《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》課程教學改革與實踐
——以金屬材料工程專業(yè)為例

梁柳青

（百色學院材料科學與工程學院，廣西百色 533000）

材料成分組成、微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能之間相互關(guān)系的探索是材料科學的核心問題，影響著新材料的研發(fā)與發(fā)展。材料現(xiàn)代分析技術(shù)是材料研究過程中對材料的成分組成、微觀結(jié)構(gòu)及宏觀性能進行表征的重要手段。所以，很多高校的材料類、化學類專業(yè)將此課程作為專業(yè)的核心課程，同時該課程也是本校金屬材料工程專業(yè)的核心必修課[1]。隨著材料科學的不斷發(fā)展和新材料的不斷研發(fā)，教材不斷更新，測試方法不斷改進及昂貴的大型精密儀器設(shè)備使用頻率越來越高，給材料現(xiàn)代分析技術(shù)的課堂教學帶來一定的難度。因此傳統(tǒng)的教學模式、教學方法已不再適應(yīng)《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》課程的教學要求，亟須改進。多年來本校該課程任課教師一直在尋求適合本校金屬材料工程專業(yè)課程的教學方法，不斷更新教學模式。近幾年進行了“以教師為中心”轉(zhuǎn)化為“以學生為中心”的教學模式改革，取得良好的效果，現(xiàn)將多年來的教學經(jīng)驗和改革措施做簡單的介紹。

1 《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》教學現(xiàn)狀分析

1.1 課程特點

《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》是本校金屬材料工程專業(yè)培養(yǎng)方案中的專業(yè)核心必修課程，是關(guān)于材料組成、結(jié)構(gòu)、微觀形貌、缺陷等現(xiàn)代分析測試技術(shù)及其有關(guān)基礎(chǔ)理論的一門技術(shù)性實驗方法課程。主要內(nèi)容包括X 射線晶體衍射分析、電子與物質(zhì)相互作用、透射電子顯微分析、掃描電子顯微分析、電子探針分析方法以及常見熱分析技術(shù)等。內(nèi)容涉及現(xiàn)代科學技術(shù)各領(lǐng)域，要求學生具備一定的高等數(shù)學、物理學、電子學、材料科學基礎(chǔ)等相關(guān)知識，涉及面比較廣，是理論性和實踐性比較強的課程[2]。該課程側(cè)重分析測試方法的基本原理及在材料科學中的應(yīng)用；通過學習使學生具備對材料組成、微觀結(jié)構(gòu)及宏觀性能進行表征的能力； 培養(yǎng)學生的圖像觀察、數(shù)據(jù)結(jié)果整理及對金屬材料開發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題進行分析解決的能力。為今后從事相關(guān)領(lǐng)域工作的復(fù)雜工程問題分析、工藝改進、產(chǎn)品研發(fā)、質(zhì)量檢測、零部件失效分析等積累扎實的理論知識與能力基礎(chǔ)。

1.2 教學方式有待改進

《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》 課程內(nèi)容涉及知識面廣、原理抽象、理論性強，課程內(nèi)容比較難懂，隨著科學技術(shù)的不斷進步、設(shè)備和技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，現(xiàn)行的教材已跟不上更新的速度。那么如何結(jié)合高?，F(xiàn)有的設(shè)備，將檢測技術(shù)新發(fā)展、檢測技術(shù)新理論和新技術(shù)傳授給學生，讓學生畢業(yè)后能與時俱進、無縫銜接的解決工作上的問題，是教學改革中應(yīng)該重點思考的問題。

其次，近些年地方院校生源質(zhì)量參差不齊，對教學是一種挑戰(zhàn)，對于這類院校的生源來說這門課的學習具有一定難度，傳統(tǒng)以教師為中心的模式缺乏學生的參與互動，不能吸引學生的注意力。教師上課累且沒能激發(fā)學生學習興趣。特別是在人手一部手機的時代，如果學生沒有參與教學，注意力不集中，課堂上很難避免學生刷屏玩手機；同時傳統(tǒng)的考試模式可以說是“一考定論”，很多學生通過突擊式的學習就可以達到考試基本要求，這樣會導(dǎo)致學生學習熱情不足。這種突擊式的學習在后續(xù)的教學實踐環(huán)節(jié)帶來諸多問題，學生也因沒有掌握必要的專業(yè)理論基礎(chǔ)，在實踐過程中表現(xiàn)欠佳，能力不足。特別是在工作以后，知識基礎(chǔ)薄弱會影響學生今后的發(fā)展[3]。

最后，是本課程特有的大型精密儀器教學問題。在教學中大型設(shè)備不可能搬到課堂進行很直觀的教學，又因高?？蒲袦y試任務(wù)較重，時間上無法安排數(shù)量較多的本科生上機實踐，實踐操作基本做不到人手一臺。因這些客觀因素，大型精密儀器對本科生的開放程度受到很大限制，開設(shè)的教學實驗較少，以演示為主，不利于學生對大型分析儀器表征的感性認識以及實操技能的掌握，影響學生辨識、分析、解決金屬材料領(lǐng)域復(fù)雜工程能力的培養(yǎng)[4]。

2 《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》教學改革措施

為了提高金屬材料工程專業(yè)的《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》課程教學質(zhì)量、教學水平，培養(yǎng)具備分析解決金屬材料工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的應(yīng)用型人才。結(jié)合實際教學過程中的問題，提出了以下方面的改革措施：

2.1 教學內(nèi)容更新及整合

隨著科學技術(shù)的不斷進步，設(shè)備和技術(shù)不斷更新?lián)Q代，通過教學內(nèi)容不斷更新，刪除陳舊的知識點，加入前沿新技術(shù)、新理論，突出重點，讓學生做到與時俱進、與社會的無縫銜接。例如以前X 射線物相定性分析主要是手動分析，多數(shù)教材內(nèi)容會大篇幅講解如何通過前三強線、八強線來逐步確定物相。但隨計算機技術(shù)的發(fā)展，借助軟件實現(xiàn)了自動化。例如JADE 軟件的使用，只要幾個簡單的操作就可以實現(xiàn)自動尋找匹配工作，所以此部分手動分析內(nèi)容可以不講，更新為JADE軟件物相分析的操作講解。

2.2 多媒體與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)輔助教學

《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》課程要求掌握各測試分析儀的結(jié)構(gòu)、基本原理等，所以教材里安排大量的篇幅進行介紹。特別是大型精密儀器（例如X 射線衍射儀、透射電鏡、掃描電鏡等），課堂傳遞的信息量較大，教學進度普遍偏快，如果再采用傳統(tǒng)單純板書式的教學模式，不但進度慢，還不能很直觀地展示儀器的構(gòu)造和原理圖，學生不但難于理解相應(yīng)的理論知識，還缺乏感性認識，增加了學習難度[5]。并且在傳統(tǒng)的教學模式中多數(shù)是“以教師為中心”的課堂，學生較少參與互動，上課缺乏趣味性，學習效果不佳。多媒體技術(shù)因采用文字、數(shù)據(jù)、圖形、影像、音頻和視頻等不同的媒體技術(shù)，使復(fù)雜的方法原理、分析流程等直觀化，課堂生動形象，引起學生的興趣，教師再加以講解，更利于學生理解和掌握該部分的知識。例如在大型精密儀器（X 射線衍射儀、掃描電鏡等）講解時，可以以圖片和視頻等方式展示儀器設(shè)備，學生較為直觀地認識該設(shè)備情況；在電子顯微鏡的原理講解時，電子束在磁場中的偏轉(zhuǎn)內(nèi)容采用視頻教學，直觀、生動、形象，能抓住學生的眼球，課堂氣氛活潑。借助視頻學生能更深刻理解電子束在磁場中的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，為后面講解電子束可以聚焦成像做好鋪墊。但多媒體教學存在翻頁快、信息量過大等缺點，不利于學生的理解和做筆記，反過來也會影響教學效果。針對這一問題，首先可以引導(dǎo)學生進入中國大學MOOC 平臺的《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》課程進行線上學習，對授課過程中不明白的知識點通過視頻反復(fù)地觀看學習，其次教師可以借助各網(wǎng)絡(luò)學習平臺建立課程網(wǎng)頁。例如華中師范大學推出的微助教輕應(yīng)用工具，將可電子教案、多媒體課件、課程學習材料、課程題庫、討論等內(nèi)容在課程網(wǎng)頁中充實完善，學生除了可以隨時觀看、下載課件和課程學習材料外，加入課堂的學生可以參加討論和答題，同時還可以對答題情況作圖分析。通過上述學習，教師基本了解每一位學生對知識點的掌握情況，從而及時對教學難度、進度做適當調(diào)整，對學習成績較差的學生可以進行針對性的輔導(dǎo)。同時結(jié)合實際應(yīng)用在教學過程中布置課外大作業(yè)（復(fù)雜工程問題），學生借助網(wǎng)絡(luò)做文獻調(diào)研，并組織學生通過多媒體展示對復(fù)雜問題的分析以及提出的解決方案，有助于培養(yǎng)學生利用現(xiàn)代信息工具解決復(fù)雜工程問題的能力。所以在網(wǎng)絡(luò)教學輔助下，可加強學生參與教學環(huán)節(jié)，做到“以學生為中心”，有助于提升多媒體教學效果。

2.3 與實際相結(jié)合采用案例教學

《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》課程內(nèi)容不僅是金屬材料工程專業(yè)學生綜合實訓、專業(yè)實訓、畢業(yè)學位論文中不可缺少的知識點支撐，也是今后工作中不可或缺的知識，實用性很強。因此，在解決與應(yīng)用相關(guān)的問題時，能夠根據(jù)金屬材料相關(guān)的問題和研究目的，選擇恰當?shù)膬x器進行測試，分析解決金屬材料開發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，是該課程教學的目的。對于此類專業(yè)課程的教學，以教師講授為主的傳統(tǒng)教學方法不利于學生知識運用能力的培養(yǎng)，應(yīng)該從教學方面進行改革，轉(zhuǎn)型為“以學生為中心”。

案例教學法不同于傳統(tǒng)教學方法，是以“學生為中心”的教學方法，在教師的精心策劃和指導(dǎo)下，選用典型案例討論、分析，引導(dǎo)學生獨立思考或者集體協(xié)作，再借助文獻調(diào)研等相關(guān)方法，提高學生獲取知識的能力，培養(yǎng)學生解決問題的正確思維方法。對案例教學方法內(nèi)容的選擇要具有針對性，要緊密結(jié)合課程知識要點，特別是要注意綜合性和實用性案例的選擇，既要符合課程內(nèi)容體系的內(nèi)在邏輯關(guān)系，還可以作為范例，以便學生今后工作遇到問題時可以借鑒。例如講授掃描電子顯微二次電子信號做形貌分析時，可以生產(chǎn)實踐中機械零部件斷裂為案例，教師可結(jié)合實際情況給學生提供具體零部件斷裂時的斷口形貌圖片。一步步引導(dǎo)學生首先學會選擇正確的測試分析方法，然后分析斷裂的原因以及裂紋演化和發(fā)展的過程，最后對零部件材質(zhì)、成型工藝和服役條件進行說明，讓學生正確判斷、分析斷裂產(chǎn)生的機制，并據(jù)此提出合理有效的改進措施。案例教學典型、形象生動，貼合實際應(yīng)用，學生猶如親歷實踐過程，可深入理解材料現(xiàn)代分析技術(shù)的有關(guān)知識點，同時也了解了不同測試技術(shù)的應(yīng)用背景[6]。

2.4 以科研促進教學

科研是教學的基礎(chǔ)，有了科研的支撐，教學才有靈魂。通過科研可以不斷地更新自己的知識結(jié)構(gòu)，把握本學科的發(fā)展方向與最新研究成果，同時不斷完善和更新教學內(nèi)容，使學生掌握最新的材料分析技術(shù)方法和理論。具有一定科研能力的教師，所講授的課程內(nèi)容更加生動和貼合實際應(yīng)用，易達到提高學生學習興趣、提升學習效果的目的。有豐富科研經(jīng)驗的教師更善于激發(fā)學生的潛能和調(diào)動學生積極性，使學生具備挖掘資料、組織、分析案例的能力，了解材料現(xiàn)代分析技術(shù)在實際中的應(yīng)用。高校教師通過科研能對所教課程有系統(tǒng)、深度和廣度的認識和理解，進而能做到授課收放自如，把控課堂。另外，在教學過程中，鼓勵學生利用閑暇時間參與教師的科研工作，提前進入實驗環(huán)節(jié)的學習[6]。例如本校部分本科生從大二開始進入實驗室，跟隨教師一起開展課題研究。一方面可以提高科研能力，另一方面為畢業(yè)論文寫作奠定了良好基礎(chǔ)，同時具備大型設(shè)備的操作能力，為日后工作打下基礎(chǔ)。

2.5 過程考核方式改進

如前所述，對教學內(nèi)容、方法等進行了探索，原有的“一考定論”已不再是最合適的考核方式，得適時對考核形式進行調(diào)整，以加強對學生應(yīng)用能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。實踐表明，采用靈活多樣的考核方式有較好的效果。比如把期末成績降到60%，還有40%用于學習過程的考核，考核的內(nèi)容可以包括課堂討論、課外大作業(yè)（解決復(fù)雜工程問題）、在線學習作業(yè)等。同時期末考試題型也做調(diào)整，取消選擇、填空題，增加類似于課外大作業(yè)題目的綜合論述題，重點考查綜合利用課程所學的知識，解決身邊科學問題的能力，更偏向于實際應(yīng)用。通過考核方式的調(diào)整，改變學生突擊式的學習狀況，同時解決學生學習熱情不足的問題。

3 結(jié)語

通過對《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》課程教學現(xiàn)狀分析，結(jié)合教學的實際情況，采用“以學生為中心”的教學模式，整合教學內(nèi)容，引入多媒體和網(wǎng)絡(luò)教學作為教學工具，探索案例教學、加設(shè)解決復(fù)雜工程問題的課外大作業(yè)、課堂討論等多樣化過程考核方式，有效激發(fā)學生的學習興趣，提高教學效果，提升學生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)具備分析解決金屬材料工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題能力的應(yīng)用型人才。