“材料現代研究方法”研究生課程教學改革的探索

陳志彥 梁益夢2 劉 元

(1.中南林業科技大學材料科學與工程學院，長沙 410004；2.長沙民政職業技術學院保衛部，長沙 410004)

在第33次國務院學位委員會會議上，時任國務院副總理、國務院學位委員會主任委員劉延東提出，對學位與研究生教育要以立德樹人為根本、人才培養為核心，充分體現課程教學主要作用。課程教學是保障研究生培養質量的重要一環，在研究生培養過程中具有基礎性、綜合性和全局性的地位。而要保障課程教學效果，高質量的課程建設是核心、基礎，是激發研究生學習興趣、培育獨立思考能力和批判性思維、全面提升創新能力和發展能力的重要支撐[1]。

新材料產業作為“中國制造2025”重點發展十大領域和我國七大戰略性新興產業之一，自2010年以來每年增速保持在25%左右[2]。為適應材料產業發展需要、服務區域經濟建設、培養高層次材料學科人才，中南林業科技大學成功獲批了材料科學與工程一級學科碩士點。

隨著新材料研究逐漸趨向于納米化、智能化、復合化和功能化方向發展，使得分析對象發生巨大轉變，現代測試分析技術已經從原來的成分檢測、一般結構分析，發展到了從微觀、亞微觀甚至納米層次上尋求材料結構與功能之間的內在聯系，探索物質原子、分子間微觀領域相互作用的規律[3]。材料研究人員越來越依賴高端測試技術。對新時代材料科學與工程學科的高層次人才來說，掌握現代材料研究方法的科學原理與運用，對其科研素養的錘煉起到至關重要的作用。

“材料現代研究方法”研究生課程通過對各種分析儀器的工作原理、主要結構和應用領域的介紹，以及待測樣品的制作技術、實驗結果處理及分析的詳解，使學生掌握材料表征分析的基本方法、原理，明確材料組成結構和性能之間的內在關聯，深入剖析其化學物理變化過程的機制，從而逐步形成較為完整的材料科學知識體系，為研究生畢業繼續從事科學研究和技術工作打下良好的基礎。

一、“材料現代研究方法”研究生課程的特點

(一)課程內容涉及的知識面廣且更新速度快

“材料現代研究方法”研究生課程教學內容涉及不同儀器的重要結構、運作原理、測試方法和分析技巧等。如果研究生希望全面掌握材料的結構和性能，就必須學習化學、物理學、波譜學、電磁學、計算機等方面的基本知識，致使該課程教學內容涉及的知識面廣。另外，伴隨著現代科學技術的迅猛發展，測試儀器和研究方法不斷推陳出新，需要高校教師不斷、及時跟蹤和掌握材料學科發展最前沿知識及新的測試理論和方法。

(二)課程知識點的連貫性較差，難以掌握和記憶

目前，大多數“材料現代研究方法”研究生課程教材常常是將一種表征方法或者測試技術手段作為一個章(節)，致使各章(節)之間內容相對獨立、知識點零碎、連貫性不強，不利于學生連續記憶和掌握。

(三)課程內容具有較強的應用性和實踐性

“材料現代研究方法”是一門理論與實踐結合緊密的課程。該課程以測試基本理論為基礎，重點讓學生掌握測試過程和方法，從而使學生掌握相關譜圖和數據的分析、處理過程和方法，為今后從事科學研究工作奠定堅實的基礎。

二、“材料現代研究方法”研究生課程教學面臨的問題

(一)教材沒有突出重點內容且更新速度緩慢

目前，研究生所使用的“材料現代研究方法”課程教材在內容的編排上大同小異，知識相對較為陳舊，缺乏新穎性，無法跟上材料學科迅速發展的時代腳步[4]。其缺點是對紅外光譜儀、紫外光譜儀、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀和熱分析儀等常見測試儀器的使用方法介紹多，對新型測試儀器與分析方法的介紹欠缺；對分析儀器的結構和運行原理講解的多，對測試樣品的制作技術和測試結果的分析討論涉及的少；對計算機相關軟件、數據處理系統的闡述少甚至沒有。

(二)教學方法有待完善

目前，在“材料現代研究方法”課程教學過程中，多數教師課上仍采用“填鴨式滿堂灌”的傳統教學模式，不是以學生為主體開展互動、討論式的教學活動，致使研究生的學習積極性不能有效地調動起來。另外，高校教師授課普遍采用多媒體與少量板書相結合的教學形式，雖然現代多媒體使枯燥乏味的理論知識學習在很大程度上更為形象生動，但是文字或平面圖依然是大多數多媒體課件的主要內容，有關儀器設備操作方法及測試結果分析討論的動畫及視頻較少，不易于學生理解和掌握該課程的知識，因而難以激發研究生的學習興趣和學習熱情。

(三)實踐教學內容偏少

“材料現代研究方法”是一門需要研究生深入實踐的必修課程。因此，任課教師除了要在課堂上系統講解儀器的主體結構和測試原理外，還需帶領研究生進入儀器室進行動手實踐操作。這樣不僅可以使學生深刻理解、掌握課堂上所學知識，而且還能夠鍛煉、提高學生動手能力和分析、解決問題的能力。目前，大型精密儀器價格昂貴、臺數少，操作技術要求高，維修成本高，因此負責大型精密儀器的教師很少讓研究生親自動手操作儀器，只讓他們觀看教師的演示，致使研究生動手能力得不到鍛煉，嚴重影響研究生的學習興趣和課程教學效果。

三、“材料現代研究方法”研究生課程教學改革的措施

(一)加強教師隊伍建設

近年來，中南林業科技大學提出了“人才強校”戰略，加強了師資隊伍“四化”工程(博士化、年輕化、國際化、實踐化)建設。一方面，非常注重優秀特殊人才和尖端技能型人才的引進。截至2018年，中南林業科技大學專任教師中取得博士學位的教師超過40%，具有海外學習和研修經歷的教師達到25%。另一方面，中南林業科技大學非常注重師資隊伍的建設，積極推進國內外教學交流活動，出臺了多項政策，鼓勵中青年教師出國攻讀學位、交流或進修[5]。另外，中南林業科技大學研究生課程教學一般采取“一人主講，一人替補”或者“兩人分擔”的模式開展教學活動。針對“材料現代研究方法”課程教學，“材料現代研究方法”課程組建立了教學團隊的授課模式。教學團隊成員主要由研究生教學指導經驗豐富、學術造詣深、科研能力強的教師組成，并大膽啟用剛引進的“一類博士”擔任該課程主講教師，各章節內容要選擇那些經常被運用的內容，由對知識非常熟悉的教師進行講解。同時，該課程教學團隊還聘請3～5名實踐經驗非常豐富的實驗教師負責實驗部分內容的講解。高水平師資隊伍為該課程教學提供了豐富的力量源泉。

(二)力求教學內容“新”和“深”

隨著現代科學技術的飛速發展，愈來愈多的材料研究方法不斷涌現，新的表征手段層出不窮，這就迫使“材料現代研究方法”課程教師要與時俱進更新教學內容，不斷把分析測試科學技術中的新方法、新內容引入到該課程的研究生教學中，力求教學內容“新”和“深”。“材料現代研究方法”課程僅有32課時，涉及教學內容很多。因此，在該課程教學內容的選擇上教師必須有所取舍，盡量避免重復內容，要因材施教，在“新”“深”上下功夫。“新”指新的測試方法、新技術、新理論；“深”指分析測試方法的實用性和綜合性，側重研究數據的系統分析和計算機相關軟件的使用，少講基本原理。比如，在教學內容上多選擇像X-射線光電子能譜(XPS)等前沿而常用的研究方法。為了突出課程的實用性和深度，在講述X-射線光電子能譜(XPS)時，側重介紹如何運用計算機分析軟件對樣品組成元素的窄掃描譜進行曲線擬合，進而深入分析元素價態的組成及其演變規律。

(三)采用以學生為主體的討論互動式教學方法

“材料現代研究方法”是一門實踐性、綜合性很強的課程，因此就要采用以學生為主體的討論互動式教學方法開展教學活動。比如，在“材料現代研究方法”課上，教師首先將部分相對簡單的內容提前布置給學生；然后將學生分組，3～5人一組，讓學生以小組為單位課下查閱相關文獻資料，開展小組自主學習；接下來每組選出一名代表在課上講解自己自學的內容，其他學生互問互答，開展問題討論；最后教師講解點評學生的講解，并對共性問題進行有針對性的解答。

(四)采用多維化的課程考核方式

“材料現代研究方法”是一門理論性、實驗性和應用性相融合的課程，因此筆者改變了過去只進行理論知識考試的單一考核方式，采用多維化的課程考核方式，對研究生進行全方位的考核。考核內容包括研究生的課堂表現、實驗操作測試及實際數據分析處理等，著力考核研究生的綜合科研素養。改革后，該課程的總成績構成為：學生自評占20%(其中，出勤情況占10%，課堂表現占10%)，實驗教師評分占30%(其中，學生的操作測試情況占15%，實際科研數據分析占15%)，期末考試成績占50%。

四、“材料現代研究方法”研究生課程教學改革的效果

筆者采用問卷調研法，對“材料現代研究方法”研究生課程改革的效果進行了問卷調查，可以看出，“材料現代研究方法”課程改革取得了如下教學效果。

(一)提高了研究生課程學習的積極性

材料科學與工程專業所錄取的研究生，本科階段90%以上學習過材料科學與工程、化學工程與技術等專業。他們在本科生階段都學習過“儀器分析”“材料結構表征”等課程，因此在學習“材料現代研究方法”課程時有一種“似曾相識”的感覺，導致有的研究生認為是重復開設，因而學習的積極性不高。通過授課內容、教學方法和考核方式等改革后，學生普遍反映，“教師的授課方式別具一格，上課不再感到枯燥乏味、不再是負擔而是一種享受”“分析與討論是一種好的授課方式，逼迫自己課前用心準備、課后好好消化”；還有的學生“很享受自己親自動手測試完成實驗，以及分析數據解決問題的過程，學習該課程成就感強、幸福指數高”。

(二)提高了課程教學效果和研究生的科研素養

“材料現代研究方法”課程考核實行多維化評價體系后，學生的課堂表現、出勤情況、課后作業完成情況、動手操作和數據分析能力等成績與期末考試成績一樣被計入“材料現代研究方法”課程的總成績中，這不僅使學生在整個學習過程中專心致志、絲毫不敢懈怠，而且使得整個教學效果顯著。期末理論考試成績與教改之前相比提高了15%左右；實踐教學方面，教師在非常有限的課時內盡可能地多開設實踐課程，讓學生有更多的動手操作機會和數據分析訓練，學生的實際動手操作能力和數據綜合分析能力有了明顯的提高，科研素養明顯增強，科研成績非常突出。如2018屆碩士研究生吳宜尚、王啟晨和宋垚分別以第一作者身份在《Nature communications》(影響因子 12.353)、《ACS Energy Letters》(影響因子12.277)及《Angewandte Chemie》(影響因子12.102)刊物上發表高水平研究論文各一篇。

總之，“材料現代研究方法”課程的教學改革是一項長期而艱巨的任務，在改革進程中需要教師團隊和研究生的共同努力，以及學校、學院的鼎力支持。只有與時俱進地更新“材料現代研究方法”課程教學內容，推進以“研究生為教學主體”的教學模式改革，才能實現研究生的綜合科研素養的提升。

資助項目：湖南省2014年教育科學規劃課題——“木材學”課程研究性教學改革探索與實踐，項目編號XJK014AGD019；湖南省教育廳2015年普通高等學校教學改革研究項目“林業院校材料化學專業本科生導師制培養模式的理論探索與實踐”，項目編號2015-191；湖南省教育廳2016年創新平臺開放基金項目“B-CNTs結構設計及其復合材料對雷達波寬頻高強吸收的研究”，項目編號16K102；中南林業科技大學2014年教學改革研究項目“高等林業院校材料化學專業學科定位與人才質量提升研究”，項目編號2014-33；中南林業科技大學2013年研究生教學改革研究項目“高等林業院校材料科學類碩士研究生科研素質的養成研究”，項目編號2013J005。