“雙一流”建設(shè)背景下《材料近代分析方法》課程教學(xué)改革研究與實踐

彭紅兵 孟廣彬 崔祥水 汪曉勇 周超洋

（江蘇科技大學(xué)冶金與材料工程學(xué)院，江蘇 張家港 215600）

《材料近代分析方法》是江蘇科技大學(xué)冶金與材料工程學(xué)院冶金、材料、焊接、新能源材料與器件等專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，旨在使學(xué)生了解X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、電子探針等設(shè)備的作用與功能，掌握X射線、電子顯微分析等的基本理論、基本知識以及應(yīng)用，并能與專門從事X射線與電子顯微分析工作的人員共同制定試驗方案與分析試驗結(jié)果[1]。因此，《材料近代分析方法》課程的教學(xué)效果以及學(xué)生掌握的程度對后續(xù)畢業(yè)設(shè)計乃至工作與科研生涯將產(chǎn)生深遠的影響。

此外，為加快我國高等教育強國建設(shè)，黨中央、國務(wù)院做出了加快世界一流大學(xué)和世界一流學(xué)科建設(shè)這一重大戰(zhàn)略決策和部署。課程是本科教育的基本依據(jù)，而一流的本科教育又是“雙一流”建設(shè)的重要內(nèi)涵與核心任務(wù)[2]。因此，“雙一流”建設(shè)為課程的教學(xué)改革帶來的新的挑戰(zhàn)與機遇。本文深入分析了“雙一流”建設(shè)背景下我院《材料近代分析方法》課程在教學(xué)中存在的主要問題，并探討了該課程教學(xué)中的改革舉措與具體實踐。

1 教學(xué)中存在的問題

1.1 內(nèi)容多、課時少

目前，我院選用哈爾濱工業(yè)大學(xué)周玉、武高輝老師主編的《材料分析測試技術(shù)》（第2版）作為《材料近代分析方法》課程的主講教材。該教材分為16個章節(jié)，主要內(nèi)容涉及如下兩個方面[3，4]：①X射線衍射：主要涉及X射線的物理學(xué)基礎(chǔ)、X射線的衍射方向、衍射強度、多晶體分析方法以及X射線在材料分析中的應(yīng)用等；②電子顯微分析：主要介紹了電子光學(xué)基礎(chǔ)、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡以及電子探針等設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理以及在材料顯微分析方面的應(yīng)用等。近年來，隨著培養(yǎng)計劃的持續(xù)修訂，該課程的教學(xué)時數(shù)由縮減后的40課時進一步減少至24課時。因此，內(nèi)容多、課時少這一現(xiàn)狀迫使教師只能對某些內(nèi)容做簡要介紹。此外，大部分學(xué)生對《大學(xué)物理》《材料科學(xué)基礎(chǔ)》等先修課程知識掌握不牢，導(dǎo)致學(xué)生上課跟不上，學(xué)習(xí)興趣低，應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的能力明顯不足。為在有限的課時內(nèi)，達到良好的教學(xué)效果，在“雙一流”建設(shè)背景下，必須及時優(yōu)化、重組教學(xué)內(nèi)容。

1.2 教學(xué)方式單一

隨著科技的發(fā)展，教學(xué)方式和手段越來越多元化，然而，目前高校教師的教學(xué)方式仍采用以PPT講授為主的“填鴨式”教學(xué)。我院《材料近代分析方法》課程的教學(xué)方式也是如此，然而該課程內(nèi)容抽象、理論性較強、概念多、公式推導(dǎo)復(fù)雜，教師照本宣科的情況仍然存在，加之課時緊張，每次課的知識點較多，導(dǎo)致學(xué)生對知識點的掌握不足，使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中感到枯燥、無趣，更談不上學(xué)生的個性發(fā)展。如此單一的教學(xué)方式也導(dǎo)致了學(xué)生的知識體系單一，達不到人才培養(yǎng)的目的。為了提升教學(xué)效果、實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)，在“雙一流”建設(shè)背景下，必須采用多元化的、更合理的教學(xué)方式，使每位學(xué)生都能從中受益。

1.3 實驗內(nèi)容固化

目前，我院《材料近代分析方法》課程的課內(nèi)實驗內(nèi)容仍為“X射線衍射儀的結(jié)構(gòu)及物相分析”“掃描電子顯微鏡結(jié)構(gòu)、微觀組織及斷口分析”以及“掃描電子顯微鏡能譜及成分分析”這三個基本的演示、驗證性實驗。雖能一定程度上加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解和掌握，然而，缺乏對學(xué)生探索能力的培養(yǎng)以及創(chuàng)新思維的訓(xùn)練。同時，實驗學(xué)時的嚴(yán)重不足，也造成了學(xué)生的實踐機會大打折扣。此外，實驗報告相互抄襲的現(xiàn)象依然嚴(yán)峻，學(xué)生對數(shù)據(jù)處理和實驗結(jié)果的分析能力嚴(yán)重不足。為了提高學(xué)生實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和探索能力，在“雙一流”建設(shè)背景下，必須優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容，使每位學(xué)生都能親自參與從試樣制備－檢測分析－數(shù)據(jù)處理－結(jié)果分析這一全過程。

2 “雙一流”建設(shè)背景下《材料近代分析方法》課程的教學(xué)實踐

2.1 基于需求、力求精練實用，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

《材料近代分析方法》作為我院冶金、材料、焊接、新能源材料與器件等專業(yè)的基礎(chǔ)課，為實現(xiàn)教學(xué)目的和人才培養(yǎng)目標(biāo)，必須根據(jù)專業(yè)特點和需求，以精煉、實用為導(dǎo)向，對教學(xué)內(nèi)容進行優(yōu)化，這樣才能在有限課時內(nèi)讓學(xué)生汲取到與本專業(yè)密切相關(guān)的知識[5，6]。如我院冶金、材料、焊接專業(yè)主要關(guān)注的是金屬等結(jié)構(gòu)材料中的微觀組織結(jié)構(gòu)與顯微成分等信息的檢測分析。因此，在授課過程中可以強化金屬結(jié)構(gòu)材料的顯微分析內(nèi)容，弱化新能源相關(guān)的功能材料等的檢測分析內(nèi)容，僅將這部分內(nèi)容作為了解性內(nèi)容，讓冶金、材料、焊接專業(yè)的學(xué)生在有精力的條件下進行自我學(xué)習(xí)。對新能源材料與器件專業(yè)的學(xué)生則相反，應(yīng)強化與其專業(yè)相關(guān)的功能材料的檢測、表征內(nèi)容，弱化結(jié)構(gòu)件的顯微分析。

此外，學(xué)生前期已修完了《大學(xué)物理》《電工電子技術(shù)》等課程，這些課程部分內(nèi)容已涉及了X射線的物理學(xué)基礎(chǔ)以及電子光學(xué)基礎(chǔ)等知識。因此，在課時不斷縮減的背景下，對本課程的內(nèi)容進行了優(yōu)化，如對“X射線的性質(zhì)”“X射線的衍射方向”“電子光學(xué)基礎(chǔ)”的課時進行了適當(dāng)?shù)膲嚎s，在此基礎(chǔ)上，引入了一定量的與專業(yè)相關(guān)的檢測分析案例以及科學(xué)前沿知識，既鞏固了基礎(chǔ)知識又提升了學(xué)生分析、解決問題的能力以及科研創(chuàng)新能力。另外，對冶金、材料、焊接專業(yè)，引入了新金屬材料分析試樣的制備及表征等教學(xué)內(nèi)容；對新能源與器件專業(yè)，引入了新能源相關(guān)功能材料分析試樣的制備與表征等教學(xué)內(nèi)容。通過上述教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化，本課程的教學(xué)目的以及各專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)得以良好實現(xiàn)。

2.2 以“學(xué)”為中心，豐富教學(xué)方式

根據(jù)本課程的教學(xué)目標(biāo)和實際需求，在整個教學(xué)過程中要突出學(xué)生的中心地位，關(guān)注學(xué)生“學(xué)什么”和“怎么學(xué)”，注重學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)，而不是教師“教什么”和“怎么教”。因此，為豐富教學(xué)方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，本課程充分、合理地利用了MOOC、超星等線上的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，提前安排學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)通過視頻學(xué)習(xí)、資料查閱、參與討論以及問卷答題等形式完成相應(yīng)的線上學(xué)習(xí)任務(wù)，不但提升了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，也拓展了課程教學(xué)的時間和空間維度，一定程度上緩解了內(nèi)容多、課時少這一痛點。此外，上課前，教師對線上平臺提供的視頻學(xué)習(xí)情況，討論、答題情況等數(shù)據(jù)進行分析，預(yù)估學(xué)生對相關(guān)知識點的掌握程度，以便更為合理地設(shè)計、組織線下的課堂教學(xué)，如針對錯題率較高的知識點，會引入具體的檢測、分析案例以及科研案例，采用互動性較強的討論式教學(xué)，逐步引導(dǎo)學(xué)生去理解和掌握該知識點。

另外，在“雙一流”建設(shè)背景下，為進一步提高學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決具體實際問題的能力，課堂中仍需進行啟發(fā)式教學(xué)。如鋼鐵材料在連鑄、軋制等熱加工過程中不可避免地會發(fā)生氧化，氧化層大體會有Fe2O3、Fe3O4以及FeO三種氧化物（均含F(xiàn)e和O兩種元素）組成，氧化層的厚度、各層形貌以及所占比例對鋼鐵性能會產(chǎn)生較大影響，此時可拋出“如何對鋼的氧化層厚度、各層形貌、成分以及所占比例進行有效表征？”這一啟發(fā)性的問題，引入研討環(huán)節(jié)，讓學(xué)生主動思考、積極參與，既能保證教學(xué)質(zhì)量，還能鍛煉學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識的能力，課后可引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)查閱最新文獻資料，驗證課堂上的討論結(jié)果，進一步鞏固所學(xué)知識，同時也能強化學(xué)生查閱文獻、分析問題、解決問題的能力，讓學(xué)生從被動接受向主動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變。

2.3 以能力培養(yǎng)、思維創(chuàng)新為導(dǎo)向，科學(xué)設(shè)置實驗

在“雙一流”建設(shè)背景下，為進一步提升學(xué)生的實驗實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維[7-9]，對本課程的實驗進行了如下科學(xué)設(shè)置。首先，將原來由教師主導(dǎo)操作的演示、驗證性實驗改為由學(xué)生全程主導(dǎo)的綜合性實驗，即教師在講解了實驗原理、目的以及操作要求等必要內(nèi)容外，整個實驗從試樣制備－檢測分析－數(shù)據(jù)處理－結(jié)果分析均由每組學(xué)生獨立完成。其次，實驗內(nèi)容不再局限于“X射線衍射儀的結(jié)構(gòu)及物相分析”“掃描電子顯微鏡結(jié)構(gòu)、微觀組織及斷口分析”以及“掃描電子顯微鏡能譜及成分分析”這三個基本的演示、驗證性實驗，而是在此基礎(chǔ)上增加了“XRD定量分析之外標(biāo)曲線庫的建立實驗”“透射電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)、樣品制備及觀察實驗”以及“織構(gòu)的電子背散射衍射分析實驗”，每組學(xué)生可根據(jù)自身情況任選三個實驗，這樣既能在有限的實驗學(xué)時內(nèi)豐富實驗內(nèi)容、增加實踐機會，還能避免部分學(xué)生重復(fù)實驗、消極對待。最后，實驗材料也不局限于實驗室統(tǒng)一配備的演示用材料，而是可以選用自己本創(chuàng)項目、參加的開放選修實驗以及教師科研項目中的材料，這樣即杜絕了實驗報告相互抄襲、敷衍了事的現(xiàn)象，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的溝通以及團隊協(xié)作能力，同時也強化了學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析以及解決問題的創(chuàng)新思維。

3 結(jié)語

《材料近代分析方法》是我院冶金、材料、焊接、新能源材料與器件等專業(yè)的基礎(chǔ)課，在“雙一流”建設(shè)背景下，筆者分析和總結(jié)了該課程教學(xué)過程中存在的問題，通過對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式以及實驗設(shè)置三個方面的改革和實踐，使教學(xué)內(nèi)容更加精煉、實用，符合專業(yè)需求；教學(xué)方式更加豐富，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；實驗設(shè)置更加科學(xué)、合理，提升了學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際問題的能力以及學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。在以后的教學(xué)活動中，為實現(xiàn)本課程的教學(xué)目的和人才培養(yǎng)目標(biāo)仍需不斷進行總結(jié)和調(diào)整。