材料近代研究方法課程教學(xué)實(shí)踐

賈全利　毛陸原　謝銀德鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院（450052）

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材料近代研究方法課程教學(xué)實(shí)踐

賈全利毛陸原謝銀德
鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院（450052）

摘要：材料近代研究方法是材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生和研究生需要掌握的一門核心專業(yè)學(xué)位課。本文從材料近代研究方法課程教學(xué)存在的問題入手，在現(xiàn)代化教學(xué)、師資隊(duì)伍建設(shè)、注重教學(xué)實(shí)踐與應(yīng)用等方面進(jìn)行了的教學(xué)改革措施和實(shí)踐，期望為這門課的課程教學(xué)提供一定的幫助。

關(guān)鍵詞：材料近代分析方法；教學(xué)方法；教學(xué)實(shí)踐；課程改革

0　前言

材料近代研究方法課程是鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)、工程專業(yè)、材料化學(xué)、材料物理和材料加工專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在本科階段教學(xué)中占有非常重要的地位。材料近代研究方法課程主要講授在材料分析表征中最常用的分析方法。學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)了解和掌握這些分析方法的基本原理，了解各種分析方法在材料研究中的應(yīng)用，懂得如何利用這些現(xiàn)代分析測試手段完成自己的科研工作。

1　課程教學(xué)存在的問題

材料近代研究方法是一門具有多學(xué)科交叉性、發(fā)展性和前沿性的課程，同時又具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。課程包含許多學(xué)科的基礎(chǔ)理論知識，如何使學(xué)生在較短的時間內(nèi)掌握這門課程，能夠在將來應(yīng)用于材料測試與分析的相關(guān)工作和研究中，是本課程教學(xué)的首要問題。

由于材料的種類千差萬別，對材料的測試與表征涉及的原理及方法也不同，因此該課程教學(xué)要求授課教師既要熟悉儀器構(gòu)造原理，了解掌握不同測試儀器涉及到的光、電、磁、熱、化學(xué)、晶體學(xué)、量子學(xué)等學(xué)科知識［1］，還要熟悉材料性質(zhì)、加工與制備方法等。此外，還要求任課教師了解掌握材料學(xué)科前沿知識、新的測試?yán)碚摵头椒ǖ?。目前，該課程的教學(xué)主要以課堂講授基礎(chǔ)理論知識為主，這種教學(xué)方式容易產(chǎn)生以下問題：

1）教材內(nèi)容滯后，且有局限性

很多教材用相當(dāng)多的篇幅來介紹一些舊的測試構(gòu)造、測試方法及手工處理數(shù)據(jù)的技巧，內(nèi)容過時和枯燥。教材中原理和儀器內(nèi)容所占比例較大，新的測試方法和分析方法內(nèi)容所占比例不足。同時新儀器已普遍采用的新技術(shù)，在現(xiàn)有的教材上很難找到。這些既花時間也不實(shí)用的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生難理解和掌握。學(xué)生在實(shí)際工作中很難將課堂講授的知識與實(shí)際結(jié)合起來，還需再重新學(xué)習(xí)。

2）教學(xué)與實(shí)踐脫節(jié)

這門課的實(shí)驗(yàn)設(shè)備屬于大型精密儀器，既是教學(xué)儀器也是科研設(shè)備，要承擔(dān)大量委托樣品的測試分析工作。由于這些設(shè)備價(jià)格較高，如一臺高分辨TEM要數(shù)百萬元，零配件價(jià)格昂貴，維修費(fèi)用高，再加之經(jīng)費(fèi)的制約，學(xué)院科研基礎(chǔ)薄弱，很多大型測試設(shè)備欠缺，無法安排學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教學(xué)形式主要是教師講授儀器結(jié)構(gòu)原理、實(shí)驗(yàn)材料的選擇和實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生自己動手的機(jī)會較少，導(dǎo)致學(xué)生的思維很大程度上受限于老師和書本，束縛于傳統(tǒng)，難以培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的習(xí)慣，更談不上提高思維能力和創(chuàng)新能力。

3）課程內(nèi)容不夠全面和系統(tǒng)

材料近代研究方法課程需要大型儀器為支撐，需要較多的課時數(shù)，因此大部分學(xué)校開設(shè)此課時，教學(xué)內(nèi)容多以本單位所擁有的儀器為主，對其他測試分析方法基本上不介紹或泛泛介紹了事，很容易造成教學(xué)內(nèi)容不全面［2］。

2　課程教學(xué)實(shí)踐的改革探討

1）改進(jìn)教學(xué)方法，加強(qiáng)與現(xiàn)代信息技術(shù)的結(jié)合

在教學(xué)過程中將材料測試技術(shù)的基本原理、檢測方法等理論性較強(qiáng)的內(nèi)容通過實(shí)例來說明，創(chuàng)新課堂教學(xué)方法。要達(dá)到理想的教學(xué)效果，必須借助于現(xiàn)代技術(shù)，實(shí)現(xiàn)以計(jì)算機(jī)為核心的實(shí)現(xiàn)文字、圖形、動畫、聲音及視頻等多種教學(xué)媒體信息的完美結(jié)合。將一些測試方法制作成教學(xué)軟件，利用其豐富的動畫效果、演示效果，形象地向?qū)W生講授相關(guān)內(nèi)容，以提高學(xué)生的理解力。用多媒體展現(xiàn)與X射線、電子衍射、晶體結(jié)構(gòu)和SEM等技術(shù)相關(guān)科學(xué)家的照片及生平故事，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2）加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)，提升教學(xué)團(tuán)隊(duì)水平

教師在課程建設(shè)和課堂授課中居于主導(dǎo)地位，師資隊(duì)伍建設(shè)對于學(xué)科和課程的健康發(fā)展至關(guān)重要。鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料近代研究方法課程組有6位專職任課教師，全部具有博士學(xué)位和高級職稱，其中教授3人、副教授3人。從年齡分布看50歲以上2人，40～50歲2人，40歲以下2人，各年齡段教師合理分布，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富，教學(xué)思想活躍，教學(xué)改革有創(chuàng)意，具有團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。這支教師隊(duì)伍除承擔(dān)著材料學(xué)院本科生、研究生的材料研究方法等必修課的教學(xué)任務(wù)外，還在科研方面從事高分子材料、金屬材料、納米材料和耐火材料等的研究。在課程教學(xué)中每位老師負(fù)責(zé)講授自己最擅長的測試方法原理及其應(yīng)用部分。教學(xué)團(tuán)隊(duì)注重開展教學(xué)研究，已發(fā)表本課程方面的教研論文5篇，出版本課程相關(guān)教材3部。團(tuán)隊(duì)成員經(jīng)常相互聽課，找出教學(xué)中存在的問題，提出改正意見；定期召開課程討論會，交流自己的心得體會和最近自己在科研方面的新進(jìn)展，不斷提升團(tuán)隊(duì)教學(xué)水平。

3）精練理論，注重實(shí)踐應(yīng)用

在材料近代研究方法課程體系中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)踐內(nèi)容應(yīng)和理論內(nèi)容一樣受到重視，并且實(shí)踐內(nèi)容所占比例應(yīng)該提高。分析測試原理是基礎(chǔ)，也是靈魂，因此在教學(xué)過程中，教師在講授時應(yīng)針對學(xué)生已掌握的背景知識，精練理論內(nèi)容，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和綜合分析問題的能力。通過結(jié)合具體實(shí)例，聯(lián)系材料的制備工藝，把物品的性能與其內(nèi)在的材料組成、微觀結(jié)構(gòu)建立聯(lián)系。如國內(nèi)生產(chǎn)的剛玉莫來石推板，在化學(xué)成分上和國外生產(chǎn)的差別不大，材料的常溫強(qiáng)度、氣孔率和高溫強(qiáng)度等都比國外生產(chǎn)的要好，但其使用壽命不到國外生產(chǎn)的一半，究其原因是材料的微觀結(jié)構(gòu)不同。結(jié)合具體例子，告訴學(xué)生改善材料的性能，需要借助現(xiàn)代測試技術(shù)來完善和調(diào)整生產(chǎn)工藝、配方結(jié)構(gòu)，通過對材料的組成和微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來優(yōu)化材料的性能，這樣激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生不感到枯燥。

在授課過程中，將自己的科研內(nèi)容引入到教學(xué)中，從而教授給學(xué)生的不再是簡單的技能，而是如何從事科學(xué)研究、科研思路與方法，提高了學(xué)生的科研能力。同時，讓學(xué)生根據(jù)自己感興趣的課題，查閱文獻(xiàn)，了解材料研究的現(xiàn)狀和存在的問題，寫出讀書報(bào)告。通過讓學(xué)生提前進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室參與科研，培養(yǎng)其對專業(yè)的探索興趣，養(yǎng)成理論聯(lián)系實(shí)際勇于創(chuàng)新的科學(xué)作風(fēng)，并善于把專業(yè)學(xué)習(xí)與解決未來行業(yè)問題結(jié)合起來。

通常認(rèn)為，材料近代分析方法課程就是讓學(xué)生學(xué)會操作有關(guān)設(shè)備，但根據(jù)筆者的研究經(jīng)驗(yàn)和體會，與操作設(shè)備相比較，了解現(xiàn)代分析測試儀器、方法和技術(shù)在相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域科學(xué)研究中的作用以及分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為重要。

在課堂教學(xué)上，打破教師一堂課從頭講到尾的模式，鼓勵學(xué)生登臺講解自己參加的課外科技活動、開放性實(shí)驗(yàn)等過程中用到的材料測試方法，增加課堂的互動性。授課教師結(jié)合自身的研究課題，結(jié)合自己的研究成果向?qū)W生講述相關(guān)的檢測方法、分析儀器的原理和應(yīng)用，加深學(xué)生對所學(xué)知識的印象，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4）課堂考核的探索

改革本課程的考核方式，加大平時成績在課程考核成績中所占比例。平時成績包括學(xué)生的讀書報(bào)告和課堂討論完成情況、學(xué)生每一節(jié)課的學(xué)習(xí)和每一次作業(yè)的優(yōu)劣。在考核環(huán)節(jié)，增加實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐方面的考核比例，如樣品的制備方法及注意要點(diǎn)，哪些因素會影響測試結(jié)果，結(jié)果如何分析等。把測試方法涉及的基本概念、基本原理和分析方法與實(shí)踐應(yīng)用結(jié)合起來。期中開卷考試，考核學(xué)生是否能正確選擇測試儀器、明確制樣要求、確定測試條件、了解測試過程、準(zhǔn)確進(jìn)行結(jié)果分析等整個材料分析的全過程。期末閉卷考試從最新發(fā)表的文章中選取具體事例，讓學(xué)生解析圖譜，說明圖譜的測試方法及原理、制樣要點(diǎn)等，把學(xué)生從枯燥的理論背誦中解脫出來，注重理論與實(shí)際應(yīng)用的有機(jī)統(tǒng)一，讓學(xué)生學(xué)會理論聯(lián)系實(shí)際。

3　結(jié)語

材料近代研究方法課程教學(xué)改革不僅要考慮到本課程的特點(diǎn)，還要考慮授課教師與設(shè)備管理老師之間的分工與各自的管理方式。材料近代研究方法課程教學(xué)實(shí)踐改革在教學(xué)手段現(xiàn)代化、教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)、增加實(shí)踐應(yīng)用和考試考核制度的健全等方面，取得了一定的效果，但還有許多要解決的問題，需進(jìn)一步探索和改革。

參考文獻(xiàn)：

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［3］程民治，王向賢.亨利·布拉格父子：為諾貝爾獎頒獎史刷新了兩項(xiàng)記錄［J］.巢湖學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，12（3）：56- 62.

基金項(xiàng)目：鄭州大學(xué)教改項(xiàng)目（2014XJGLX067）