新能源材料專業(yè)《材料現(xiàn)代測試方法》教學(xué)改革與實(shí)踐初探

王瑩　陳智慧　張帥

摘要：本文分析了我校新能源材料專業(yè)《材料現(xiàn)代測試方法》的教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合筆者講授該課程的教學(xué)實(shí)踐體會(huì)和多學(xué)科交叉的新能源材料專業(yè)的特點(diǎn)，有針對性地提出了在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和考核方式等幾方面所做的一些教學(xué)改革與實(shí)踐措施。

關(guān)鍵詞：新能源；材料現(xiàn)代測試方法；教學(xué)改革；教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）25-0107-02

隨著社會(huì)發(fā)展和人口增長，資源短缺、環(huán)境惡化、能源危機(jī)等問題日益嚴(yán)重，亟須開發(fā)能源材料。眾所周知，材料性能與其成分和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。因此，要開發(fā)新能源材料或者提高新能源材料的性能，就必須了解其內(nèi)部的成分和結(jié)構(gòu)?！恫牧犀F(xiàn)代測試方法》就是為了研究新能源材料的成分和性能而開設(shè)的一門專業(yè)課程。因此，《材料現(xiàn)代測試方法》這門課程在新能源材料學(xué)科發(fā)展和相關(guān)人才培養(yǎng)中具有非常重要的地位。為了進(jìn)一步提高常州大學(xué)新能源材料專業(yè)《材料現(xiàn)代測試方法》的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，本文結(jié)合該?！恫牧犀F(xiàn)代測試方法》的教學(xué)現(xiàn)狀和實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，初步探討了關(guān)于該課程教學(xué)改革的若干想法。

一、新能源材料專業(yè)《材料現(xiàn)代測試方法》教學(xué)現(xiàn)狀分析

新能源材料專業(yè)是一門多學(xué)科交叉的專業(yè)，涉及材料學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、量子力學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、微電子學(xué)、光學(xué)等多方面的知識內(nèi)容?！恫牧犀F(xiàn)代測試方法》是常州大學(xué)新能源材料專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。它的綜合性、前沿性、應(yīng)用性和實(shí)踐性非常強(qiáng)。通過本課程中各種教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握材料主要分析技術(shù)方法的基本原理、制樣方法、儀器組成與應(yīng)用，了解較先進(jìn)的材料分析方法，以及它們在新能源材料研究中的應(yīng)用。使學(xué)生在學(xué)完本課程后能正確選擇和使用合適的現(xiàn)代測試分析技術(shù)，為其進(jìn)一步深造補(bǔ)充必要的知識，并使其具備從事專業(yè)材料分析測試工作的理論基礎(chǔ)，為將來適應(yīng)社會(huì)人才需求而打下良好的基礎(chǔ)。然而該課程中分析方法種類繁多、內(nèi)容不連貫且跨度較大、涉及理論性較強(qiáng)的多學(xué)科知識，而且原理比較抽象，學(xué)生較難理解，從而興趣不高；教材內(nèi)容更新緩慢；教學(xué)方式單一；課程缺乏實(shí)踐教學(xué)；考核形式單一，學(xué)生為考試而考試的現(xiàn)象比較突出。另外，該課程的學(xué)時(shí)較少，只有40學(xué)時(shí)，這給學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)學(xué)好本課程帶來很大的挑戰(zhàn)。上述種種原因，嚴(yán)重影響了教學(xué)效果，教學(xué)改革已刻不容緩。因此，本文作者結(jié)合學(xué)?，F(xiàn)有情況，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、考核模式等角度分析闡述本校新能源材料專業(yè)《材料現(xiàn)代測試方法》課程的改革措施，這將為培養(yǎng)適合新能源材料領(lǐng)域科研需要和工作需求的學(xué)術(shù)型和應(yīng)用型人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、新能源材料專業(yè)《材料現(xiàn)代測試方法》教學(xué)改革與實(shí)踐

1.教學(xué)內(nèi)容的改革?！恫牧犀F(xiàn)代測試方法》是材料、化學(xué)、物理和微電子學(xué)等多種學(xué)科交叉融合的綜合性科學(xué)，其方法眾多，原理也各不相同，知識內(nèi)容豐富且發(fā)展快。隨著科技發(fā)展，材料測試方法發(fā)展日新月異，很多儀器已普遍采用了新技術(shù)，測試手段也越來越多樣化。因此，對于教學(xué)內(nèi)容，既講求其基礎(chǔ)性、完整性，同時(shí)也注重先進(jìn)性和新穎性。然而，現(xiàn)有教材更新緩慢，新的測試方法沒有及時(shí)補(bǔ)充到教材中去。因此，結(jié)合我院新能源材料專業(yè)的特點(diǎn)，根據(jù)課程的基本要求和特點(diǎn)，我們選擇自編教材，使教材內(nèi)容同時(shí)具備專業(yè)權(quán)威性和學(xué)科前沿性。教學(xué)內(nèi)容分兩部分——固定不變部分和及時(shí)更新部分。對于固定不變部分為基礎(chǔ)知識部分，我們根據(jù)材料四要素，把課程內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，建立物相分析、形貌尺寸和性能分析三大板塊，將教學(xué)內(nèi)容連貫起來。在物相分析部分主要講解X射線衍射（XRD）、電子衍射等內(nèi)容，在形貌尺寸部分主要講解掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）和掃描探針顯微鏡（SPM），在性能分析部分主要就材料熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等性能進(jìn)行講解。對于各種分析測試方法，簡單介紹其儀器原理和結(jié)構(gòu)，把重點(diǎn)放在樣品制備以及測試結(jié)果的分析上。對于及時(shí)更新部分，及時(shí)把近三年新能源材料科技成就和前沿領(lǐng)域有關(guān)測試技術(shù)的內(nèi)容有機(jī)地融合到教材的各部分相關(guān)內(nèi)容中，使學(xué)生在學(xué)習(xí)基本理論的同時(shí)，了解新能源材料科技發(fā)展的新動(dòng)向、新信息，擴(kuò)大學(xué)生科學(xué)視野、開闊學(xué)生思路。

2.教學(xué)手段的改革。如前所述，《材料現(xiàn)代測試方法》是一門多學(xué)科交叉的與時(shí)俱進(jìn)的新型學(xué)科。因此，為了取得良好的課堂教學(xué)效果，作者首先采取多媒體技術(shù)、影像資料等現(xiàn)代化教學(xué)手段和板書相結(jié)合的方法。這對解決內(nèi)容多、課時(shí)少起到了關(guān)鍵作用。通過在課件中加入大量的儀器分析圖片、視頻、Flash動(dòng)畫輔助教學(xué)，同時(shí)將講義上的圖表、相關(guān)設(shè)備、圖片資料等制作成多媒體課件。如對于TEM、SEM和SPM這類比較貴重且學(xué)生很難直接操作的儀器，筆者下載相關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理和操作視頻展示給學(xué)生，使學(xué)生直觀地學(xué)習(xí)這類測試技術(shù)，提高了教學(xué)質(zhì)量和效果。但是單純的PPT教學(xué)存在翻頁快、信息量過大等缺點(diǎn)，不利于學(xué)生的理解，因此在一些教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)部分，比如衍射分析中存在較多的像倒易點(diǎn)陣等難點(diǎn)，上課時(shí)對照多媒體展示并結(jié)合板書逐一講解，既保證了教學(xué)內(nèi)容的準(zhǔn)確性、全面性和形象性，又有助于學(xué)生理解和掌握。其次，采用案例式教學(xué)。在實(shí)際的課堂教學(xué)中，筆者結(jié)合新能源材料的特點(diǎn)，盡量選擇貼近生活的案例。引入生活實(shí)例，如碳酸飲料瓶需要什么性能、真假鉆石的鑒別方法和原理等，并做進(jìn)一步解釋。以課題組制得的多種形貌TiO2粉體為例，說明用XRD可以對其晶相進(jìn)行分析，用SEM和TEM可以對其形貌進(jìn)行分析，既給學(xué)生留下了較深的印象，并且能夠很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性。這些方面的應(yīng)用顯示了材料現(xiàn)代測試方法在我們生活中和與新能源材料相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域都有緊密關(guān)系，既方便了學(xué)生理解掌握又提高了其學(xué)習(xí)積極性。再次，開展講授、啟發(fā)式和討論式等多種教學(xué)方法。由教師講授課程中的難點(diǎn)和重點(diǎn)內(nèi)容，比如原理和分析方法部分。同時(shí)，為了提高學(xué)生的聽課效率，在講授過程中介紹一些儀器發(fā)展的歷程和相關(guān)的著名人物，比如：發(fā)現(xiàn)X射線的倫琴、發(fā)現(xiàn)X射線衍射現(xiàn)象的勞厄等。針對一些新測試方法設(shè)置專題，讓學(xué)生分成若干小組，提前進(jìn)行調(diào)研并制作PPT，進(jìn)行課堂討論，活躍了課堂氣氛，提高了教學(xué)效果。最后，把教學(xué)和科研相結(jié)合。我校鼓勵(lì)學(xué)生利用課余時(shí)間和假期在專業(yè)教師的指導(dǎo)下參與大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目、科技創(chuàng)新大賽或者專業(yè)教師科研項(xiàng)目等科研實(shí)踐。本課程開設(shè)在第六學(xué)期，此時(shí)很多學(xué)生已經(jīng)參與科研。因此可以充分利用本專業(yè)科研平臺，將學(xué)生科研項(xiàng)目中的成果或表征結(jié)果在實(shí)際教學(xué)中進(jìn)行講解，這樣極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)使其掌握了相關(guān)知識。

3.課程考核方式的改革?？己朔绞降母母镌诟叩冉逃幸彩墙虒W(xué)改革十分重要的環(huán)節(jié)?！恫牧犀F(xiàn)代測試方法》作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，實(shí)踐性非常強(qiáng)，傳統(tǒng)的考核方式很難提高學(xué)習(xí)的積極性以及培養(yǎng)學(xué)生的分析解決實(shí)際問題的能力。因此，為了督促學(xué)生更好地掌握和使用所學(xué)內(nèi)容，提高分析實(shí)際問題并解決實(shí)際問題的能力，該門課程采用“平時(shí)成績（30%）+期末考試（70%）”的考核方式。具體實(shí)施中，平時(shí)成績包括上課的出勤率、課堂表現(xiàn)、課堂討論、課堂回答問題情況、隨堂小測驗(yàn)成績和課后作業(yè)的完成質(zhì)量等；平時(shí)成績的多樣化可以有效避免評價(jià)單一、易受影響的弊端。期末考試的試題也多樣化，涵蓋名詞解釋、簡答題、畫圖題等題型，且適當(dāng)減少客觀題的分值，增加主觀題的比例，并重點(diǎn)考查綜合利用課程所學(xué)的知識解決實(shí)際科學(xué)問題的能力。實(shí)踐表明，改革后的考核方式，激發(fā)了學(xué)生的科研興趣，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，取得了良好的教學(xué)效果。

三、結(jié)語

總之，《材料現(xiàn)代測試方法》是一門學(xué)科綜合性、應(yīng)用性強(qiáng)的基礎(chǔ)課程。本課程的開設(shè)，可為學(xué)生進(jìn)一步深造以及以后工作的實(shí)際應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。我們根據(jù)本校《材料現(xiàn)代測試方法》教學(xué)現(xiàn)狀的實(shí)際情況和新能源材料專業(yè)特點(diǎn)，通過教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、考核方式等方面的改革探討和實(shí)踐，取得了良好的教學(xué)效果，為新能源材料相關(guān)行業(yè)培養(yǎng)出了理論基礎(chǔ)扎實(shí)、動(dòng)手能力較強(qiáng)且能熟練解決實(shí)際問題的優(yōu)秀專業(yè)技術(shù)人才打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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