shí)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生去觀摩掃描電鏡、X射線衍射儀等大型儀器，直觀了解儀器的基本結(jié)構(gòu)、操作規(guī)程、制樣方法及要求等信息，從而建立與課堂理論教學(xué)內(nèi)容的聯(lián)系。另外，實(shí)踐教學(xué)可與“大學(xué)生科研創(chuàng)新訓(xùn)練營(yíng)”等項(xiàng)目相結(jié)合，讓學(xué)生在完成科技創(chuàng)新項(xiàng)目的過程中接觸并學(xué)習(xí)使用儀器，使用過程中熟悉其適用范圍，學(xué)會(huì)數(shù)據(jù)分析的方法等。在實(shí)際教學(xué)環(huán)節(jié)中，應(yīng)注重將理論知識(shí)的傳授與學(xué)生的課外實(shí)踐相結(jié)合，以達(dá)到最佳授課效果。

六、考核方式

建立科學(xué)合理的考核機(jī)制對(duì)于保證教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效果和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主體意識(shí)具有非常重要的作用。將學(xué)生成績(jī)的評(píng)定分為兩個(gè)方面：平時(shí)成績(jī)和考試成績(jī)，其中平時(shí)成績(jī)占60%，期末成績(jī)占40%。平時(shí)成績(jī)包括上課出勤情況、課堂回答問題情況、隨堂小測(cè)驗(yàn)成績(jī)和課后作業(yè)成績(jī)等，平時(shí)成績(jī)的多樣化可以有效避免評(píng)價(jià)單一、易受影響的弊端，尤其是對(duì)于平時(shí)認(rèn)真但考試發(fā)揮不好，或平時(shí)存在曠逃課現(xiàn)象而期末考試突擊發(fā)揮較好的學(xué)生。此外，期末考試試卷題型應(yīng)多樣化，涵蓋名詞解釋、簡(jiǎn)答題、畫圖題、計(jì)算題等題型，且主客觀試題應(yīng)合理搭配，并適當(dāng)增加主觀題的比例，尤其是應(yīng)充分體現(xiàn)答案的多樣性，鼓勵(lì)不同見解。

總之，課程教學(xué)改革的根本目的就是讓學(xué)生塑造主體性人格，從知識(shí)的被動(dòng)接受轉(zhuǎn)化為主動(dòng)汲取，著力培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析問題和解決問題的能力。本課程是一門材料類綜合能力培養(yǎng)的代表性課程，授課教師應(yīng)在教材的選擇、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)實(shí)踐和考核方式等方面持續(xù)探索，盡量做到教學(xué)內(nèi)容新穎、教學(xué)方法創(chuàng)新、教學(xué)手段多樣、教學(xué)實(shí)踐豐富和考核方式科學(xué)規(guī)范等，最大限度地激發(fā)學(xué)生的主體感，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

[1]周玉,武高輝.材料分析測(cè)試技術(shù)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2007.

[2]黃新民,解挺.材料分析測(cè)試方法[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社, 2006.

[3]董忠平,蔡穎,樊文軍,等.淺談材料分析與測(cè)試技術(shù)本科課程教學(xué)[J].中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊,2012,(5):187.

[4]趙劍豪,容建華.“材料分析與表征”的課程教學(xué)探討[J].教育教學(xué)論壇,2015,(10):160-161.

[5]李俊翰.“現(xiàn)代材料分析測(cè)試技術(shù)”課程教學(xué)研究[J].課程教育研究,2015,(5):47.

[6]楊英歌,陳飛,曾冬梅,等.“現(xiàn)代材料分析方法”教學(xué)改革探討[J].新課程研究,2011,(8):75-76.

（編輯：秦俊嫄）

本文系江蘇省2012年研究生教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐課題“化工類研究生創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)管理機(jī)制研究——以企業(yè)研究生工作站為例”（編號(hào)：蘇教研[2012]4號(hào)）和蘇州科技學(xué)院科研基金“化學(xué)材料類人才的‘政產(chǎn)學(xué)研’協(xié)同培養(yǎng)研究”（編號(hào)：2013JGM-17）的研究成果。

G642.0

A

1671-0568（2016）32-0054-02

劉成寶，博士，蘇州科技大學(xué)化學(xué)生物與材料工程學(xué)院副教授。研究方向：微納米多孔材料、光電催化材料和石墨材料等；王東田，博士，蘇州科技大學(xué)化學(xué)生物與材料工程學(xué)院教授。研究方向：水處理材料、凈水污泥資源化利用及水的深度處理等；陳志剛，蘇州科技大學(xué)化學(xué)生物與材料工程學(xué)院教授，博導(dǎo)。研究方向：微納米多孔材料、介孔介晶材料、陶瓷基復(fù)合材料等。