《現代材料分析與測試技術》教學改革與實踐

胡忠良 劉偉建 梁耀華 冷琪 李雪鋒

摘要：《現代材料分析與測試技術》是材料學專業的一門核心課程。本文針對該門課程的特點，提出了3個方面的改革與實踐，即案例教學的運用、基礎知識的復習和實踐教學的強化。通過這幾方面的教學改革，增強了學生的學習興趣，收到了良好的教學效果。

關鍵詞：教學改革；實踐教學；案例教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）24-0159-02

《現代材料分析與測試技術》是一門分析、檢測和表征材料組成及微觀結構的課程。該門課程主要介紹了現代材料分析與測試技術的各測試方法的相關基礎知識，包括X射線衍射分析（XRD）、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）、電子能譜分析、電子衍射、熱分析、有機波譜分析等測試技術的基本原理、儀器構造、工作原理及其在材料科學中的應用。它是我校金屬材料工程、無機非金屬材料等專業的一門必修的主干課程，在整個材料學知識體系中起著至關重要的作用。

隨著材料科學的不斷發展，新材料逐漸趨于納米化、智能化、復合化，對其結構和性能的研究越來越依賴于先進的材料表征及檢測手段，傳統的教學模式已經不能很好地適應該門課程的教學要求，必須加以改進。本人從事該門課程的教學多年，并且在國外從事了兩年多的博士后工作，對國外該課程的教學有一定程度的了解，獲得了一些有益的經驗，并取得了一定的成績，現將本人對該門課程的一些改革措施及實踐做簡單介紹。

一、案例教學的靈活運用

案例教學效果的好壞，關鍵在于案例的選取。一個合適的案例是實施案例教學的前提條件，也是教學質量的保證。在選取案例時，要盡量選取和科研結合緊密、貼近生活、結合生產實際的例子。例如在講到X射線性質和應用及重要作用時，運用飛機場和火車站安檢機案例，講述安檢機就是利用X射線的透射影像性能的工作原理，并解釋了為什么液體物品不能通過安檢機檢測的原因。了解到這些知識背景后，學生們對X射線的重要性的認識油然而生，增強了學習的積極性。又如在講授X射線定量分析時，就以鋼廠采用X射線定量分析鋼中奧氏體和馬氏體的含量的案例使學生在學校就能實現與工程實踐的接觸。通過這個案例講解，學生們不僅知道了X射線衍射定量分析的有關原理、方法和步驟，同時案例緊密結合學生們的專業知識和在鋼廠生產實習獲得的實踐知識，又提高了他們畢業后適應工作的能力以及學習的主動性。再如在講述熱分析時，結合本人研究的課題，通過對比分析石墨、氧化石墨及還原氧化石墨烯的TG、DTA曲線，研究這幾種材料在受熱分析過程中發生的物理、化學變化，進一步推導出材料的結構、微觀組織及包含的功能基團；同時進一步講述了材料進行熱分析的條件，聯系到學生們在初中化學課堂上用酒精燈加熱KClO3制備氧氣的實驗，明確熱分析和加熱制備材料的區別，通過這個案例分析，學生們加深了對熱分析的條件、作用、應用及熱分析曲線分析的理解，收到了很好的效果。

《現代材料分析與測試技術》包含內容較多，且各章節間聯系不太緊密，理論較抽象，各種儀器設備結構及相關原理千差萬別，不少學生剛開始對該門課程有畏難情緒，而通過案例教學能夠拉近和學生之間的距離，加深學生對相關知識點的理解，增強學生的學習興趣和學好這門課程的信心。

二、前期基礎知識的復習

《現代材料分析與測試技術》包含的內容廣泛，要求對不同測試儀器涉及到的光學、電磁學、熱學、化學、晶體學、數學、量子學等學科知識有所了解與掌握。該門課程有一些知識點和前期課程有較密切的聯系，往往對前面基礎知識的簡要講解會起到事半功倍的效果。如在講述電子透鏡成像原理時，通過簡要復習光學顯微鏡的相關知識，比較電磁透鏡和光學透鏡的聚焦、結構異同，再來講述透射電鏡的成像、工作原理，學生們會覺得原來很深奧的東西其實和他們以前學習的知識是類似的，在理解相關知識的同時，增強了他們學習的主動性和積極性，同時對該門課程的學習興趣大大增強了，也有助于他們克服對學好該門課程的畏難情緒。又如，在講述特征X射線、俄歇電子、光電效應時，復習大學化學中有關核外電子能級填充等知識，再來講述這些新知識，就水到渠成了，而這些知識點又是以后講述俄歇電子譜、二次螢光分析的理論基礎。

現代科技研究的范圍不斷拓展，研究的內容不斷加深，各研究領域相互交叉，這就要求科技工作者具有較廣泛的知識面，而《現代材料分析與測試技術》這門課程就體現了這一趨勢，學好這門課程需要具備一定的物理、化學及材料學等學科的相關知識。現代科學知識體系具有系統性、完整性及交叉性等特點，由于受版面、課時等條件限制，《現代材料分析與測試技術》教材不可能包含各種知識體系的方方面面，這就要求教師必須根據學生的專業知識結構，在講述某些新知識點時，靈活選取一些前期知識點的復習，這會為學好相應的現代材料表征及分析相關知識提供十分有益的幫助，同時通過復習使學生們明白當今科技各學科間聯系越來越密切，懂得學好本課程、打好基礎的重要性。

三、實踐教學的強化

實踐教學在《現代材料分析與測試技術》中起著重要的作用，本科生學習該門課程的主要目的之一就在于在今后的工作和科研中能正確選擇分析測試方法來獲得所需的數據，進行科學研究分析。本人在日本進行了兩年多的博士后研究發現，日本的本科生理論知識并不比國內大學生學得扎實多少，但他們的實驗動手能力卻很強，對于絕大多數的儀器、設備大都能夠獨立操作，并且對所得的數據結果具有較強的分析能力。根據本人的考察，日本對學生的實驗動手能力的培養是十分重視的，對于本科生來說，對《現代材料分析與測試技術》所涉及到各主要儀器設備要求能夠親自動手操作，掌握操作儀器設備的方法、步驟及各個注意事項。

本人從事《現代材料分析與測試技術》教學多年，借鑒國外學到的一些經驗，結合本校的實際，對于該門的實驗教學進行了一些改革，并收到了較好的效果。本課程實驗所涉及的大型儀器多，且使用率高，因此在實驗項目的設定上，要結合本單位所具備的大型儀器設備條件，使學生盡可能近距離地接觸課堂上所講述的各種大型儀器設備。另外，實踐教學可與大學生科技創新項目相結合，學生利用自己制備的樣品，進行對材料的物相組成、微觀結構及性能等進行分析，讓學生在完成科技創新項目的過程中學會使用儀器，在儀器使用過程中注重領會其適用范圍、優缺點，學會數據處理的方法。同時，讓有興趣的學生參與到教師的項目、課題研究中，對課題中有關材料表征及相關的測試盡量安排他們去做，讓學生在參與課題研究的過程中掌握相關儀器的使用方法、用途及相關理論知識。學生們通過這些實驗教學不但掌握了相關的知識，增強了對科研的興趣，同時創新性能力也得到了一定程度的提升。本人的實踐性教學目前已經取得了階段性成果，在社會上引起了一定的反響，某著名媒體對本人進行了專訪，事跡在該媒體進行了報道。

通過以上改革措施，學生學習該門課程的熱情大大提高了，同時激發了他們的科研興趣，創新性能力也得到了明顯提升，部分學生甚至申請了國家發明專利，發表了SCI收錄的科技論文，學生們的學習成績普遍得到了提高，近兩年全部通過了該門課程的考試，考研通過率在全校名列前茅。

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