材料分析與表征課程教學(xué)模式的改革與實踐

齊義輝，于景媛，張 越，馬勝男

材料分析與表征課程教學(xué)模式的改革與實踐

齊義輝，于景媛，張 越，馬勝男

(遼寧工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

為提高材料分析與表征課程的教學(xué)效果，采用線上線下混合的教學(xué)模式，實施課程教學(xué)的改革與實踐。依托遼寧工業(yè)大學(xué)（以下簡稱我校）MOOC在線教學(xué)資源平臺，不斷加強(qiáng)線上資源建設(shè)，科學(xué)合理地進(jìn)行線上課程教學(xué)。結(jié)合工程實際，通過不斷完善線下的課堂教學(xué)模式和方法、實行考試方法改革和課程思政等措施，取得了很好的教學(xué)效果，提升了研究生的理論分析能力、科研能力和實踐能力。

材料分析與表征；線上線下混合教學(xué)模式；教學(xué)改革

材料分析與表征是我校材料類研究生的一門學(xué)位課，也是從事材料領(lǐng)域科學(xué)研究必須掌握的基本內(nèi)容。通過學(xué)習(xí)X射線衍射強(qiáng)度計算、物相分析、應(yīng)力分析、織構(gòu)測定、合金相的電子衍射、衍襯、能譜、波譜分析，以及先進(jìn)的檢測技術(shù)等內(nèi)容，使研究生在材料晶體結(jié)構(gòu)和物相組成分析方面具有扎實的理論知識和分析能力，具有利用材料分析與表征的基本方法，科學(xué)處理和分析實驗數(shù)據(jù)并獲得正確結(jié)論的能力。

由于研究生教育一直存在著以理科教育的方式培養(yǎng)工程師的現(xiàn)象，側(cè)重“工程科學(xué)”，而非“工程應(yīng)用”的知識結(jié)構(gòu)，研究生缺乏解決實際工程問題的經(jīng)驗和能力。目前，研究生多數(shù)只是被動接受知識，沒有成為學(xué)習(xí)的主體。為培養(yǎng)具有扎實理論基礎(chǔ)的應(yīng)用型人才，必須實施以研究生為中心的理念，打破傳統(tǒng)“滿堂灌”的授課模式，充分利用互聯(lián)網(wǎng)及信息技術(shù)在課程教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方式中的優(yōu)勢[1,2]，開展課堂教學(xué)方法改革與創(chuàng)新，激發(fā)研究生學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。為此，我們對材料分析與表征課程進(jìn)行了線上線下混合教學(xué)模式的改革與實踐。

一、課程現(xiàn)狀分析

2013年5月，我校材料分析與表征課程被評定為研究生校級精品課。該課程經(jīng)過多年建設(shè)，已經(jīng)建設(shè)成了一門師資水平較高，內(nèi)容豐富，教學(xué)方法與手段比較先進(jìn)，與學(xué)科前沿密切聯(lián)系的課程[3,4]，受到研究生的歡迎與好評。

2016年5月，東北大學(xué)出版社出版了學(xué)校立項教材《材料分析與表征》。2019年以前，我校材料分析與表征課程以線下的多媒體授課為主，研究生被動接受教師的講解，學(xué)習(xí)主動性不強(qiáng)，同時，課程資源也比較有限。與材料測試技術(shù)相關(guān)的課程的教學(xué)改革較多，但多數(shù)是本科的課程，研究生課程的教學(xué)改革較少[5-13]。在中國大學(xué)MOOC平臺，已有中南大學(xué)等多所高校的關(guān)于材料測試方面的MOOC資源，只是供本科學(xué)生選擇學(xué)習(xí)，但有關(guān)研究生的課程資源幾乎沒有。我校MOOC教學(xué)資源平臺上傳了部分的課程視頻和作業(yè)、習(xí)題等資源，供研究生線上學(xué)習(xí)。但針對研究生的線上學(xué)習(xí)，如何進(jìn)行資源建設(shè)，如何處理好線下教學(xué)與線上教學(xué)的關(guān)系，如：哪些內(nèi)容適合線上？線上內(nèi)容如何設(shè)計？線上教學(xué)占比多少合適？以及課內(nèi)外作業(yè)、考試、實踐環(huán)節(jié)如何線上線下分布等問題，都需要在研究生的教學(xué)中進(jìn)行探討和實踐，這些對于工程教育背景下，提高研究生的學(xué)習(xí)能力、掌握專業(yè)技能具有重要的實際意義。

因此，在最近兩輪的材料分析與表征課程教學(xué)中，實施了線下教學(xué)與線上教學(xué)混合的教學(xué)模式。通過不斷加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源建設(shè)，重視信息技術(shù)在教學(xué)活動中的運用，使研究生學(xué)習(xí)方式從單一和被動轉(zhuǎn)向多元和主動，推動形成處處能學(xué)、時時可學(xué)的學(xué)習(xí)新環(huán)境，發(fā)揮在線教學(xué)資源及現(xiàn)代信息技術(shù)在課堂教學(xué)中的重要作用。

二、實施的主要教學(xué)改革措施

（一）加強(qiáng)線上資源建設(shè)

完善現(xiàn)有的課件、作業(yè)題，不斷加大信息量，上傳至我校MOOC在線教學(xué)資源平臺，作為任務(wù)點，供研究生學(xué)習(xí)。依托超星、中國大學(xué)MOOC、酷學(xué)遼寧LOOC等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，查找與本課程有關(guān)的課件、視頻、作業(yè)題、思考題，汲取其他院校同類課程的精華，補(bǔ)充到我校的線上資源里。如：精選了超星平臺下同濟(jì)大學(xué)許乾慰老師的材料研究方法課中電子顯微分析作為任務(wù)點；在課外學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，鏈接了南京理工大學(xué)朱和國老師的“材料科學(xué)研究與測試方法”，供研究生拓展學(xué)習(xí)。增加了網(wǎng)上作業(yè)題量，有單選題、多選題、填空題、簡答題等100多個?？茖W(xué)、合理地設(shè)計線上授課內(nèi)容，把簡單易懂的知識性內(nèi)容通過課前MOOC形式自學(xué)。通過線上資源，把碎片化的理論知識串起來，反哺實體課堂，形成了處處能學(xué)、時時可學(xué)的學(xué)習(xí)新環(huán)境，也部分解決了差異化的因材施教問題，增加了拓展學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

（二）實施線上課程教學(xué)

在課程開始講授前，開通MOOC教學(xué)平臺，發(fā)布課程的教學(xué)大綱、學(xué)習(xí)指南、知識結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)任務(wù)、課程所有課件及學(xué)習(xí)視頻等，明確任務(wù)點，讓學(xué)生明確課程的總體學(xué)習(xí)任務(wù)。在具體的每一節(jié)課前，發(fā)布本次課的學(xué)習(xí)內(nèi)容和要求，發(fā)布本次課的討論題和在線測試題，供學(xué)生預(yù)習(xí)課程內(nèi)容，思考討論題。學(xué)生可以隨時隨地復(fù)習(xí)講授的內(nèi)容，完成線上布置的作業(yè)和測試題，使研究生學(xué)習(xí)方式從單一和被動轉(zhuǎn)向多元和主動，應(yīng)用多元的教育手段提高育人能力。

（三）完善線下課堂教學(xué)

根據(jù)課程內(nèi)容特點，設(shè)計合適的教學(xué)方法。采用案例教學(xué)，增加工程應(yīng)用類題目，密切與生產(chǎn)實際的聯(lián)系。如石油化工管道現(xiàn)場的無損檢測，采用制備復(fù)型的方法，再噴碳或噴金屬處理，增加襯度，有利于研究生對質(zhì)厚襯度的理解。如鋁合金的時效，借助第二相的析出過程，應(yīng)用透射電子顯微鏡觀察第二相的衍射襯度明場像和暗場像，以及基體和第二相的衍射斑點；利用掃描電鏡及能譜儀，詳細(xì)了解SEM的像襯度原理、分辨率等知識，理清能譜儀和波譜儀的點、線、面分析在材料物相成分測試時的各自特點。在衍射斑點分析中，應(yīng)用低合金高強(qiáng)度鋼中的碳（氮）化物，如碳化鈦、氮化釩等的衍射斑點，詳細(xì)分析斑點花樣的特點、形成機(jī)理，通過計算與分析，開展指數(shù)標(biāo)定、晶帶軸的確定、指數(shù)標(biāo)定的誤差分析，以及第二相與基體的取向關(guān)系等。通過應(yīng)用工程案例，引導(dǎo)學(xué)生興趣，使學(xué)生認(rèn)識到課程內(nèi)容的重要性。

對于抽象的、理論性強(qiáng)、不易理解的內(nèi)容，由淺入深，采用啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式等教學(xué)。如衍襯的運動學(xué)理論、衍襯的動力學(xué)理論、高分辨像等，重點講授物理模型，弱化數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，深入了解像形成的本質(zhì)。課堂時間用于重點難點知識學(xué)習(xí)，利用多媒體、動畫演示等手段，找到解題的突破口。師生共同交流課前發(fā)布的思考題，以學(xué)生為主，充分發(fā)揮研究生學(xué)習(xí)的主體性，在課堂的最后由教師點評總結(jié)。主講教師在授課過程中，改革傳統(tǒng)教學(xué)模式、方法，注重知識體系構(gòu)建、學(xué)習(xí)興趣激發(fā)和學(xué)習(xí)實踐情景的構(gòu)建，充分發(fā)揮課堂教學(xué)在知識轉(zhuǎn)化、學(xué)習(xí)引領(lǐng)、應(yīng)用能力提升等方面的優(yōu)勢。

（四）引入新的分析測試手段和知識內(nèi)容

不斷更新教學(xué)內(nèi)容，形成前后銜接、知識結(jié)構(gòu)科學(xué)合理的完整體系，滿足課程新要求。依托我們學(xué)校新的分析測試儀器，如,原子力顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡、背散射電子衍射、直讀光譜儀以及先進(jìn)的掃描透射電子顯微鏡和球差電鏡等，使學(xué)生明確當(dāng)今儀器分析技術(shù)是朝著快速、準(zhǔn)確、自動、靈敏以及適應(yīng)特殊分析方向的發(fā)展趨勢，讓學(xué)生重點掌握各種分析測試手段的特點、功能、適用的范圍、簡單的操作與設(shè)備維護(hù)，明確現(xiàn)代儀器分析的重要性。

（五）提升教師教學(xué)和教改能力以及考核方式改革

通過參加專題培訓(xùn)，參加有關(guān)的專業(yè)學(xué)術(shù)會議和教學(xué)改革會議，開展專業(yè)知識和教學(xué)方法交流，加大課程線上和線下教學(xué)教改力度。不斷提升教師應(yīng)用信息化教學(xué)資源與手段的能力，開展網(wǎng)絡(luò)在線課程應(yīng)用技術(shù)研討和經(jīng)驗交流，熟練應(yīng)用我校MOOC在線教學(xué)資源平臺，積極實施線上教學(xué)。

改革現(xiàn)有的期末一張卷考試方法，增進(jìn)研究生平時學(xué)習(xí)的主動性和積極性，避免一味地死記硬背。加大平時考核力度，線上線下考試相結(jié)合，將課程考核落實于教學(xué)的全過程。實現(xiàn)全方位地評價研究生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)教學(xué)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。

（六）引入課程思政

為加強(qiáng)愛國主義教育，增強(qiáng)學(xué)生民族自豪感和榮譽(yù)感，在線下課程教學(xué)過程中，積極引入與課程內(nèi)容密切相關(guān)的思政知識，突出中國科學(xué)家的貢獻(xiàn)。如在講授晶體衍射和衍襯知識時，突出凝聚態(tài)物理學(xué)家、電子顯微學(xué)家李方華院士的貢獻(xiàn)[14]。她將衍射分析的技術(shù)引入到高分辨電子顯微學(xué)中，在高分辨電子顯微像的襯度理論和圖像處理理論與方法研究、微小晶體結(jié)構(gòu)測定、原子分辨率晶體缺陷測定，以及準(zhǔn)晶的研究中做出了重要貢獻(xiàn)，提出了贗弱相位物體近似像襯理論。在講授材料結(jié)構(gòu)與缺陷分析時，強(qiáng)調(diào)葉恒強(qiáng)院士的貢獻(xiàn)[15]。他與國外同時獨立地發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)晶體學(xué)不允許的五次對稱性，發(fā)現(xiàn)并研究了二十面體對稱、八次、立方對稱等準(zhǔn)晶相，為我國在準(zhǔn)晶實驗研究居于國際前列做出了突出貢獻(xiàn)。學(xué)生對科學(xué)家的工作非常感興趣，經(jīng)常引起熱烈的討論。

三、取得的教學(xué)效果

通過線下、線上教學(xué)改革與實踐，改變了教的樣態(tài)，激發(fā)了學(xué)的動力，使研究生學(xué)習(xí)方式從單一和被動轉(zhuǎn)向多元和主動。多元的教育教學(xué)手段，提高了學(xué)生的分析測試以及科研能力。近三年來，材料類學(xué)生在研究生各類創(chuàng)新競賽中取得優(yōu)異成績，累計榮獲國家級獎項3項、省級各類競賽獎項15項；研究生發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇；10余篇碩士學(xué)位論文獲評校優(yōu)秀碩士學(xué)位論文。在歷次省、學(xué)校組織的碩士學(xué)位論文抽檢中，優(yōu)良率達(dá)90%以上。已有20名碩士研究生繼續(xù)深造，在北京科技大學(xué)、東北大學(xué)、大連理工大學(xué)、中科院、沈陽工業(yè)大學(xué)、大連交通大學(xué)等單位攻讀博士學(xué)位，高質(zhì)量就業(yè)率達(dá)到50%以上。

四、結(jié)束語

研究生課程的設(shè)計應(yīng)以研究生發(fā)展為中心，加強(qiáng)教學(xué)吸引力，激發(fā)學(xué)習(xí)積極性和自主性。以MOOC教學(xué)為切入點的在線教學(xué)作為實體教學(xué)的重要補(bǔ)充，越來越受到研究生的歡迎。線上線下混合式課程建設(shè)是目前研究生課程教學(xué)改革的重要方向。為落實“以研究生為中心”理念，我們根據(jù)學(xué)科專業(yè)及課程特點，打破傳統(tǒng)“滿堂灌”的授課模式，考慮當(dāng)今知識獲取的便捷性，把握研究生碎片化獲取信息的特點，在材料分析與表征課程中實施了線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式，充分發(fā)揮線上線下教學(xué)的各自優(yōu)勢，使研究生真正成為學(xué)習(xí)的主體，取得了很好的教學(xué)效果，大大提升了研究生的理論分析能力、科研能力和實踐能力。

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[15] 葉恒強(qiáng)院士獲中國電子顯微學(xué)終身成就獎[EB/OL]. (2020-11-30) [2021-09-20]. https://www.sohu.com/435428809_120056486. 2020-11-30.

：10.15916/j.issn1674-327x.2022.04.030

G642.4

B

1674-327X (2022)04-0117-03

2021-10-11

遼寧工業(yè)大學(xué)研究生教育改革創(chuàng)新項目經(jīng)費資助(YJG2021008)

齊義輝(1965-)，男，遼寧興城人，教授，博士。

(責(zé)任編輯：付春玲)