《材料分析方法》中差熱理論的教學(xué)難點(diǎn)處理

羅清威

(陜西理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 漢中 723001)

2018年6月21日，教育部部長陳寶生在新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議上第一次提出，對大學(xué)生要合理增加課程難度，拓展課程深度，擴(kuò)大課程的可選擇性，真正把“水課”轉(zhuǎn)變成有深度、有難度、有挑戰(zhàn)度的“金課”。 8月份，教育部印發(fā)了《關(guān)于狠抓新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議精神落實的通知》(教高函〔2018〕8號)，提出“各高校要全面梳理各門課程的教學(xué)內(nèi)容，淘汰“水課”、打造“金課”[2-3]。標(biāo)志著“淘汰水課、打造金課”正式寫入教育部的文件，提升我國高等教育質(zhì)量攻堅戰(zhàn)正式拉開序幕。2019年10月教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見(教高〔2019〕8號)提出認(rèn)定萬門左右國家級一流本科課程的計劃。因此積極探索專業(yè)類“金課”的打造模式迫在眉睫，只有這樣才能更好的達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的和人才培養(yǎng)目標(biāo)，并將創(chuàng)新育人過程和深化高等教育教學(xué)改革落到實處，讓更多的學(xué)生受益[1-3]。

材料科學(xué)的研究與發(fā)展離不開各種先進(jìn)的分析手段，只有利用各類先進(jìn)的檢測儀器才能對各種材料的不同微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，從而控制其性能[4]。因此《材料分析方法》是全國高校材料類專業(yè)的一門核心課程，其中熱分析技術(shù)是材料熱力學(xué)性能分析檢測的重要手段，由于熱分析技術(shù)與本課程的其它檢測技術(shù)關(guān)聯(lián)性不大，再加上課程本身具有極其抽象枯燥的缺點(diǎn)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)起來更加艱難。如果教師在教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施過程中不能處理好相關(guān)難點(diǎn)，學(xué)生課后必然一頭霧水[5-6]。

1 教學(xué)目標(biāo)及相關(guān)教學(xué)難點(diǎn)

根據(jù)我校材料科學(xué)與工程專業(yè)《材料分析方法》課程的教學(xué)大綱，本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)是掌握差熱分析的基本原理，理解影響差熱分析曲線可靠性的因素，了解差熱分析技術(shù)的儀器構(gòu)造及主要應(yīng)用。學(xué)會差熱分析測試結(jié)果的相關(guān)圖譜分析技巧。

《材料分析方法》課程是一門交叉性課程，對材料工藝、結(jié)構(gòu)、物理、化學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)等各方面知識要有一定的基礎(chǔ)，否則在講授和學(xué)習(xí)的過程中都會存在較大的困難。熱分析技術(shù)一章在《材料分析方法》課程中知識內(nèi)容相對較為獨(dú)立，與其它章節(jié)所學(xué)的知識相通性不強(qiáng)。另外熱分析技術(shù)包括9類17種方法，知識較為零散，各類熱分析技術(shù)所測材料性能不盡相同又可以互相通用，易于混淆。差熱分析章節(jié)教學(xué)過程中的主要相關(guān)教學(xué)難點(diǎn)包括以下幾方面：

(1)差熱分析技術(shù)的原理(如圖1所示)。差熱分析技術(shù)原理理解起來比較抽象枯燥，根據(jù)以往教學(xué)經(jīng)驗，學(xué)生掌握情況不太理想。

(2)差熱分析分析技術(shù)的影響因素(各因素的作用機(jī)制、特殊試樣的處理和選用條件的原則)。差熱分析技術(shù)的影響因素主要分為儀器結(jié)構(gòu)、操作條件選擇和樣品狀態(tài)三類，每一類又包括了不同的子影響因素。學(xué)生在學(xué)習(xí)各因素的作用機(jī)制時經(jīng)常發(fā)生難以理解和混淆概念現(xiàn)象，只有充分理解了各影響因素的作用機(jī)制，才能更好的掌握選用的原則。

(3)差熱分析曲線的解析。曲線解析是學(xué)習(xí)的一個重點(diǎn)，數(shù)據(jù)分析時存在很多的技巧和方法，由于學(xué)習(xí)課堂知識和畢業(yè)設(shè)計實際測試結(jié)果分析間隔時間太長，中間缺少相應(yīng)的實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生往往學(xué)會了理論，在遇到具體數(shù)據(jù)時，卻無從下手，不會分析。

圖1 差熱分析原理示意圖

2 教學(xué)設(shè)計及實施

教學(xué)設(shè)計能力對于教師提高工作績效、促進(jìn)學(xué)生學(xué)業(yè)進(jìn)步具有舉足輕重的作用?？茖W(xué)合理地對課程知識進(jìn)行教學(xué)進(jìn)行設(shè)計，是課堂教學(xué)取得成功的重要保障。在教學(xué)設(shè)計時應(yīng)充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)資源，科學(xué)地安排課堂教學(xué)過程的各個環(huán)節(jié)和要素，進(jìn)行教學(xué)設(shè)計。教學(xué)設(shè)計合理與否直接關(guān)系到學(xué)生對新知識的掌握情況和授課效果，是覺得課堂教學(xué)成果與否的前提。教師在教學(xué)過程中扮演了導(dǎo)演的角色，一個好的教學(xué)設(shè)計如同一個優(yōu)秀的活動策劃方案[7-8]。

圖2 NH4NO3的DTA曲線：a.5mg；b.50mg； c.5g

針對本章節(jié)知識抽象枯燥等特點(diǎn)，筆者在進(jìn)行課程教學(xué)設(shè)計時，采用引導(dǎo)式、啟發(fā)式和預(yù)設(shè)式教學(xué)方法。在具體教學(xué)過程中，先讓學(xué)生對新課程內(nèi)容進(jìn)行猜想，結(jié)合前期知識儲備進(jìn)行構(gòu)想，如各影響因素對DTA/DSC曲線有何影響，其作用機(jī)制可能是什么，通過教師的內(nèi)容講解與分析對同學(xué)們的猜想進(jìn)行驗證，從而讓新知識在同學(xué)們的思維中進(jìn)行反思和修正，建構(gòu)及完善成新的知識。如差熱分析的影響因素一節(jié)具體教學(xué)過程是采用鐵觀音與西湖龍井茶味道的區(qū)別如何分析等經(jīng)典實例導(dǎo)入新課，通過引導(dǎo)與討論形成認(rèn)知沖突，從而激發(fā)學(xué)生的課堂參與愿望、啟發(fā)積極思維，維持其思維動力，提高課堂效果。通過討論+辯論+情景表演+實例分析等方法幫助學(xué)生掌握相關(guān)重難點(diǎn)。分析過程中結(jié)合羊肉泡饃、烤紅薯、煮稀飯糊鍋等生活實例幫助學(xué)生理解，新知識總結(jié)以后再給出具體測試誤差的實例，如不同顆粒大小、樣品用量和填裝方式對無水硫酸銅差熱分析曲線所造成的實測誤差(如圖2所示)，讓學(xué)生明白各影響因素的作用機(jī)制及選擇原則。針對差熱曲線分析不易掌握的問題，筆者在教學(xué)過程中增加了數(shù)據(jù)解析練習(xí)環(huán)節(jié)。教師備課時通過文獻(xiàn)檢索，查閱論文中有關(guān)差熱分析的一些文章，從中選出分析比較全面的一些例子，作為課堂練習(xí)題和課后作業(yè)題，讓學(xué)生及時運(yùn)用課堂所學(xué)知識解決實際問題，在參與過程中加深他們的理解和印象。相應(yīng)作業(yè)更注重學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)，如差熱分析課后作業(yè)為：很多人在熱分析測試時往往因為樣品處理不科學(xué)導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真，能否開設(shè)一個專業(yè)的分析制樣機(jī)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)業(yè)，查閱資料并簡單做一個市場分析？三聚氰胺是不法商販經(jīng)常采用的有害物質(zhì)，結(jié)合本節(jié)課知識說明如何了解三聚氰胺在0-120 ℃的熱力學(xué)性能？熱分析在我校檢測時往往出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象，為提高儀器的使用效率，請構(gòu)思一種互聯(lián)網(wǎng)+儀器預(yù)約服務(wù)平臺？

3 教學(xué)過程的創(chuàng)新點(diǎn)

傳統(tǒng)的課堂教師容易滿足于自己講授了多少知識和技巧，但學(xué)生真正掌握了多少，學(xué)會了多少，不同學(xué)生掌握的情況如何，往往被忽略。課堂創(chuàng)新和創(chuàng)新課堂是高等教育發(fā)展新階段對高校課堂的新要求與新標(biāo)準(zhǔn)，每一位高等教育工作者都應(yīng)該積極在教學(xué)過程中進(jìn)行教學(xué)方法的改革與創(chuàng)新。課堂改革，一方面要把學(xué)生的被動學(xué)習(xí)改為主動學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在課堂上有成就感享受感，自覺主動地把身心都留在課堂上；另一方面要讓教師有用戶思維，以學(xué)生為中心，改掉以前只重輸出不顧接收的教學(xué)理念。

在熱分析技術(shù)章節(jié)的教學(xué)過程中積極進(jìn)行改革和課堂創(chuàng)新，可能存在以下幾點(diǎn)創(chuàng)新性：首先是課程思政，通過嫦娥五號等事例的思考培養(yǎng)學(xué)生愛國主義情懷和家國情懷。課程思政是新時代高等教育的新要求和特征，專業(yè)課程的思政是培養(yǎng)政治合格型高級專業(yè)人才的前提與保障。其次，通過導(dǎo)致測試誤差的因素分析培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究態(tài)度，讓科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度根植于心，為學(xué)生畢業(yè)后從事產(chǎn)品品質(zhì)管理和產(chǎn)品研發(fā)等方面工作打下堅實基礎(chǔ)，杜絕學(xué)術(shù)不端現(xiàn)象發(fā)生；第三，利用傳統(tǒng)文化中戲曲事例幫助學(xué)生理解難點(diǎn)，在傳統(tǒng)戲曲與材料學(xué)科的碰撞過程中培養(yǎng)其文化自信。比如影響差熱曲線的樣品填裝方式，比較難理解，可用京劇《蘇三起解》中蘇三和《貴妃醉酒》中楊貴妃的頭飾的“疏”與“密”進(jìn)行比喻，幫助學(xué)生理解樣品填裝送與緊的區(qū)別。在知識傳授過程中又培養(yǎng)了學(xué)生的綜合素養(yǎng)和文化自信。最后是考核方式多維度化。傳統(tǒng)一考定終身的考核方式存在諸多不合理因素，在教學(xué)難點(diǎn)處理過程中加大過程考核。如：采用小組討論、小型辯論賽、情景短劇表演、課后設(shè)計類作業(yè)完成情況等方式進(jìn)行考核。在結(jié)課考試命題中取消傳統(tǒng)填空、簡答、名詞解釋等題型，采用工程案例分析、工程設(shè)計和糾錯(工程生產(chǎn)問題的相關(guān)問題)等題型進(jìn)行考核，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力。這些課堂上可能存在的創(chuàng)新方式一方面有利于學(xué)生更好的掌握課堂教學(xué)的重難點(diǎn)知識，從而實現(xiàn)教學(xué)目的；另一方面是為了實現(xiàn)“一流本科課程”的打造，積極響應(yīng)國家教育方針，落實相關(guān)政策。

4 總結(jié)

全面開展一流本科課程建設(shè)，樹立課程建設(shè)新理念，推進(jìn)課程改革創(chuàng)新，實施科學(xué)課程評價，嚴(yán)格課程管理是實現(xiàn)大學(xué)課堂“擠水煉金”的具體行動，作為一線教師應(yīng)該積極參與到這場教學(xué)改革的革命中去。開展教學(xué)模式改革，進(jìn)行課堂創(chuàng)新，積極培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)和工程實踐能力是工科專業(yè)教師的責(zé)任。筆者以《材料分析方法》課程中差熱分析的相關(guān)理論知識為例進(jìn)行了創(chuàng)新性教學(xué)設(shè)計，幫助學(xué)生掌握和理解教學(xué)難點(diǎn)，并引入課程思政、新工科建設(shè)、多維度考核、科學(xué)素養(yǎng)與文化自信的培養(yǎng)等教學(xué)理念，從教學(xué)實踐中邁出了課程建設(shè)的實質(zhì)性步伐，為培養(yǎng)新時代合格人才打下基礎(chǔ)。