無機非金屬材料測試方法課程教學改革探索

左從玉 鄭林義

安徽理工大學材料科學與工程學院 安徽淮南 232001

無機非金屬材料測試方法（以下簡稱“測試方法”）是無機非金屬材料工程專業的一門專業基礎課，課程中主要介紹了有關材料科學分析測試儀器的原理與使用、無機材料的表征以及測試數據的處理與分析等內容[1]。本課程的目的是通過教學使學生了解無機非金屬材料領域常用的測試方法，了解相關儀器的結構和功能，掌握儀器的基本操作以及如何選用合理的測試方法檢測、表征材料的組成和結構，再對所獲得的信息進行正確的處理和解釋等。

這門課程的學習對該專業的本科生構建相應的知識結構體系起了重要的作用，也為他們以后開展生產實踐、畢業論文和材料專業的研究等奠定必要的基礎，但是課程內容涵蓋面大，涉及的知識十分零散，課程整體缺乏系統性，導致學生學習起來比較困難。因此，如何組織教學內容，理清知識的內在聯系，把握好講授內容的深度和廣度，選用恰當的方法進行教學，將決定本課程教學效果的好壞。鑒于此，為進一步提高該門課的教學質量，有必要對課程教學進行改革，包括教學內容、教學方法、教學手段和教學實踐等方面的探索和改進，以期獲得更好的教學效果。

1 教學內容和教學要求的改進

材料的分析測試方法已經發展有五六十種之多，它們的原理不盡相同，其實多數各自獨立，在當前出版的教材中也多是一個章節介紹一種方法，這種相互間缺乏邏輯性聯系的知識給學生的學習帶來一定的障礙。為此，首先，根據學校的具體情況和非金屬專業的要求，選擇合適并且必要的測試方法作為教學內容；其次，將這些零散且寬泛的知識進行系統總結和分類，將這些看似相互獨立的測試手段通過一定的方式聯系起來；最后，在教學中還要輕重分明，詳略得當，將重點突出，以便于學生的理解和掌握。

在實際教學中，將這些材料分析方法按其功能進行分類，主要有物相分析、成分分析、形貌分析及組織結構分析四部分。這種分類讓學生一開始就對每一種測試方法的用途有所了解，增強了教師教學和學生學習的針對性。下一步是對每一類分析方法在教學過程中再安排三級教學目標，第一級為對基本原理和設備結構的了解，第二級為對使用技術的掌握，第三級為對所得結果的分析和運用[2]。教學中通過對儀器工作原理和結構的介紹，讓其了解儀器是如何工作的，實驗數據是如何得來的；通過對樣品制備和儀器操作的介紹，讓學生掌握材料表征的基本技術；通過研究實例的分析，讓學生掌握分析方法的原理，學會基本的數據處理技術，進而得出實驗結論。

分析測試使用到多種儀器，它們的工作原理往往不同，涉及量子力學、晶體學、電學、磁學、光學、聲學等多種知識。對于材料科學與工程專業的學生而言，學習這門課程的主要目的是學會利用儀器測出數據和結果，再對其進行一定的分析。因此，在具體的教學內容上，對每種儀器的原理和結構只作一般性了解，其目的是讓學生不僅知其然，還要知其所以然，即測出的數據和結果是如何得到的；而教學的重點則放在各種儀器的使用、樣品的制備以及如何處理和分析實驗數據上，讓教學目標由一般的“以儀器為中心”真正轉到“以材料為中心”上。

2 案例教學法的實施

所謂案例教學，就是在教師的指導下，根據教學目的和教學要求，組織學生通過對案例的調查、閱讀、思考、分析、討論和交流等活動，教給學生分析問題和解決問題的方法或道理，進而提高他們分析問題和解決問題的能力，加深對基本概念和原理的理解的一種特定的教學方法[3]。

“測試方法”這門課程雖然涉及的知識和理論很多，但實踐性很強，所以采用案例教學方式可能會取得更好的教學效果，為此做了一定的探索和嘗試。比如在講授X射線熒光分析的應用時，有意選取貼近生活的案例：如何確定購買的金戒指是24K。這個案例突出X射線熒光分析的元素定性定量分析和無損檢測特點，同時也激起學生學習的興趣。在學生學完全部測試方法之后，結合本院教師的科研課題，拿出一個綜合案例來進行教學。例如，取出一種新制備的納米粉體，向學生發問：如何確定它的成分和物相？怎么確定該粉體顆粒的粒度、形貌和結構？讓學生開動腦筋，靈活應用所學的分析測試手段，通過分組討論，設計實驗方案，仔細進行測試，進行合理分析，最后得出實驗結論。又如，拿出一種陶瓷塊體材料，要求分析影響其力學性能的因素。這個案例要結合“無機材料的物理性能”等其他學科的知識，首先要知道通常影響材料力學性能的因素有哪些，比如物相、成分以及組織斷口形貌等；其次是設計方案利用相應的儀器對這些因素進行檢測，再進行系統分析，以得出正確的結論。

實踐證明，通過案例教學，充分調動了學生學習的積極性和主動性：通過對所學知識的運用，深化了對理論的理解；通過對實際問題的解決，培養了他們的創新能力；通過學生間、師生間的相互交流和討論，還培養了他們與人溝通的能力以及團隊合作的精神。在案例教學中，學生還了解了材料研究的一般性思維與方法，鍛煉了綜合運用無機材料的基本知識和分析方法進行科學研究的能力。

當然在實施這種教學方法時，需要注意師生角色的變化。學生是教學活動的主體，由他們獨立查閱資料和思考問題，也由他們集體討論，相互交流，最后拿出最優方案；教師只是在各個環節中起著啟發指導的作用。另外要注意案例教學與舉例教學的區別，案例教學是一個學生運用知識、培養能力的過程，而舉例只是輔助教師說明問題的一種手段。

3 多媒體教學手段的運用

多媒體教學是利用多種媒體設備和軟件對文本、聲音、圖形、圖像、動畫等信息進行綜合處理，教師在授課時配合屏幕上文字、圖片的顯示，動畫、視頻以及聲音的播放，利用形、聲、色、動、實等手法，將教學內容用豐富多彩的形式表現出來的一種教學手段。

“測試方法”是一門具有多學科交叉性的學科，其教學內容龐雜、信息量大，既有抽象的微觀理論需要介紹，又有復雜具體的分析儀器需要呈現。為適應在有限的課時內達到更好的教學效果，有必要采用多媒體這種表現力強的現代教育技術裝備來進行教學。

多媒體教學的好處是易于調動人的多種感官來接受信息，該設備能在很短的時間內將大量的內容以圖文并茂、有聲有色的形式展現出來，大大增加了課堂教學的信息量，也容易激發學生的學習興趣。對于復雜儀器的介紹，多媒體具有獨特的優勢，可以把無法拆卸的大型精密儀器通過PPT電子幻燈片或Flash動畫的形式，直觀形象地顯示出內部結構以及它的工作原理；對于儀器操作流程的教學，則可以播放事先制作的視頻資料，放在公共網絡平臺上，學生可以隨時下載觀看。顯然，這比課堂上教師的文字描述甚至到實地觀看的效果也要好。

此外，多媒體還可以使微觀模型宏觀化、抽象概念具體化。例如，在講解電子束與物質的相互作用時，對于二次電子、背散射電子、透射電子、特征X射線和俄歇電子等各種信號產生的原理，如果僅僅口述，學生很難理解；但通過Flash形式，將每種信號的產生過程演示出來，整個過程將變得直觀明了[2]。教學中，在講授透射電鏡、掃描電鏡時，還涉及很多材料的電鏡照片；學習X射線衍射、熱分析以及紅外光譜、拉曼光譜時，要用到一些材料的圖譜，有了多媒體，則可以直接把它們顯示在屏幕上，教師就可以很方便地引領學生去觀看和分析。

當然，多媒體教學并不萬能。例如，在講解X射線衍射的基本原理時，涉及一些公式的推導，這時最好的教學方法還是傳統的板書，因為在板書的間隙學生剛好可以思考；若將公式直接閃現，學生難以跟上節奏。因此，在使用多媒體時還要間或運用傳統式教學，將兩者有機地結合起來，才能取得最佳的教學效果。另外，在使用多媒體教學時，容易造成教師站在操作臺前操作鼠標而不動，變成“播放員”，也容易造成照屏宣讀，變成“播音員”，從而忽視與學生的互動和交流，同時也限制了教師形體語言的運用；學生方面，更易被屏幕吸引，這是好事，但容易忽視教師的形體和表情，結果是師生間在課堂上缺乏情感上的交流，這些都勢必對教學效果造成一定的影響。因此，在使用多媒體教學時，為避免這種情況的出現，教師首先要熟悉教學內容，其次是要使用翻頁激光筆，讓教師擺脫鼠標，從操作臺前站出來，必要時還要走到學生中去。

4 理論與實驗教學的聯系

“測試方法”是一門理論與實際聯系緊密的課程。實踐證明，課程內容僅僅通過口頭講解，很難達到好的教學效果。如果在介紹每一種儀器的基本結構和工作原理的基礎上，再去觀察真正的儀器，并且上機操作，學生的積極性將會變得更加高漲，印象也會更為深刻。為此，根據學院和學校的現有條件設立X射線衍射、掃描電鏡、粒度分析、熱分析及紅外光譜等實驗教學內容，讓理論去指導實踐，由實踐來強化對理論的理解。

實驗教學可以先安排針對某個測試方法的驗證性實驗，其目的是讓學生了解每種儀器的構造和原理，掌握儀器的操作，學會對實驗結果的分析；然后在此基礎上再設置一些綜合性、設計性實驗。后者在具體操作時可以結合一些教師的科研課題，樣品由教師提供，而如何去表征是在教師的指導下由學生分組討論，自行擬定實驗方案，分別對所測樣品的物相、成分、形貌及結構進行測試，并對結果進行分析[4]。通過這種綜合性實驗的鍛煉，讓學生了解到各種測試手段既相互獨立又有機聯系，它們往往具有互驗性，前一個實驗的結果可能就是下一個實驗的佐證；通過設計性實驗的練習，讓他們體會到實驗不只是驗證，更多的是探索、創造和發現，而各種測試的最終目的是去了解材料的內部成分和微觀構造以及它們與宏觀性能的聯系，找出其中的規律，從而為進一步設計合成具有更優性能的材料奠定基礎。同時，這些實驗過程的完成也是理論知識加深理解和靈活運用的過程，而這正是“測試方法”課程的教學目的。

5 結語

在“測試方法”課程的教學中，首先要根據現有的條件和專業的要求精心選擇教學內容，然后對其合理編排，讓龐雜的知識變得更有邏輯性和系統性。針對理論性較深同時實踐性又較強的課程特點，采用案例教學法結合實驗教學，尤其是設計性實驗教學的進行，輔之以多媒體教學手段的運用，讓難以理解的內容變得易被接受，讓枯燥抽象的理論變得形象生動，讓學生由被動接受知識轉化為自覺主動地學習。在學習知識的同時，更注重理論在實踐中的靈活應用；在技能得到培訓的同時，更注重研究性思維和創新能力的培養，以期真正實現大學生知識、能力、素質三者的協調發展。

[1]楊南如.無機非金屬材料測試方法[M].武漢:武漢工業大學出版社,1993.

[2]楊英歌,陳飛,曾冬梅,等.“現代材料分析方法”教學改革探討[J].新課程研究,2011(8):75-76.

[3]張家軍,靳玉樂.論案例教學的本質與特點[J].中國教育學刊,2004(1):48.

[4]田俐,劉勝利,申少華,等.教學與科研互動培養創新型應用人才[J].當代教育理論與實踐,2011(7):70-72.