材料研究與測試方法的課程教學改革

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【摘要】根據材料研究與測試方法課程的特點，提出從教學內容、教學方法、實驗設計、課程考核評價方式等方面進行改革創(chuàng)新，以提高材料研究與測試方法課程的教學效果。實踐證明，教學改革能顯著地提高學生的學習興趣，提高學生解決問題和分析問題的實踐能力，能顯著提高教學質量。

【關鍵詞】材料研究與測試方法；教學方法；教學改革

1前言

材料是二十一世紀的支柱產業(yè)，材料是當今科學技術發(fā)展和現(xiàn)代文明的重要物質基礎，人類文明發(fā)展的里程碑中一直都伴隨著材料的重要突破。而隨著科學技術的快速發(fā)展，人們已經對材料的性能和用途提出了越來越高的要求，而材料的性質和用途是由材料的結構和組成決定的，因而需要系統(tǒng)地研究材料的結構和組成，只有充分了解材料的組成結構與其性能之間的密切關系，才能根據人們的需求去設計和提高材料的性能。因此，在材料研究工作中，往往離不開系統(tǒng)的材料研究方法和測試手段，如X射線衍射分析（XRD）、透射電子顯微鏡分析（TEM）、掃描電子顯微鏡分析（SEM）、X熒光分析（XRF）等高科技測試分析方法。為了能更好地從事材料的研究工作，了解這些儀器設備的工作原理、構造組成，掌握儀器設備的操作規(guī)程和數據分析處理是非常重要的。材料研究與測試方法這門課程主要研究材料的組成和結構，旨在培養(yǎng)學生掌握各種分析測試方法的基本原理與應用，使學生們的材料分析能力得以提高。然而，由于該課程涉及到的理論偏多以及受到傳統(tǒng)教學方法的束縛，使得這門課程的教學效果沒有達到預期效果。我們在材料研究與測試方法這門課的教學過程當中，進行了一些改革探索，希望能為該課程教學質量的提高起到拋磚引玉的效果[1]。

2課程教學中存在的一些不足

目前，材料研究與測試方法課程所使用的教材中涉及到的部分知識內容已經嚴重落伍。比如隨著計算機的普及及技術的快速發(fā)展，大量的材料分析數據都已使用電腦軟件進行分析處理，但目前許多教材沒有及時更新，仍然介紹已經落伍的手工處理數據的原始方法。比如X射線衍射分析中對晶體的晶面間距d值計算、物質的物相及百分含量的確定、衍射譜峰面積的計算、晶體尺寸的計算等，現(xiàn)在均已經采用軟件自動進行分析處理，但是目前學生所用的教材中依然介紹了已經落伍的費時費力的原始分析方法。此外，教材中理論內容偏多，尤其是X射線晶體學中包含了較多的高等數學、微積分、物理化學等知識，繁瑣枯燥，導致學生缺乏學習熱情[2]。

3課程教學改革

為了提高該課程的教學效果，結合我校培養(yǎng)高級應用型復合人才的目標，進而增強其就業(yè)競爭力。結合該課程具有的特點及學生的實際情況等，對材料研究與測試方法課程的授課內容、教學方法進行了改革和探索。

3.1教學內容

結合無機非金屬材料的專業(yè)特色，選擇適合本學科本科生的教學內容，確定了以X射線衍射分析、透射電子顯微鏡分析、掃描電鏡、電子探針與熱分析技術為主的教學內容。教學內容要求既能反應本學科的最新發(fā)展動態(tài)，又要具有前沿性和前瞻性。同時合理安排教學知識點，適當精簡純理論內容，結合測試設備介紹實驗儀器設備的工作原理，重點突出數據分析的應用環(huán)節(jié)，重點培養(yǎng)學生們熟練地使用各種測試方法進行測試和數據分析的能力，為進行材料學研究奠定重要的基礎[3]。

3.2教學方法

傳統(tǒng)的教學模式中，教師處于主導地位，學生們的學習積極性和主動性不高，學習效果較差。因此，可以結合大學生參與的“挑戰(zhàn)杯”大學生課外作品競賽項目，將挑戰(zhàn)杯項目研究所需的測試設備和檢測方法融入到課堂教學中。例如某大學生的“挑戰(zhàn)杯”大學生課外作品競賽項目是鎢酸錳納米線的制備，粉體制備好后，如何對納米粉體的物相和形貌特征進行表征分析呢?這時就用到材料研究與測試方法的知識。首先要通過X射線衍射分析，來得到學生們所制備出來的粉體的X射線衍射圖譜，并通過Jade軟件進行物相分析，來確定是否為鎢酸錳純相，并可以利用Jade軟件計算出晶粒的大小和結晶度。完成XRD的分析之后，再通過透射電鏡對制備出的鎢酸錳粉末顆粒的形貌進行分析，確定鎢酸錳粉末顆粒的外形輪廓、顆粒尺寸大小和粒度分布等。還可根據納米顆粒的襯度來估計粉末顆粒的厚度、空心或實心；并且對有兩種以上物相組成的粉末顆粒，可以用選區(qū)電子衍射來確定晶體物質的成份組成。通過這種授課方式，學生可以將課堂上所學到的材料分析測試理論知識應用到具體的科學研究之中，顯著提高學生們的學習質量，全方位有效地提升同學們的分析和解決實際科研問題的能力。同時把本材料學科最先進的測試方法、測試儀器和發(fā)展動向融于到課堂教學之中，大大提高了教學效果[4]。

3.3多媒體的多樣化與板書相結合的教學方法

粉筆板書是一種比較枯燥的教學方法，多媒體的教學方式相對來說比較生動，容易吸引學生們的注意力，多媒體要實現(xiàn)文字、圖片和教學視頻的完美結合。并且因材料研究與測試方法課程涉及到的原理、公式等專業(yè)理論知識較多，涉及到的儀器結構比較抽象，因此本課程需要改進教學方法，適當地采用3D動畫進行生動演示，對該課程涉及到的測試儀器的組成結構、工作原理等內容進行更生動形象的演示，使同學們的有更直觀的認識。另外，加強教師與學生在課堂上互動，來引導學生進行積極的思考。另外為提高學生的興趣，課堂上應該給同學們適當地介紹一些名人軼事，例如，倫琴是如何發(fā)現(xiàn)X射線的，德布羅意是如何因電子的大膽假說而獲得諾貝爾獎的，勞埃和布拉格父子倆是如何從大膽的假設到進一步的實驗印證，從而獲得成功也相繼獲得諾貝爾獎的故事等等。讓學生們在了解科學家的分析問題和解決問題的思路和方法中獲得學習樂趣和靈感[5]。

3.4改善實驗設計，培養(yǎng)學生的分析問題和解決問題的能力

材料研究與測試方法是一門實踐性很強的專業(yè)課程，因此在本門課程中安排了適當的實驗學時，包含了X射線衍射實驗、掃描電鏡實驗和熱分析等實驗。在實驗中，盡量讓學生們都有親自動手操作的機會，例如制作X射線衍射測試的試樣及掃描電鏡測試的樣品，測試儀器的參數設置等，旨在培養(yǎng)學生的使用操作儀器的能力和分析測試能力，為學生接下來參加的開放實驗、綜合實驗及畢業(yè)設計論文的順利進行奠定重要的基礎。尤其在最后一學期的畢業(yè)論文中，讓學生們經歷材料研究的各個環(huán)節(jié)，接觸和使用到常用的材料研究和測試的儀器和分析手段，達到熟練掌握和運用各種測試方法進行材料分析研究的目的[6]。

3.5課程的考核評價

課程的考核和評價方式改革，由單一的閉卷考試改為多元化的考核，降低試卷成績的比重，增加如專題演講和討論、實驗中動手能力、實驗報告成績、平時課堂表現(xiàn)等考查環(huán)節(jié)，同時在試卷中增加解決實際問題的圖譜解釋、圖譜測試分析、測試條件制定等，充分考查學生們利用所學到的材料分析測試方法來分析問題和解決問題的能力。

4結束語

總之，材料研究與測試方法課程的教學改革要圍繞本專業(yè)的培養(yǎng)目標，通過在教學內容、實驗設計、教學方法、考核方式等方面進行大膽的改革探索，充分地調動學生的學習積極性，提高學生在材料研究中的分析測試能力，有助于實現(xiàn)培養(yǎng)高級應用型人才的培養(yǎng)目標。

參考文獻

[1]于景媛,李強,齊義輝,等.材料測試方法課程教學改革與實踐[J].實驗科學與技術,2015(6):92-94.

[2]牛牧野,張興華.材料近代分析測試方法的改革與創(chuàng)新[J].教育教學論壇,2017(41):218-219.

[3]張穎,張軍戰(zhàn),任耘.材料研究與測試方法課程建設與改革[J].中國冶金教育,2018(6):15-16.

[4]李濤,吳忠旺,趙鳴.現(xiàn)代材料分析測試方法研究生優(yōu)質課程建設的探討[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2016(1):67-69.

[5]王國成,蔡芳昌,施德安.研究生現(xiàn)代材料測試方法課程教學實踐[J].教育教學論壇,2017(12):138-140.

[6]賈鐵昆,付芳.《材料研究與測試方法》課程教學模式改革[J].輕工科技,2017(4):152-153.

作者：王永剛 楊琳琳 單位：洛陽理工學院材料科學與工程學院