《近代測試技術》在新能源材料專業中的教學改革與實踐

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(鄭州輕工業學院 材料與化學工程學院，河南 鄭州 450002)

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《近代測試技術》在新能源材料專業中的教學改革與實踐

高可政，牛慶媛

(鄭州輕工業學院 材料與化學工程學院，河南 鄭州 450002)

《近代測試技術》是新能源材料專業開設的一門實用性很強的專業必修課程。基于新能源材料的專業背景，結合筆者講授《近代測試技術》課程的教學實踐與體會，針對該課程目前所存在的教學問題，通過優化教學內容、采用多媒體和網絡資源教學、豐富教學案例、將科研成果帶入課堂、強化實踐教學等一系列措施進行了教學改革，取得了良好的教學效果。

近代測試技術 ； 新能源材料 ； 教學改革 ； 實踐教學

0 前言

能源是人類活動的物質基礎，推動了人類社會的發展。隨著社會的發展和人口的增長，資源短缺、能源危機、環境惡化等問題日益嚴重，傳統能源材料已經很難滿足人類社會的發展需求[1-3]。新能源材料的開發已成為世界各國政府和研究人員關注的焦點，新的技術和成果不斷涌現。2016年11月29日，國務院印發了《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》，指出進一步發展壯大新能源、新材料、新能源汽車等戰略性新興產業。因此，中國高校迫切需要培養新能源材料方向的人才。

新能源材料的性能與其組成和結構密切相關，要提高新能源的性能，就必須要了解材料內部的組成和結構，《近代測試技術》就是為了研究新能源材料的組成和性能而開設的一門業必修課程[4]。它具有非常強的綜合性、實踐性、應用性和前沿性。本課程的教學目的是讓學生通過學習近代測試與表征技術的基本原理及在新能源材料研究中的適用范圍，掌握常用的測試方法，學會相關的圖譜分析應用于新能源材料的組成和性能的研究，以便使學生在以后的科研和工作中能正確選擇與使用相關的近代測試技術。為了提高該課程的教學質量和教學效果，培養學生分析解決問題的能力和實踐能力，本文結合筆者講授《近代測試技術》課程的教學經驗，初步探討了該課程的教學內容、教學方法和實踐教學的優化和改革。

1 教學現狀

1.1教材內容缺乏更新

隨著科技水平的迅速發展，分析測試儀器發生了日新月異的變化，新儀器的自動化水平越來越高，測試手段也越來越多樣化，其應用領域也在不斷擴展。但是當前所使用的教材內容更新速度很緩慢，遠遠滿足不了人們在實際測試過程中的應用。另外，傳統的教學沒有針對新能源材料專業對教學內容進行調整，而是偏重于測試技術的理論知識與工作原理介紹，理論性強，涉及的知識比較復雜，學生普遍學習吃力，興趣不高。因此，教學內容需要根據本學科的前沿發展動態適時進行更新。

1.2課堂教學模式陳舊

該課程教學方式單一，主要是采用多媒體課件以“講授式”的教學模式進行教學，無法將儀器的結構、測試原理、操作過程和數據處理等直觀生動地傳授給學生，導致學生學習的動力和興趣不足，學習積極性下降，很難實現課堂互動性和良好的教學效果。因此，加快對現有教學手段的改革已刻不容緩。

1.3實踐教學難以開展

《近代測試技術》是一門操作性和實踐性很強的課程。歷年來學生普遍反映該課程的教學內容過于理論和抽象，只能從圖片中看到近代測試儀器，幾乎沒有實踐課程，缺少相應的實用性[5]。最主要的原因就是該課程所涉及的很多分析測試需要在一些現代先進的精密測試儀器上完成。而這些大型分析表征儀器價格昂貴，例如新能源材料經常使用的X射線光電子能譜儀，其價格高達五六百萬元甚至更高，所以大部分高校在配置上都非常有限[6]。因此，受到條件的限制，學生無法真正實現動手實踐操作大型分析測試儀器, 大大制約了學生對儀器的感性認識和測試技能的掌握，也在一定程度上影響了學生分析解決問題的能力和實踐能力的培養。

2 教學改革與實踐

2.1結合新能源材料專業，優化教學內容

針對新能源材料專業的特點，以及考慮到學生未來科研或工作時會用到的表征分析方法，筆者從原理、制樣技術、應用、譜圖分析和數據處理等方面詳細講解了X 射線衍射分析(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、傅立葉變換激光拉曼光譜(FT-Raman)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線光電子能譜儀(XPS)、熱重分析(TGA)、差示掃描量熱分析(DSC)、比表面積測試分析及電化學分析方法等近代測試分析技術，授課過程中做到重點突出和課程銜接。同時，筆者注重學科知識的拓展和實用化，選取新能源材料最新研究中所使用的測試表征方法等相關資料作為教學內容，保證該課程教學內容的科學性、新穎性與實用性。這些教學內容的拓寬與延伸不僅開拓了學生的視野，也激發了學生的學習興趣和科研興趣，提高了教學效果。

2.2采用多媒體與網絡資源教學

近代測試技術內容繁瑣、理論性強、實踐操作要求高，學生在學習該課程時通常會遇到理論過于抽象難以理解的問題。因此，筆者在講解該課程時充分利用了多媒體技術，將測試分析技術中抽象的理論、相關儀器的結構、操作、制樣過程及圖譜解析等通過圖形、自制微視頻、動畫等形式進行表達，形成直觀生動的教學場景，使學生有種身臨其境的感覺。實踐表明，多媒體的應用不僅活躍了課堂氣氛，調動了學生學習的興趣，也提高了教學質量和教學效果。

隨著計算機科學技術的迅速發展，網絡教學應運而生。網絡技術不僅為學生提供了豐富的學習資源，也拓展了學生獲取知識的新途徑。為了使學生有效利用網絡資源，筆者鼓勵學生從各種儀器的官方網站、國內外知名高校的網絡課程上檢索相關的分析測試儀器。此外，筆者與新能源材料專業其他老師搭建了網絡自主交流平臺，如微信群、QQ群、公共郵箱等。教師將微視頻、課程相關材料等上傳到該平臺上，學生可以隨時隨地下載資料、及時提問等。網絡平臺的使用為學生的自主學習提供了有力條件，增加了師生間的互動交流，提高了教學效果。

2.3豐富教學實例，提高學生學習興趣

由于《近代測試技術》課程內容繁瑣和相對抽象，不像其它邏輯性或故事性強的課程能激發學生學習的主動性和積極性，而案例式教學可以使復雜、難以理解的教學內容變得清晰簡單。因此在實際的課堂教學中，筆者結合新能源材料的特點，盡量選擇貼近生活的案例。例如，從目前國際最熱門的石墨烯電池和以石墨烯為基礎的微型超級電容器等新能源材料的開發和使用出發，引入石墨烯常用的表征方法——X射線衍射分析(XRD)，接下來講解X射線衍射分析的原理、儀器構造、制樣過程、檢測方法和測試數據的分析討論。此外，筆者采用案例與教師的科研相結合的方法，可以培養學生的科研能力和學習興趣。筆者所在的材料與化學工程學院有著優良的科研傳統，新能源材料專業課題組的教師近3年主持國家自然科學基金7項，長期在科研第一線，掌握著新能源材料的最新研究狀況。筆者利用本人及其課題組教師的科研成果作為案例，對其中關于測試技術的相關內容進行歸納整理，提煉出具有代表性的案例。如多孔納米碳材料的分析，可以用X射線衍射和X射線能譜對其晶型和化學組成進行分析，用比表面積分析儀測試碳材料的比表面積和孔徑分布，用場發射掃描電子顯微鏡和透射電鏡對其形貌進行分析，用熱重分析對熱穩定性進行表征，用傅立葉變換激光拉曼光譜來確定其表面結構。實踐證明，案例式教學法的應用，讓學生能夠更好地學以致用，充分提高學生學習的積極性和主動性，培養了學生的科研能力。

2.4實踐教學

鄭州輕工業學院材料與化學工程學院具有良好的科研水平和平臺。目前擁有河南省表界面科學重點實驗室和鄭州市多尺度復合材料重點實驗室。現有的大型儀器設備有X 射線衍射儀、X-射線單晶衍射儀、X射線光電子能譜儀、TG/DTA綜合熱分析儀、掃描電子顯微鏡、高解析熱場發射掃描電子顯微鏡、差示掃描量熱儀、比表面積孔隙分析儀、表面增強光拉曼光譜儀、顯微共焦激光拉曼光譜儀、元素分析儀、傅里葉變換紅外光譜等。這些專業科研平臺為本專業學生的測試分析實踐教學提供了良好的硬件基礎。為了加深學生對理論知識的認識、提高學生的實踐能力，采取以下措施進行實踐教學。

①參與教師的科研項目教師可以將自己的科研項目與學生的科技創新項目、本科畢業設計相結合，鼓勵學生進入實驗室從事相關測試方法的實驗研究。在樣品的測試分析環節，指導教師提供經費資助，學生通過參觀或親手操作相關測試儀器，進行從樣品制備、測試參數設計、測試操作、數據處理、結果分析等方面的全方位訓練。②重點實驗室定期組織專業的工程師或實驗教師開展儀器使用和操作的培訓，教師及時分享消息，鼓勵有興趣或有所需要的學生參加培訓。在培訓中做到讓每個參加培訓的學生都能動手切實操作，有些操作看似很簡單，但卻是最容易出問題的地方，比如X射線衍射儀在開門的過程中，很多同學因為用力過大導致儀器掉高壓，因此教師需要反復強調開門要小心。

2.5考核方式探索

《近代測試技術》作為一門專業必修課程，具有非常強的實踐性，傳統的考核方式很難培養學生的分析解決問題的能力以及學習的積極性，很難實現該課程的教學目的。改革后該門課程采用“平時成績(20%)+小論文(30%)+期末考試(50%)”。具體實施中，平時成績包括上課的出勤率、課堂表現、課外參與分析測試的實際表現等。小論文則是要求學生參與教師的項目后，對自己所接觸的某一測試儀器，從樣品制備、測試參數設計、測試操作到數據處理對所表征樣品進行結果分析，在此基礎上，完成小論文(字數不限，重在看學生的領悟程度)。對于期末考試的試題，盡量不要出現選擇題題型，避免考試結果出現偶然性。實踐表明，改革后的考核方式，培養了學生的實踐能力和獲取知識的能力，激發了學生對科研的興趣，督促了學生學習，取得了良好的教學效果。

3 結束語

總之，在《近代測試技術》課程教學中，要培養學生的科研能力和分析解決問題的能力，教學改革勢在必行。在科學安排教學內容的基礎上，教師緊跟新材料研究與測試方法的最新發展形勢，深入探索教學實施過程，總結教學經驗，從而實現強化新能源材料專業學生的綜合素質和培養出具有較強工程實踐能力的優秀人才的目標。

[1] 黃訓誠,和 萍,崔光照,等.中國智能電網發展述評、展望與建議[J].輕工學報,2016(2): 54-65.

[2] 向延鴻.新能源材料教學改革探討[J].科技視界,2016(25): 37.

[3] 林本才,張 帥,劉 振.新能源材料概論課程教學改革與實踐初探[J]. 教育教學論壇,2016(9):26-27.

[4] 李 婷,李廷成,張俊珩,等.《材料分析測試方法》課程的教學改革探討[J].廣州化工,2016(5):183-184.

[5] 于景媛,李 強,馬勝男,等.《材料測試方法》實驗教學改革與創新[J].遼寧工業大學學報(社會科學版),2016(5):124-126.

[6] 張雪輝,李之鋒,陳 顥,等.“互聯網+材料分析測試技術信息化教學”的探索與實踐[J].高教學刊,2016(15):87-88.

2017-04-02

高可政(1981-)，男，講師，博士，從事新能源材料的教學與科研工作，E-mail:gaokezheng@126.com。

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：1003-3467(2017)07-0056-03