近代材料分析測試方法研究生課程教學(xué)探討與實踐

郭建輝，李秋葉，張經(jīng)緯

(河南大學(xué) 納米材料工程研究中心，河南 開封 475001)

近代材料分析測試方法課程是針對材料、化學(xué)、物理類專業(yè)研究生開設(shè)的專業(yè)必修課,是一門具有廣泛應(yīng)用范圍的理論型實驗方法課。課程涉及材料分析測試方法的基本原理、儀器設(shè)備、樣品制備及應(yīng)用實例，培養(yǎng)學(xué)生能夠獨立針對某一測試材料擬定分析測試方案,進行材料的分析和研究工作。

1 近代材料分析測試方法課程的特點

本課程是關(guān)于材料結(jié)構(gòu)組成、微觀形貌、缺陷特征等方面的近代材料分析測試技術(shù)及其理論基礎(chǔ)的科學(xué)。主要包括X射線衍射學(xué)、電子顯微學(xué)、掃描探針顯微學(xué)、光譜分析、熱分析等內(nèi)容，該課程內(nèi)容涉及的專業(yè)面較廣，理論性較強，著重強調(diào)材料分析測試的基本原理和具體應(yīng)用[1]。具有輻射學(xué)生面寬、實用性強、與科研密切相關(guān)、結(jié)果解析難度大等特點[2]。

2 課程存在的主要問題

2.1 教材內(nèi)容相互獨立，缺乏知識結(jié)構(gòu)的完整性

材料分析測試方法課程所采用的教材大多是針對本科生教學(xué)撰寫，各章節(jié)儀器分析方法的原理各不相同，互相獨立，內(nèi)容和知識點分散，不易把握重點。很多忽視了探測技術(shù)與被測物質(zhì)之間相互作用的實質(zhì)，缺乏知識結(jié)構(gòu)的完整性，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中感受到知識點是凌亂的，獨立的，不利于學(xué)生掌握、記憶和實際應(yīng)用。

2.2 教學(xué)方式單一，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性降低

目前高校教師的教學(xué)方式仍采用教師講授為主的“填鴨式”教學(xué)。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。

2.3 考核形式單一

考核方式主要采取以課堂教學(xué)內(nèi)容為主的期末筆試，忽視了對課程內(nèi)容的理解和運用。以考試為主的考核方式對研究生的科研思想、創(chuàng)新能力方面的考核評價較少。因此，為達(dá)到良好的課程教學(xué)效果，在“雙一流”建設(shè)背景下，重組優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，更新教學(xué)方法，改革課程考核形式，對改善研究生課程的教學(xué)效果,提高教學(xué)質(zhì)量有積極的作用。

3 教學(xué)改革措施

3.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

基于微觀探測技術(shù)與物質(zhì)的相互作用，讓學(xué)生真正從作用機制和原理上掌握儀器的測試方法和實際應(yīng)用。

以精煉實用為導(dǎo)向，對教學(xué)內(nèi)容進行優(yōu)化，讓研究生在有限課時內(nèi)學(xué)生汲取到本專業(yè)密切相關(guān)的知識。從微觀探測技術(shù)與物質(zhì)間的相互作用出發(fā)，讓學(xué)生真正從作用機制和原理上掌握儀器的測試方法和實際應(yīng)用。結(jié)合研究生已經(jīng)具備一定的理論知識和自主學(xué)習(xí)的特點，依據(jù)微觀探測技術(shù)與物質(zhì)間的相互作用，把課程內(nèi)容主要分為X射線與物質(zhì)的相互作用、電子束與物質(zhì)相互作用、氣液探針分子與固體界面相互作用、熱與物質(zhì)相互作用、光與物質(zhì)的相互作用等6個專題。將主要的分析測試方法如XRD、XPS、SEM、EPMA、TEM、AFM、STM、BET、TGA、Raman貫穿在與物質(zhì)的相互作用中，更利于學(xué)生從基本原理上理解和掌握測試方法和應(yīng)用這些測試技術(shù)。

3.2 優(yōu)化教學(xué)方式

采用“沉浸式教學(xué)互動模式”的教學(xué)方式，“問題導(dǎo)向式”和“角色扮演”的教學(xué)方法，使學(xué)生高度參與課堂教學(xué)。依據(jù)研究生自身的特點和培養(yǎng)創(chuàng)新思想的要求，在組織近代材料分析測試方法課程的教學(xué)過程中，改變教師在講臺上講述，學(xué)生在臺下被動學(xué)習(xí)的傳統(tǒng)“聽講”模式，提前讓學(xué)生體驗“扮演”老師和科研人員，去解決作為老師或科研人員會遇到的問題[3]。課程采用“沉浸式教學(xué)互動模式”的教學(xué)方式，以“問題導(dǎo)向式”和“角色扮演”的教學(xué)方法，老師提問，學(xué)生主講，同時老師給予輔導(dǎo)和補充，真正讓學(xué)生參與到本課程的教學(xué)中來。教師首先建立課程知識結(jié)構(gòu)框架，講述課程的關(guān)鍵知識點和難點，然后提出針對某一方面的主題問題，讓學(xué)生準(zhǔn)備相關(guān)材料，學(xué)生扮演老師給大家講述相關(guān)知識。

將本課程內(nèi)容分為6部分，上課的學(xué)生分為6組，每組學(xué)生負(fù)責(zé)一部分內(nèi)容的講解，老師和學(xué)生課前進行深度的溝通和交流，共同準(zhǔn)備上課用的資料文獻，共同完成本課程的教學(xué)工作。每個小組的學(xué)生分工協(xié)作，分別負(fù)責(zé)PPT制作、章節(jié)內(nèi)容及文獻的收集和整理、課程內(nèi)容的講解、問題收集及課堂答疑等環(huán)節(jié)。主講教師在學(xué)生上課前進行深入溝通，了解學(xué)生的調(diào)研進度、對課程準(zhǔn)備中的疑惑和章節(jié)內(nèi)容中的重點難點進行指導(dǎo)。課上，在學(xué)生講述的過程中，老師可以隨機提問，檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)掌握情況，在本章節(jié)內(nèi)容結(jié)束后，還安排提問環(huán)節(jié)，檢驗學(xué)生對知識的理解和應(yīng)用情況。該教學(xué)方法，一方面培養(yǎng)了學(xué)生的分工合作意識，為今后科研工作打下一定的基礎(chǔ)，另一方面，學(xué)生在準(zhǔn)備講稿和講述的過程中，對知識體系有更深入的理解，并在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問題和不足，充分調(diào)動每一位學(xué)生的積極性和參與度，真正掌握所學(xué)知識。老師在整個教學(xué)過程中發(fā)揮著引領(lǐng)、指導(dǎo)、提出問題、答疑、檢驗教學(xué)效果等重要作用。此外，對于重點知識章節(jié)，教師進行講解，起到示范及解惑的作用。

3.3 建立課程教學(xué)評價體系

3.3.1學(xué)生學(xué)習(xí)效果評價

在近代材料分析測試方法課程的教學(xué)過程中，通過教師設(shè)定主題問題引導(dǎo)學(xué)生思考的方向，學(xué)生分工合作查閱資料，通過角色扮演講述給大家，最后通過老師和學(xué)生打分，對學(xué)生的努力給出反饋，進一步激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。學(xué)生在章節(jié)課程內(nèi)容的準(zhǔn)備、講解及答疑部分所獲得的分?jǐn)?shù)，作為平時成績，占本課程學(xué)生總成績的40%。

學(xué)生在完成課程學(xué)習(xí)后，應(yīng)該能較好地運用所學(xué)知識來解決實際中遇到的一些問題。評價學(xué)生對知識的掌握情況，在期末測試時，設(shè)計一些未知物質(zhì)，讓學(xué)生運用所學(xué)知識能夠利用一些儀器去探究未知物質(zhì)的組成，運用不同表征技術(shù)之間的聯(lián)用，給出未知物質(zhì)的表征手段及方法，撰寫研究報告，該研究報告占本課程學(xué)生總成績的60%。

3.3.2教學(xué)效果評價

采用問卷調(diào)查的方式對本課程的教學(xué)效果進行評價，結(jié)果見表1。在沉浸式教學(xué)互動模式的教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提升等方面對學(xué)生進行調(diào)查。通過調(diào)查問卷進行分析，從學(xué)生反饋的問題及對課程教學(xué)的建議，給出下一步課程教學(xué)的改革方案，促進課程教學(xué)效果進一步提升。

表1 課程教學(xué)問卷調(diào)查結(jié)果

4 結(jié)論與展望

研究生課程教學(xué)的重要目標(biāo)，是培養(yǎng)研究生獨立思考的科研能力和創(chuàng)新精神。采用沉浸式互動教學(xué)模式，優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，將教師講授為主的單向教學(xué)模式轉(zhuǎn)向為教師引導(dǎo)、研究生主動探究的雙向互動教學(xué)模式。在課程授課的同時，學(xué)生通過調(diào)研文獻、查找相關(guān)書籍資料，制作課程講義，使學(xué)生深度參與到教學(xué)中。沉浸式互動教學(xué)模式，一方面提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，增強思維創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，另一方面逐步將研究生引導(dǎo)到學(xué)習(xí)正確的科學(xué)研究方法之中，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力，全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。