國家工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下“材料測(cè)試分析方法”教學(xué)改革探索

張振亞

(江蘇大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

材料科學(xué)的研究對(duì)象包含材料組織結(jié)構(gòu)、使用性能、成分工藝、材料性能及其關(guān)系[1]。其中工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究主要涉及材料組織結(jié)構(gòu)、性能及其關(guān)系。材料的組織結(jié)構(gòu)決定材料的性能是材料類從業(yè)者達(dá)成的共識(shí)。精確獲得材料組織結(jié)構(gòu)是提升材料性能、高效完成生產(chǎn)目標(biāo)的重要保證。材料測(cè)試分析方法是精確獲得材料組織結(jié)構(gòu)最直接、最權(quán)威的方法，是近現(xiàn)代材料科學(xué)與工程的重要研究手段之一。

1 課程特點(diǎn)、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容

“材料測(cè)試分析方法”是面向材料科學(xué)與工程學(xué)科各專業(yè)本科生開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。教學(xué)目標(biāo)是，讓學(xué)生掌握材料分析測(cè)試方法和原理，探索材料的微觀結(jié)構(gòu)組織、成分、工藝對(duì)材料力學(xué)、化學(xué)、物理性能的影響，在未來的學(xué)習(xí)和工作中能自主選擇測(cè)試手段和分析儀器，獲得準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并合理分析，進(jìn)而獲得正確結(jié)論。教學(xué)內(nèi)容主要包括材料X射線分析和電子顯微分析[2]，涵蓋材料組織結(jié)構(gòu)、組織形貌、工藝成分等方面的檢測(cè)與分析，理論性強(qiáng)，知識(shí)點(diǎn)繁雜且枯燥。此外，實(shí)驗(yàn)操作和分析運(yùn)用對(duì)學(xué)生實(shí)踐性要求較高，研究?jī)?nèi)容凸顯前沿性。

2 教學(xué)中存在的主要問題

國家工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，專業(yè)基礎(chǔ)課要立足專業(yè)認(rèn)證需求，按照新的教學(xué)目標(biāo)，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、授課形式和考核方式。“材料測(cè)試分析方法”課程教學(xué)目前存在以下問題。

2.1 教學(xué)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)資源欠缺，演示性實(shí)驗(yàn)為主

“材料測(cè)試分析方法”以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，囊括X射線衍射、透射電子顯微鏡、X射線光電子能譜儀、掃描電子顯微鏡等大型精密儀器的工作原理、操作應(yīng)用等內(nèi)容。但實(shí)驗(yàn)室的大型儀器設(shè)備資源尚不能滿足全部實(shí)驗(yàn)和教學(xué)需求。實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中存在較多客觀因素，如儀器設(shè)備造價(jià)昂貴、維護(hù)成本高、調(diào)試周期長(zhǎng)，學(xué)生多等。為保障儀器設(shè)備的使用安全，實(shí)驗(yàn)教學(xué)以教師演示為主，不能滿足學(xué)生獨(dú)立操作的需求，不利于學(xué)生理解儀器設(shè)備的工作原理和操作方法。學(xué)生對(duì)儀器設(shè)備的原理和分析應(yīng)用只停留在理論階段的表觀認(rèn)識(shí)層面和初步的觀察階段，不利于操作能力和學(xué)習(xí)動(dòng)力的培養(yǎng)。

2.2 教學(xué)內(nèi)容需要革新

國家工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，工科專業(yè)課的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)強(qiáng)化工程教育專業(yè)認(rèn)證理念。專業(yè)課教學(xué)的終極目標(biāo)是學(xué)生能結(jié)合生產(chǎn)和科研實(shí)際準(zhǔn)確運(yùn)用所學(xué)知識(shí)并最終解決具體問題[3]。因此在課堂講授中不僅要?jiǎng)h減過時(shí)、冗雜的理論性內(nèi)容，還應(yīng)該結(jié)合學(xué)生的專業(yè)方向合理增加測(cè)試方法、分析思路方面的延展教學(xué)。

2.3 授課形式單一、枯燥，學(xué)生積極性降低

傳統(tǒng)授課形式屬于灌輸式，以教師講解和實(shí)驗(yàn)演示為主，輔以PPT。課程涉及的儀器設(shè)備及其原理復(fù)雜，分析方法晦澀難懂，而單一的授課形式會(huì)增加理解難度。被動(dòng)接受知識(shí)導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。

2.4 考核形式單一

傳統(tǒng)的考核方式包括平時(shí)成績(jī)和期末考試成績(jī)，分別按40%和60%計(jì)入最終成績(jī)[4]。平時(shí)成績(jī)包括上課出勤、平時(shí)作業(yè)等常規(guī)教學(xué)任務(wù)，期末考試為卷面考核。學(xué)生沒有給予課堂教學(xué)足夠的重視，僅滿足于按時(shí)出勤和提交作業(yè)，期末考試則以速記強(qiáng)背為主，以獲取分?jǐn)?shù)為最終目標(biāo)，忽視了對(duì)課程內(nèi)容的理解和運(yùn)用。這種學(xué)習(xí)狀況，教學(xué)質(zhì)量難以保證。改革傳統(tǒng)考核方式勢(shì)在必行。

3 已采取的改革措施

3.1 教學(xué)內(nèi)容適度精簡(jiǎn)和補(bǔ)充延展

部分教學(xué)內(nèi)容陳舊過時(shí)，部分理論知識(shí)晦澀難懂且無實(shí)用價(jià)值，與工程教育專業(yè)認(rèn)證理念相悖，授課時(shí)應(yīng)刪除。如X射線衍射定量分析原理中有大量的推導(dǎo)公式，過多講授公式推導(dǎo)過程會(huì)占用有限的學(xué)時(shí)，還容易讓學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒，應(yīng)適當(dāng)刪減。此外，基本概念應(yīng)側(cè)重知識(shí)的理解和運(yùn)用，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，更新和拓展儀器設(shè)備的使用方法、工作原理、應(yīng)用范圍、結(jié)論分析等方面的內(nèi)容。如補(bǔ)充國際新型檢測(cè)手段3DAP的設(shè)備構(gòu)造、工作原理、操作步驟、應(yīng)用范圍等前沿知識(shí)。鑒于目前該設(shè)備在國內(nèi)不超過3臺(tái)，現(xiàn)行各版本教材均未涉及相關(guān)內(nèi)容，而補(bǔ)充最新知識(shí)有助于提高學(xué)生的職業(yè)能力。

“材料測(cè)試分析方法”集實(shí)驗(yàn)技術(shù)和分析方法于一體，對(duì)授課教師要求更高。教師要緊密結(jié)合學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)特點(diǎn)，立足本人的科研領(lǐng)域，增加科研案例以拓展知識(shí)。如講解透射電鏡時(shí)，以表征鋁基復(fù)合材料晶體的科研案例貫穿樣品制作，透射電鏡的工作原理、操作方法、使用范圍講解；講解掃描電鏡時(shí)，以對(duì)硼化物的組織及性能分析為科研案例講解工作原理、操作方法和使用范圍。通過對(duì)科研實(shí)例的講解和演示操作，引導(dǎo)學(xué)生理解所學(xué)內(nèi)容并培養(yǎng)獨(dú)立思考問題的能力。

3.2 增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，加大實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備開放力度

本課程共計(jì)40學(xué)時(shí)，精減教學(xué)內(nèi)容后，空余約8學(xué)時(shí)。在協(xié)調(diào)校內(nèi)資源、加大實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備開放力度的同時(shí)，將空余學(xué)時(shí)改為實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)課上，根據(jù)學(xué)生成績(jī)、興趣愛好、性別、智力水平、動(dòng)手能力、性格等，遵循互補(bǔ)平衡原則進(jìn)行異質(zhì)分組[5]。以實(shí)驗(yàn)小組為單位完成實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行演示。每組學(xué)生至少完成1次實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的操作，教師根據(jù)成員分工和完成質(zhì)量進(jìn)行考核。全部實(shí)驗(yàn)考核后，匯總計(jì)入過程性考核成績(jī)，權(quán)重約為50%～60%。如條件允許，請(qǐng)每位學(xué)生進(jìn)行操作或請(qǐng)完成情況較好的學(xué)生上臺(tái)演示并講解。動(dòng)手操作可以促進(jìn)學(xué)生理解知識(shí)點(diǎn)、提高學(xué)習(xí)興趣。

3.3 授課形式靈活多樣化

后疫情時(shí)代，應(yīng)認(rèn)真思考線上教學(xué)。本課程采用“線上+線下+實(shí)踐”混合式教學(xué)模式，使用超星學(xué)習(xí)通、MOOC等平臺(tái)開展互動(dòng)式教學(xué)[6]。教師分解理論知識(shí)，圍繞授課章節(jié)以知識(shí)點(diǎn)為基本單元設(shè)計(jì)教學(xué)，精心制作和組織教學(xué)素材，錄制教學(xué)和實(shí)驗(yàn)視頻上傳至教學(xué)平臺(tái)。課前，教師利用教學(xué)平臺(tái)推送微課視頻、調(diào)查問卷，督促學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和學(xué)情檢測(cè)，通過數(shù)據(jù)分析掌握學(xué)情，及時(shí)調(diào)整教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)。課上，整合凝練課程內(nèi)容，將實(shí)驗(yàn)步驟、工作原理等設(shè)計(jì)成立體Flash視聽教學(xué)模式進(jìn)行展示[7]。實(shí)驗(yàn)課上，學(xué)生在教師指導(dǎo)下分組完成對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)，從預(yù)處理、制樣、選擇實(shí)驗(yàn)參數(shù)、操作儀器設(shè)備、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果等方面進(jìn)行練習(xí)，并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中鞏固基礎(chǔ)理論知識(shí)，提高實(shí)踐創(chuàng)新能力。另外，教師還可以準(zhǔn)備科研實(shí)例讓學(xué)生自主選擇，并視具體選題情況分組，作為拓展環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)踐并考核，實(shí)現(xiàn)學(xué)生和教師、學(xué)習(xí)和科研“共贏”。課后，針對(duì)實(shí)踐教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，引導(dǎo)學(xué)生自行查閱文獻(xiàn)并在小組內(nèi)探討。將學(xué)生在實(shí)踐環(huán)節(jié)的表現(xiàn)列為課程考核的一部分，不僅可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和積極性，還可以培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神[8]。

2020年初爆發(fā)新冠疫情，2019級(jí)學(xué)生采取“線上+線下+實(shí)踐”混合式教學(xué)模式。盡管準(zhǔn)備較為倉促，但實(shí)際教學(xué)效果卻明顯好于以往的傳統(tǒng)教學(xué)，詳見圖1。

圖1 2014級(jí)—2019級(jí)課程、實(shí)驗(yàn)平均分值對(duì)比

3.4 考核形式靈活化

傳統(tǒng)的課程考核主要以“平時(shí)成績(jī)+期末考試成績(jī)”為學(xué)生習(xí)得的標(biāo)準(zhǔn)。在國家工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，課程考核方式應(yīng)隨教學(xué)內(nèi)容、授課形式的改革而更加靈活?？己顺煽?jī)包括平時(shí)成績(jī)、過程性考核、期末考試成績(jī)，分別按照40%，20%，40%計(jì)入最終成績(jī)。平時(shí)成績(jī)不僅包括上課出勤、課后作業(yè)，還包括教學(xué)平臺(tái)上的章節(jié)作業(yè)、討論和測(cè)試部分的完成要求。過程性考核是指在增加實(shí)驗(yàn)操作學(xué)時(shí)的同時(shí)，分組操作和討論，根據(jù)學(xué)生的貢獻(xiàn)，分次記錄考核成績(jī)，注重鍛煉學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。期末考試以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，提高主觀題的分值比例，降低客觀題的總分值，側(cè)重考查學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握、運(yùn)用和解決具體問題的能力。

3.5 融入課程思政元素

根據(jù)《中共中央國務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)新形勢(shì)下高校思想政治工作的意見》(中發(fā)〔2016〕31號(hào))等文件精神，緊緊圍繞新時(shí)代教育工作“立德樹人”的根本初心，探索現(xiàn)代化教學(xué)手段，傳授專業(yè)知識(shí)和技能，充分發(fā)揮專業(yè)課程的思想教育功能。如現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，尤其是造價(jià)昂貴的電鏡等大型設(shè)備和精密儀器，多數(shù)產(chǎn)自美國和日本，維護(hù)成本非常高。實(shí)驗(yàn)室購買高級(jí)儀器設(shè)備的瓶頸在于購買周期太長(zhǎng)，訂購?fù)枰抨?duì)等待很長(zhǎng)時(shí)間，在某些時(shí)期甚至被告知無貨。鑒于當(dāng)下形勢(shì)，鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)好知識(shí)，勇于創(chuàng)新，創(chuàng)新儀器設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)、創(chuàng)新檢測(cè)手段和方法，實(shí)現(xiàn)科技強(qiáng)國等。講授測(cè)試方法時(shí)，可以引入諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者安德烈分離石墨烯并成功使用測(cè)試手段表征的案例，潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生孜孜以求、鍥而不舍的科研精神。在教學(xué)中融入思政元素，在學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)和技能的同時(shí)，厚植愛國情懷和科研精神，喚醒科技創(chuàng)新意識(shí)，激發(fā)科技強(qiáng)國的決心。在“潤(rùn)物細(xì)無聲”的狀態(tài)下發(fā)揮專業(yè)課程的思政作用。

4 結(jié)束語

國家工程教育專業(yè)認(rèn)證背景和后疫情時(shí)代特點(diǎn)對(duì)工科教育教學(xué)提出了新要求。筆者結(jié)合“材料測(cè)試分析方法”課程特點(diǎn)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)，對(duì)照國家工程教育專業(yè)認(rèn)證要求，從實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)增加、異質(zhì)分組演示及學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、教學(xué)內(nèi)容刪減及補(bǔ)充延伸、授課形式多樣化、考核形式靈活化、融入課程思政元素等方面進(jìn)行教學(xué)改革，為改善教學(xué)效果、提高教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行多維度探索。