以學(xué)生為中心的《材料表征技術(shù)》教學(xué)改革探討*

周瑞莎，宋江鋒，王金霞

(中北大學(xué)理學(xué)院，山西 太原 030051)

近些年，“以學(xué)生為中心”的理念越來(lái)越受重視[1-2]。我們也希望把這一理念貫穿于本科生的《材料表征技術(shù)》課程中。

材料表征技術(shù)是高等院校化學(xué)，化工，材料等相關(guān)化學(xué)專業(yè)高年級(jí)學(xué)生的一門專業(yè)課。是當(dāng)代化學(xué)和材料工作者必須掌握的一種重要工具。 掌握電子顯微技術(shù)、光譜分析和熱分析的基本理論，各種電子光譜與有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，電子顯微技術(shù)的深刻理解，并具有對(duì)材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析的能力，是該課程的主要教學(xué)目標(biāo)。同時(shí)，它的實(shí)用性很強(qiáng)[3-5]，作為一名化學(xué)工作者，無(wú)論是做研究，還是做分析鑒定，都必不可少[6]。

但是材料表征技術(shù)課程內(nèi)容龐雜，涉及到的理論知識(shí)多且抽象，每一種表征技術(shù)相對(duì)獨(dú)立等特點(diǎn)，教和學(xué)都存在一定的困難。第一，本課程內(nèi)容涉及到一些先修課程如無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)等多學(xué)科的知識(shí)，學(xué)習(xí)起來(lái)困難重重，學(xué)生常常感覺越往后越難學(xué)，很難把這門課學(xué)好。第二，目前對(duì)于理論課的課題教學(xué)模式基本采用的是教師主講的講授式教學(xué)法，學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主導(dǎo)地位得不到具體體現(xiàn)，對(duì)于知識(shí)點(diǎn)采用死記硬背的方式而不是充分理解，從而導(dǎo)致不能靈活運(yùn)用各類表征技術(shù)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)的積極性不高。第三，材料表征技術(shù)作為大三的一門課程，其最迫切的應(yīng)用是一年后，即大四畢業(yè)論文的書寫中，對(duì)于各類表征結(jié)果的分析，學(xué)生最深的感受往往是似曾相識(shí)，卻又無(wú)從下手。而重新翻閱原來(lái)學(xué)習(xí)的內(nèi)容，又不知從何學(xué)起，給畢業(yè)論文的書寫帶來(lái)很大的困難。

因此，我們希望通過(guò)對(duì)教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析并結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，采用“以學(xué)生為中心”的材料表征技術(shù)課程教學(xué)改革，首先優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)大力進(jìn)行教學(xué)方法的改革，進(jìn)而對(duì)課程考核體系進(jìn)行深度改革，培養(yǎng)高素質(zhì)，綜合能力強(qiáng)的學(xué)生。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

材料表征技術(shù)課程的課程目標(biāo)是讓學(xué)生掌握電子光譜法和顯微技術(shù)的基本原理及其應(yīng)用。但我們的課程學(xué)時(shí)數(shù)少(32個(gè)學(xué)時(shí))，因此合理安排課時(shí)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容顯得尤為重要，而且優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容不能是簡(jiǎn)單地補(bǔ)充和增刪，而應(yīng)以學(xué)生為中心，合理安排。

1.1 合理安排各章節(jié)課時(shí)

在課程結(jié)構(gòu)上，雖然電子顯微技術(shù)涉及到的理論知識(shí)復(fù)雜，但在本科階段，只安排2課時(shí)，使同學(xué)們對(duì)這部分內(nèi)容有整體上的概括性的了解，能夠簡(jiǎn)單的應(yīng)用即可。相對(duì)簡(jiǎn)單、內(nèi)容較少的紫外部分開設(shè)為2學(xué)時(shí)，紅外和質(zhì)譜這兩個(gè)表征方法分別開設(shè)6 學(xué)時(shí)，而對(duì)于今后在進(jìn)一步學(xué)習(xí)和科研中用的比較多的核磁共振氫譜和核磁共振碳譜共開設(shè)12學(xué)時(shí)。

1.2 簡(jiǎn)化原理性內(nèi)容，增加圖譜解析

盡管各種表征方法相互獨(dú)立，但基本上也是由簡(jiǎn)入難，一般是先講紫外、紅外，再講核磁、質(zhì)譜，之后進(jìn)入顯微技術(shù)的初步認(rèn)識(shí)，最后是熱分析的學(xué)習(xí)。教學(xué)內(nèi)容的整合上，首先理論性的知識(shí)需要簡(jiǎn)化為學(xué)生能夠理解的內(nèi)容，再將各個(gè)獨(dú)立的表征方法通過(guò)對(duì)比、歸納等方法進(jìn)行聯(lián)系和總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生按照自己的方法和思路進(jìn)行各類表征方法的總結(jié)對(duì)比，找出易混淆和共性之處，使各類表征方法內(nèi)化為學(xué)生自己的知識(shí)。例如，在紅外，紫外和核磁共振波譜的章節(jié)中，都涉及到各類影響因素，可以把這三類譜的影響因素放在一個(gè)表格中進(jìn)行綜合分析，深化對(duì)這三類譜的理解，也能避免混淆。其次，為了學(xué)生能夠應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，需要準(zhǔn)備大量的譜圖給學(xué)生進(jìn)行練習(xí)，而課時(shí)也大部分用在解析譜圖上。同時(shí)通過(guò)反復(fù)的練習(xí)來(lái)加深知識(shí)的理解，并掌握譜圖特征與結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系與規(guī)律。例如，在核磁共振氫譜的解析時(shí)，對(duì)每一類有機(jī)化合物的氫譜圖進(jìn)行分析，并對(duì)圖譜進(jìn)行總結(jié)。再比如，在熱分析中，對(duì)各類材料，包括硅酸鹽材料，配合物等的差熱和熱重進(jìn)行分析，使學(xué)生從中掌握?qǐng)D譜解析的規(guī)律，從而不再懼怕解析。

1.3 引入與學(xué)生相關(guān)的實(shí)例化材料表征圖譜解析

(1)引入科研實(shí)踐中的實(shí)例

《材料表征技術(shù)》課程的學(xué)習(xí)目的是使學(xué)生能夠?qū)Σ牧系谋碚鹘Y(jié)果進(jìn)行分析，從而得到有關(guān)該材料或者該物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息。因此，如何充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，解決學(xué)生的學(xué)習(xí)困難，并最終能夠?qū)W以致用，值得我們思考與研究。鑒于此，除了基本理論知識(shí)的學(xué)習(xí)外，結(jié)合所在理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的特點(diǎn)，在教學(xué)中，把本學(xué)科部老師在從事科研工作中的材料表征的圖譜或圖片作為課堂或課后的練習(xí)題，讓學(xué)生們切實(shí)感受到課程內(nèi)容并非只是理論，而是在科研中具有舉足輕重的作用和地位，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

(2)引入本科畢業(yè)論文中的實(shí)例

當(dāng)然，最切合實(shí)際的是優(yōu)選近三年本科畢業(yè)論文中較好的圖譜作為例子，讓學(xué)生能夠感受到其最為迫切的應(yīng)用，也切身感覺到是以學(xué)生為中心的教學(xué)，極大的提高了學(xué)習(xí)的積極性。

2 多元化的教學(xué)方法

在教學(xué)中，要更多的采用啟發(fā)式教學(xué)。對(duì)材料的表征，更多的是考查學(xué)生的綜合素質(zhì)，對(duì)學(xué)生的邏輯思維能力提出了較高的要求。因此，在教學(xué)中，采用多元化的教學(xué)方法，更多的采用啟發(fā)式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

2.1 充分利用現(xiàn)代多媒體技術(shù)手段

材料表征技術(shù)內(nèi)容比較抽象，有大量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初學(xué)者容易感到枯燥難懂。可以利用多媒體計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)：(1)采用微視頻，形象生動(dòng)地展示各類儀器的基本原理；(2)向?qū)W生靈活演示圖譜的綜合解析過(guò)程，增加學(xué)生對(duì)圖譜解析的感性認(rèn)識(shí)。使抽象的理論知識(shí)的教授和學(xué)習(xí)不再枯燥，提升教學(xué)效果。

2.2 在習(xí)題課上，采用“以學(xué)生為中心”的分組討論形式

對(duì)于習(xí)題的講解，采用學(xué)生分組討論的形式，教師采用啟發(fā)式教學(xué)，進(jìn)行引導(dǎo)和總結(jié)，并與學(xué)生一起討論譜圖及特征峰，課堂氣氛活躍，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生思考問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。充分實(shí)施“以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心”的教以及學(xué)的情況。

2.3 QQ群的有效使用

建立QQ群，把多年積累的資料上傳至QQ群，利于大家課后深入學(xué)習(xí)。分別將“ppt” “有關(guān)材料表征技術(shù)的文章”“課外習(xí)題”“優(yōu)秀作業(yè)”等上傳至群文件中。

QQ群最大的優(yōu)勢(shì)還在于，課下隨時(shí)可以討論，所有人都可以參與討論。另外，有好的資源可以隨時(shí)共享。對(duì)于有更高要求的學(xué)生，著眼于未來(lái)的更高學(xué)歷的學(xué)習(xí)或?qū)嶋H工作需要，在QQ群里介紹計(jì)算機(jī)輔助軟件，幫助學(xué)生掌握原始數(shù)的處理方法。

3 科學(xué)的考核評(píng)價(jià)方式

材料表征技術(shù)的課程目標(biāo)，是能夠初步對(duì)材料的表征結(jié)果進(jìn)行分析。對(duì)學(xué)生的基本理論知識(shí)的掌握情況，分析能力、推導(dǎo)能力等提出了較高的要求。因此，在考核評(píng)價(jià)方式上，以學(xué)生為中心，對(duì)課程的考核評(píng)價(jià)方式進(jìn)行改革，使考核和評(píng)價(jià)貫穿在整個(gè)教學(xué)過(guò)程。

3.1 每一種表征方法單獨(dú)測(cè)試

每一種表征方法學(xué)習(xí)完后就進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試。主要考察學(xué)生對(duì)剛學(xué)習(xí)完的表征方法中理論知識(shí)和概念性內(nèi)容的掌握程度。測(cè)試可以選用傳統(tǒng)的選擇、判斷、填空，簡(jiǎn)答等題型，簡(jiǎn)單的材料表征的推導(dǎo)題必不可少，涉及到的知識(shí)點(diǎn)全面，有一定的難度。例如在紅外光譜章節(jié)的學(xué)習(xí)結(jié)束后，考核學(xué)生對(duì)各類化合物的紅外特征峰的掌握情況，以及內(nèi)部和外部因素對(duì)紅外特征峰的影響。該部分占總成績(jī)的30%。

3.2 期末考試(開放性試題)

以學(xué)生為中心，使學(xué)生學(xué)有所用，期末考試時(shí)，不再設(shè)置知識(shí)性的試題，而是以開放性試題為主，考查學(xué)生對(duì)各類表征方法的綜合解析能力和靈活應(yīng)用能力。必須對(duì)各類表征技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)靈活掌握的前提下，進(jìn)行多方面的考慮，認(rèn)真的分析，科學(xué)的推導(dǎo)，才能得出足夠的結(jié)構(gòu)信息，綜合分析出化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)。期末考試時(shí)，學(xué)生可以參考課本、查閱各種工具書。但這部分開放性試題有較大的難度，用到的材料表征方法也比較多，是全面的綜合解析題，學(xué)生綜合利用所學(xué)表征方法方能對(duì)譜圖進(jìn)行解析。因此，沒有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和分析判斷能力難以完成。該部分占總成績(jī)的60%。開放性試題，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，避免大量數(shù)據(jù)的記憶而產(chǎn)生的抵觸情緒。

3.3 應(yīng)用論文寫作

在材料表征技術(shù)課程中，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)材料表征方法的內(nèi)容進(jìn)行深入和廣泛的學(xué)習(xí)。例如紫外光譜的學(xué)習(xí)中，除了課堂關(guān)于紫外吸收光譜的學(xué)習(xí)，教師還提到了固體紫外漫反射技術(shù)，引起了部分學(xué)生的興趣。教師引導(dǎo)其查閱相關(guān)文獻(xiàn)，并進(jìn)行簡(jiǎn)短論文的寫作。應(yīng)用論文的寫作這一要求在學(xué)習(xí)完紫外和紅外光譜之后，進(jìn)行布置，即學(xué)生對(duì)材料表征技術(shù)有了一定的了解后，但還未學(xué)習(xí)其他表征技術(shù)之前，以便給學(xué)生能夠自由選擇，題目自擬。期末考試前完成即可。論文內(nèi)容要體現(xiàn)材料表征技術(shù)的新方法、新技術(shù)、新應(yīng)用。可以分小組合作完成，但小組人數(shù)不能超過(guò)5個(gè)，并需要說(shuō)明每一位組內(nèi)成員的分工。論文的成績(jī)從格式、內(nèi)容的完整性、和所學(xué)表征技術(shù)之間的聯(lián)系，邏輯性、新穎性等方面來(lái)劃分為不同的等級(jí)。該部分占總成績(jī)的10%。

綜上所述，通過(guò)以學(xué)生為中心的教學(xué)改革，進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化，多元化的教學(xué)方法和科學(xué)的考評(píng)方法的改革，材料表征技術(shù)課程教和學(xué)的質(zhì)量一定會(huì)大幅提升。但各類表征技術(shù)和方法一直在發(fā)展，這就要求教師要與時(shí)俱進(jìn)，終身學(xué)習(xí)，不斷提高自身的專業(yè)素養(yǎng)，并時(shí)刻進(jìn)行教學(xué)改革。讓材料表征技術(shù)成為學(xué)生喜歡學(xué)，老師喜歡教，學(xué)有所用，真正成為當(dāng)代化學(xué)工作者必須掌握的一種重要工具。