《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》課程教學(xué)改革與實(shí)踐
——以金屬材料工程專業(yè)為例

梁柳青

（百色學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣西百色 533000）

材料成分組成、微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能之間相互關(guān)系的探索是材料科學(xué)的核心問題，影響著新材料的研發(fā)與發(fā)展。材料現(xiàn)代分析技術(shù)是材料研究過程中對(duì)材料的成分組成、微觀結(jié)構(gòu)及宏觀性能進(jìn)行表征的重要手段。所以，很多高校的材料類、化學(xué)類專業(yè)將此課程作為專業(yè)的核心課程，同時(shí)該課程也是本校金屬材料工程專業(yè)的核心必修課[1]。隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展和新材料的不斷研發(fā)，教材不斷更新，測(cè)試方法不斷改進(jìn)及昂貴的大型精密儀器設(shè)備使用頻率越來越高，給材料現(xiàn)代分析技術(shù)的課堂教學(xué)帶來一定的難度。因此傳統(tǒng)的教學(xué)模式、教學(xué)方法已不再適應(yīng)《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》課程的教學(xué)要求，亟須改進(jìn)。多年來本校該課程任課教師一直在尋求適合本校金屬材料工程專業(yè)課程的教學(xué)方法，不斷更新教學(xué)模式。近幾年進(jìn)行了“以教師為中心”轉(zhuǎn)化為“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式改革，取得良好的效果，現(xiàn)將多年來的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和改革措施做簡(jiǎn)單的介紹。

1 《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1 課程特點(diǎn)

《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》是本校金屬材料工程專業(yè)培養(yǎng)方案中的專業(yè)核心必修課程，是關(guān)于材料組成、結(jié)構(gòu)、微觀形貌、缺陷等現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)及其有關(guān)基礎(chǔ)理論的一門技術(shù)性實(shí)驗(yàn)方法課程。主要內(nèi)容包括X 射線晶體衍射分析、電子與物質(zhì)相互作用、透射電子顯微分析、掃描電子顯微分析、電子探針分析方法以及常見熱分析技術(shù)等。內(nèi)容涉及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)各領(lǐng)域，要求學(xué)生具備一定的高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)等相關(guān)知識(shí)，涉及面比較廣，是理論性和實(shí)踐性比較強(qiáng)的課程[2]。該課程側(cè)重分析測(cè)試方法的基本原理及在材料科學(xué)中的應(yīng)用；通過學(xué)習(xí)使學(xué)生具備對(duì)材料組成、微觀結(jié)構(gòu)及宏觀性能進(jìn)行表征的能力； 培養(yǎng)學(xué)生的圖像觀察、數(shù)據(jù)結(jié)果整理及對(duì)金屬材料開發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析解決的能力。為今后從事相關(guān)領(lǐng)域工作的復(fù)雜工程問題分析、工藝改進(jìn)、產(chǎn)品研發(fā)、質(zhì)量檢測(cè)、零部件失效分析等積累扎實(shí)的理論知識(shí)與能力基礎(chǔ)。

1.2 教學(xué)方式有待改進(jìn)

《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》 課程內(nèi)容涉及知識(shí)面廣、原理抽象、理論性強(qiáng)，課程內(nèi)容比較難懂，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步、設(shè)備和技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，現(xiàn)行的教材已跟不上更新的速度。那么如何結(jié)合高校現(xiàn)有的設(shè)備，將檢測(cè)技術(shù)新發(fā)展、檢測(cè)技術(shù)新理論和新技術(shù)傳授給學(xué)生，讓學(xué)生畢業(yè)后能與時(shí)俱進(jìn)、無縫銜接的解決工作上的問題，是教學(xué)改革中應(yīng)該重點(diǎn)思考的問題。

其次，近些年地方院校生源質(zhì)量參差不齊，對(duì)教學(xué)是一種挑戰(zhàn)，對(duì)于這類院校的生源來說這門課的學(xué)習(xí)具有一定難度，傳統(tǒng)以教師為中心的模式缺乏學(xué)生的參與互動(dòng)，不能吸引學(xué)生的注意力。教師上課累且沒能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。特別是在人手一部手機(jī)的時(shí)代，如果學(xué)生沒有參與教學(xué)，注意力不集中，課堂上很難避免學(xué)生刷屏玩手機(jī)；同時(shí)傳統(tǒng)的考試模式可以說是“一考定論”，很多學(xué)生通過突擊式的學(xué)習(xí)就可以達(dá)到考試基本要求，這樣會(huì)導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不足。這種突擊式的學(xué)習(xí)在后續(xù)的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)帶來諸多問題，學(xué)生也因沒有掌握必要的專業(yè)理論基礎(chǔ)，在實(shí)踐過程中表現(xiàn)欠佳，能力不足。特別是在工作以后，知識(shí)基礎(chǔ)薄弱會(huì)影響學(xué)生今后的發(fā)展[3]。

最后，是本課程特有的大型精密儀器教學(xué)問題。在教學(xué)中大型設(shè)備不可能搬到課堂進(jìn)行很直觀的教學(xué)，又因高?？蒲袦y(cè)試任務(wù)較重，時(shí)間上無法安排數(shù)量較多的本科生上機(jī)實(shí)踐，實(shí)踐操作基本做不到人手一臺(tái)。因這些客觀因素，大型精密儀器對(duì)本科生的開放程度受到很大限制，開設(shè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)較少，以演示為主，不利于學(xué)生對(duì)大型分析儀器表征的感性認(rèn)識(shí)以及實(shí)操技能的掌握，影響學(xué)生辨識(shí)、分析、解決金屬材料領(lǐng)域復(fù)雜工程能力的培養(yǎng)[4]。

2 《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》教學(xué)改革措施

為了提高金屬材料工程專業(yè)的《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》課程教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)水平，培養(yǎng)具備分析解決金屬材料工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的應(yīng)用型人才。結(jié)合實(shí)際教學(xué)過程中的問題，提出了以下方面的改革措施：

2.1 教學(xué)內(nèi)容更新及整合

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，設(shè)備和技術(shù)不斷更新?lián)Q代，通過教學(xué)內(nèi)容不斷更新，刪除陳舊的知識(shí)點(diǎn)，加入前沿新技術(shù)、新理論，突出重點(diǎn)，讓學(xué)生做到與時(shí)俱進(jìn)、與社會(huì)的無縫銜接。例如以前X 射線物相定性分析主要是手動(dòng)分析，多數(shù)教材內(nèi)容會(huì)大篇幅講解如何通過前三強(qiáng)線、八強(qiáng)線來逐步確定物相。但隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，借助軟件實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。例如JADE 軟件的使用，只要幾個(gè)簡(jiǎn)單的操作就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋找匹配工作，所以此部分手動(dòng)分析內(nèi)容可以不講，更新為JADE軟件物相分析的操作講解。

2.2 多媒體與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)輔助教學(xué)

《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》課程要求掌握各測(cè)試分析儀的結(jié)構(gòu)、基本原理等，所以教材里安排大量的篇幅進(jìn)行介紹。特別是大型精密儀器（例如X 射線衍射儀、透射電鏡、掃描電鏡等），課堂傳遞的信息量較大，教學(xué)進(jìn)度普遍偏快，如果再采用傳統(tǒng)單純板書式的教學(xué)模式，不但進(jìn)度慢，還不能很直觀地展示儀器的構(gòu)造和原理圖，學(xué)生不但難于理解相應(yīng)的理論知識(shí)，還缺乏感性認(rèn)識(shí)，增加了學(xué)習(xí)難度[5]。并且在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中多數(shù)是“以教師為中心”的課堂，學(xué)生較少參與互動(dòng)，上課缺乏趣味性，學(xué)習(xí)效果不佳。多媒體技術(shù)因采用文字、數(shù)據(jù)、圖形、影像、音頻和視頻等不同的媒體技術(shù)，使復(fù)雜的方法原理、分析流程等直觀化，課堂生動(dòng)形象，引起學(xué)生的興趣，教師再加以講解，更利于學(xué)生理解和掌握該部分的知識(shí)。例如在大型精密儀器（X 射線衍射儀、掃描電鏡等）講解時(shí)，可以以圖片和視頻等方式展示儀器設(shè)備，學(xué)生較為直觀地認(rèn)識(shí)該設(shè)備情況；在電子顯微鏡的原理講解時(shí)，電子束在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)內(nèi)容采用視頻教學(xué)，直觀、生動(dòng)、形象，能抓住學(xué)生的眼球，課堂氣氛活潑。借助視頻學(xué)生能更深刻理解電子束在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，為后面講解電子束可以聚焦成像做好鋪墊。但多媒體教學(xué)存在翻頁快、信息量過大等缺點(diǎn)，不利于學(xué)生的理解和做筆記，反過來也會(huì)影響教學(xué)效果。針對(duì)這一問題，首先可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入中國(guó)大學(xué)MOOC 平臺(tái)的《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》課程進(jìn)行線上學(xué)習(xí)，對(duì)授課過程中不明白的知識(shí)點(diǎn)通過視頻反復(fù)地觀看學(xué)習(xí)，其次教師可以借助各網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)建立課程網(wǎng)頁。例如華中師范大學(xué)推出的微助教輕應(yīng)用工具，將可電子教案、多媒體課件、課程學(xué)習(xí)材料、課程題庫(kù)、討論等內(nèi)容在課程網(wǎng)頁中充實(shí)完善，學(xué)生除了可以隨時(shí)觀看、下載課件和課程學(xué)習(xí)材料外，加入課堂的學(xué)生可以參加討論和答題，同時(shí)還可以對(duì)答題情況作圖分析。通過上述學(xué)習(xí)，教師基本了解每一位學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，從而及時(shí)對(duì)教學(xué)難度、進(jìn)度做適當(dāng)調(diào)整，對(duì)學(xué)習(xí)成績(jī)較差的學(xué)生可以進(jìn)行針對(duì)性的輔導(dǎo)。同時(shí)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用在教學(xué)過程中布置課外大作業(yè)（復(fù)雜工程問題），學(xué)生借助網(wǎng)絡(luò)做文獻(xiàn)調(diào)研，并組織學(xué)生通過多媒體展示對(duì)復(fù)雜問題的分析以及提出的解決方案，有助于培養(yǎng)學(xué)生利用現(xiàn)代信息工具解決復(fù)雜工程問題的能力。所以在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)輔助下，可加強(qiáng)學(xué)生參與教學(xué)環(huán)節(jié)，做到“以學(xué)生為中心”，有助于提升多媒體教學(xué)效果。

2.3 與實(shí)際相結(jié)合采用案例教學(xué)

《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》課程內(nèi)容不僅是金屬材料工程專業(yè)學(xué)生綜合實(shí)訓(xùn)、專業(yè)實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)學(xué)位論文中不可缺少的知識(shí)點(diǎn)支撐，也是今后工作中不可或缺的知識(shí)，實(shí)用性很強(qiáng)。因此，在解決與應(yīng)用相關(guān)的問題時(shí)，能夠根據(jù)金屬材料相關(guān)的問題和研究目的，選擇恰當(dāng)?shù)膬x器進(jìn)行測(cè)試，分析解決金屬材料開發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，是該課程教學(xué)的目的。對(duì)于此類專業(yè)課程的教學(xué)，以教師講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)方法不利于學(xué)生知識(shí)運(yùn)用能力的培養(yǎng)，應(yīng)該從教學(xué)方面進(jìn)行改革，轉(zhuǎn)型為“以學(xué)生為中心”。

案例教學(xué)法不同于傳統(tǒng)教學(xué)方法，是以“學(xué)生為中心”的教學(xué)方法，在教師的精心策劃和指導(dǎo)下，選用典型案例討論、分析，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考或者集體協(xié)作，再借助文獻(xiàn)調(diào)研等相關(guān)方法，提高學(xué)生獲取知識(shí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的正確思維方法。對(duì)案例教學(xué)方法內(nèi)容的選擇要具有針對(duì)性，要緊密結(jié)合課程知識(shí)要點(diǎn)，特別是要注意綜合性和實(shí)用性案例的選擇，既要符合課程內(nèi)容體系的內(nèi)在邏輯關(guān)系，還可以作為范例，以便學(xué)生今后工作遇到問題時(shí)可以借鑒。例如講授掃描電子顯微二次電子信號(hào)做形貌分析時(shí)，可以生產(chǎn)實(shí)踐中機(jī)械零部件斷裂為案例，教師可結(jié)合實(shí)際情況給學(xué)生提供具體零部件斷裂時(shí)的斷口形貌圖片。一步步引導(dǎo)學(xué)生首先學(xué)會(huì)選擇正確的測(cè)試分析方法，然后分析斷裂的原因以及裂紋演化和發(fā)展的過程，最后對(duì)零部件材質(zhì)、成型工藝和服役條件進(jìn)行說明，讓學(xué)生正確判斷、分析斷裂產(chǎn)生的機(jī)制，并據(jù)此提出合理有效的改進(jìn)措施。案例教學(xué)典型、形象生動(dòng)，貼合實(shí)際應(yīng)用，學(xué)生猶如親歷實(shí)踐過程，可深入理解材料現(xiàn)代分析技術(shù)的有關(guān)知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)也了解了不同測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用背景[6]。

2.4 以科研促進(jìn)教學(xué)

科研是教學(xué)的基礎(chǔ)，有了科研的支撐，教學(xué)才有靈魂。通過科研可以不斷地更新自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，把握本學(xué)科的發(fā)展方向與最新研究成果，同時(shí)不斷完善和更新教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生掌握最新的材料分析技術(shù)方法和理論。具有一定科研能力的教師，所講授的課程內(nèi)容更加生動(dòng)和貼合實(shí)際應(yīng)用，易達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提升學(xué)習(xí)效果的目的。有豐富科研經(jīng)驗(yàn)的教師更善于激發(fā)學(xué)生的潛能和調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，使學(xué)生具備挖掘資料、組織、分析案例的能力，了解材料現(xiàn)代分析技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用。高校教師通過科研能對(duì)所教課程有系統(tǒng)、深度和廣度的認(rèn)識(shí)和理解，進(jìn)而能做到授課收放自如，把控課堂。另外，在教學(xué)過程中，鼓勵(lì)學(xué)生利用閑暇時(shí)間參與教師的科研工作，提前進(jìn)入實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)[6]。例如本校部分本科生從大二開始進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，跟隨教師一起開展課題研究。一方面可以提高科研能力，另一方面為畢業(yè)論文寫作奠定了良好基礎(chǔ)，同時(shí)具備大型設(shè)備的操作能力，為日后工作打下基礎(chǔ)。

2.5 過程考核方式改進(jìn)

如前所述，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、方法等進(jìn)行了探索，原有的“一考定論”已不再是最合適的考核方式，得適時(shí)對(duì)考核形式進(jìn)行調(diào)整，以加強(qiáng)對(duì)學(xué)生應(yīng)用能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。實(shí)踐表明，采用靈活多樣的考核方式有較好的效果。比如把期末成績(jī)降到60%，還有40%用于學(xué)習(xí)過程的考核，考核的內(nèi)容可以包括課堂討論、課外大作業(yè)（解決復(fù)雜工程問題）、在線學(xué)習(xí)作業(yè)等。同時(shí)期末考試題型也做調(diào)整，取消選擇、填空題，增加類似于課外大作業(yè)題目的綜合論述題，重點(diǎn)考查綜合利用課程所學(xué)的知識(shí)，解決身邊科學(xué)問題的能力，更偏向于實(shí)際應(yīng)用。通過考核方式的調(diào)整，改變學(xué)生突擊式的學(xué)習(xí)狀況，同時(shí)解決學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不足的問題。

3 結(jié)語

通過對(duì)《材料現(xiàn)代分析技術(shù)》課程教學(xué)現(xiàn)狀分析，結(jié)合教學(xué)的實(shí)際情況，采用“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式，整合教學(xué)內(nèi)容，引入多媒體和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)作為教學(xué)工具，探索案例教學(xué)、加設(shè)解決復(fù)雜工程問題的課外大作業(yè)、課堂討論等多樣化過程考核方式，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)具備分析解決金屬材料工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題能力的應(yīng)用型人才。