材料测试方法课程教学改革与实践

于景媛，李 强，齐义辉，刘伟东

(辽宁工业大学 材料科学与工程学院，辽宁 锦州 121001)

材料测试方法课程教学改革与实践

于景媛，李 强，齐义辉，刘伟东

(辽宁工业大学 材料科学与工程学院，辽宁 锦州 121001)

基于材料测试方法课程本身和教学对象的特点，改革该课程教学内容和教学方法。教学内容补充工程实践的知识，同时建立纲领性知识框架结构，培养学生综合运用知识解决工程实际问题的能力。教学方法采用启发式、案例式以及问题链教学模式，提高课堂教学质量。改革实验教学内容，增强学生的动手能力和独立分析能力。通过教学过程的尝试，在提高该课程的教学质量的同时，培养了学生的独立思考能力和工程实践能力。

教学改革；材料测试方法；教学方法；教学内容

随着科学技术的发展，人们对材料性能的要求日益广泛和苛刻，对材料性能与其组成和微观结构的关系越来越感兴趣，因而不断发展新的研究方法，测试手段也越来越多样化。在科研生产实践中需要X射线衍射仪、电子显微镜等先进分析手段的工作越来越多，因此了解这些设备的组成结构、工作原理，熟悉设备的操作规程以及数据处理与分析具有非常重要的作用，为本科生日后走上工作岗位或继续学习深造奠定坚实的基础。材料测试方法这门课程在当代材料科学研究中占有重要的地位，是材料科学的重要组成部分。通过该课程学习，学生可以掌握研究材料的晶体结构、微观组织、化学成分、物相组成与材料制备工艺、材料性能间关系的理论知识和研究方法。针对材料测试方法这门专业基础课的重要性，国内有许多高校对材料测试方法进行了教学改革[1-6]，如内蒙古工业大学马文等人对无机非金属材料测试方法课程教学方法进行改革，江苏省盐城工学院王旭等人对现代材料测试方法课程的教与学进行探讨，济南大学材料科学与工程学院杨中喜等人对现代材料测试方法实验课程进行改革。

1 该课程存在的问题

1)材料测试方法涉及光学、电磁学、热学、晶体学、数学、物理、量子学等学科，概念抽象，原理复杂，理论知识偏深偏难，学生学习起来比较吃力。一些理论知识偏向于专业的科学研究，远离学生的工程实践应用。

2)《材料测试方法》教材各个章节间独立为政，彼此之间缺乏明显的有机联系，导致学生进行割裂式学习，没有将教材中相关知识点进行融会贯通，当遇到综合应用问题时束手无策，没有能力去解决。

3)教学方法手段较单一，传统的板书式教学难以将复杂晶体衍射、晶体衍衬像、倒易点阵、测试设备的结构和工作原理清晰地展示出来。授课时教师采用一言堂及填鸭式的讲课方式，导致学生的积极性不高，互动性不强。

4)实验教学内容过多介绍设备结构、工作原理，缺乏仪器的应用、样品的制备以及实验数据的分析处理方面的内容。由于实验所涉及的测试设备均属于昂贵设备，一般只有一台，教师进行演示性实验，学生无法动手、学习热情不高，实验报告雷同，抄袭现象严重，实验教学效果不理想。

2 改革教学内容，补充工程实践的知识

为了提高课程教学质量，结合我校培养具有较强实践能力、创新精神的应用型高级工程技术人才和管理人才的目标，进一步提升学生的实践动手能力和创新精神，进而增强其就业竞争力。根据课程的特点并结合学生的实际情况，对授课内容、教学方法进行改革和探索。

针对材料测试方法课程的理论知识较多较深，部分知识点偏于科学研究，远离学生工程实践应用需求，学生难以掌握的现象，调整教材内容去繁取精，适当删减一些较难偏科学研究、远离工程实践应用的知识点，同时注意结合学生参与的大学生创新项目或导师所研究的课题，将项目研究所需的相关检测设备和检测方法融入课堂教学中，并增加材料测试方法在工程领域中的实际应用。

案例1 某学生的大学生创新项目是氧化镍粉体的制备，粉体制备后，如何对粉体的形貌特性进行表征呢？这时就用到材料测试方法的知识。通过电镜对粉末颗粒的形貌特性进行观察分析，确定粉末颗粒的外形轮廓、轮廓清晰度、颗粒尺寸大小和厚薄、粒度分布和聚焦或堆叠状态等。如果用透射电镜进行分析，不但可以观察到分散在碳加强支持膜上的粉末颗粒试样，还可以用复型法制得的粉末颗粒的表面复型。观察粉末颗粒试样时，还可根据象的衬度(透明程度)来估计粉末颗粒的厚度、空心或实心；对有两种以上物相组成的粉末颗粒，可以用选区电子衍射逐个颗粒或逐种形态确定晶体物质的物相及晶体取向，观察粉末颗粒的表面复型并了解颗粒表面的细节特征。

通过这种讲授，使学生将所学的理论知识应用到实处，使学生学到的不再是抽象的理论，而是到工作岗位解决实际问题的方法和能力。同时把本材料学科发展最前沿的新信息、发展动向融于课堂教学之中，大大提高了教学效果。

3 建立纲领性知识框架结构，培养学生综合运用知识解决工程实际问题的能力

针对学生对材料测试方法各章节割裂式学习，难以综合运用知识解决工程实际问题的现象，改变传统授课仅重视知识传授，忽视学生逻辑思维培养的情况，建立课程纲领性知识体系。培养学生对知识点全面把握和融会贯通的能力，提高学生解决复杂工程实际问题的能力。在授课时，教师先初步介绍各章节的内容，使学生明白本章学习的主要内容以及学习目的，了解该章与前面章节关系。每次授课都将本节课的关键知识点写在板书左侧，授课结束后对主干知识点进行回顾，同时阐述各个知识点间的逻辑关系，意在培养学生的逻辑思维能力。每章结束后会建立该章节主要内容框架图(如案例2)，整门课程结束建立各章节关系的框架图，让学生明白各章节之间的有机联系。结合工程应用的实际案例，让学生在知识框架内抽取相关知识点，通过对知识点的整合来解决实际问题，提高学生解决复杂工程实践问题的能力(如案例3)。

案例2 在学习《材料测试方法》中X射线衍射线方向一章，当本章内容结束，将本章内容建立框架，如图1所示。

图1 第3章X射线衍射线方向内容框架示意图

案例3 某学生协助导师研究Ni(OH)2加热水化分解反应，导师希望该学生能很好地了解加热分解反应后生成物的特性。该学生根据所掌握的框架知识体系，综合利用所学的电子显微镜和X射线衍射分析等知识来解决实际问题。通过电镜可以观察到加热反应起始物质为Ni(OH)2，它的外形呈六方片状。将Ni(OH)2加热到493K后，反应物仍保持六方片状外形，但每一六方晶片巳分解成许多非常细小的颗粒，并成为多孔结构。对这些小颗粒进行选区电子衍射，结果表明Ni(OH)2六方晶片已分解为许多NiO小单晶，形成“马赛克”结构，但仍保持原来的Ni(OH)2外形。此外将加热分解前后的样品进行X射线衍射测试，通过对图谱进行分析，也可以验证加热前后样品的晶体结构分别为Ni(OH)2和NiO。

4 采用启发式、案例式以及问题链教学模式，提高课堂教学质量

针对传统教学模式单一，学生上课积极性不高的现象，由以传授知识为主要特征的“教学型”教学向以培养认知能力和应用能力为主要特征的“探究+应用型”教学转变。通过“学习、探究、实践”互动，提高学生的学习热情和课堂的授课质量。

改变传统的板书式教学模式，采用多媒体辅助板书设计。既让学生对抽象问题有形象认识，又可保证教师对重点难点问题能进行详细讲解。避免传统教师一言堂和填鸭式教学方式，采用启发式、案例式以及问题链教学模式。以学生为主，通过精心设计问题情景，引导学生按照“发现问题—分析问题—解决问题”的思维发展过程，通过问题的提出，探索解决问题的方法，引发学生的学习兴趣，提高课堂教学质量。

案例4 在讲述布拉格方程一节时，首先介绍布拉格父子的科学假设——他们认为X射线的衍射方向不是任意的，只有在满足与入射线呈镜面反射方向才会有衍射线产生。根据假设引导学生设计布拉格所做的实验，通过对实验的讲解引出布拉格实验的结果，引导学生比较实验结果与预先设想的结果。通过理论推导来解释实验现象，最终得到布拉格方程。通过对布拉格方程的解析后设计例题，让学生通过预先讲解的知识点，自己动手结题，教师从旁指导，学生通过这次课的学习可以更好地掌握布拉格方程。

5 改革实验教学内容，增强学生的动手能力和独立分析能力

针对传统实验课程内容枯燥，激发不了学生学习兴趣的问题，对实验教学内容进行改革。将授课内容从介绍仪器的原理和结构转向仪器设备在工程上的实际应用，从传统教师演示性实验转变为学生动手参与、学生动手分析数据，教师辅助指导的模式，调动学生学习的主观能动性。实验授课教学目标由以往的“以介绍仪器为中心”转化到“如何运用仪器分析材料为中心”，以介绍仪器的原理和结构为辅，重点放在仪器的应用、样品的制备以及数据的分析处理上。减少教师的演示性实验，增加学生动手参与环节，设计综合性实验，要求学生结合所参与的创新性项目从样品选择，试样制备、测试条件确定，到测试数据分析以小组为单位独立进行。这种实验模式既增加了学生对未知实验内容的兴趣，又避免了实验报告抄袭和雷同的现象，提高实验教学的质量，同时为学生日后的毕业设计和工作奠定基础。

案例5 在进行物相分析实验时，不再采用教师独立操作的演示实验，而是要求每组学生预先寻找一个样品，金属材料、陶瓷材料不限制，要求学生独立自主制备X射线衍射所需的样品，并独立进行样品的测试操作和结果分析。通过这种训练，学生可以减少惧怕心理，更好地操作设备，同时结合所查阅的文献资料，选择合适的测试条件，并可以独立运用软件对物相组成进行分析。

6 结束语

通过上述的课程改革，激发了学生学习的热情和主观能动性，提高了学生独立思考、分析问题、解决问题和实际动手的能力。让学生从被动接受知识转化为主动自觉地学习知识，提高了授课质量。教学改革提高了材料类专业毕业生材料测试方法方面的实验技能、工程应用与实践能力，提高了学生的就业竞争力。

[1]马文,白玉,王俊,等.“无机非金属材料测试方法”链式教学法初探[J]. 科技信息, 2012(33):4-5.

[2]左从玉，郑林义.无机非金属材料测试方法课程教学改革探索[J]. 中国教育技术装备, 2012(33):14-16.

[3]王旭，张霞，管浩，等. 材料测试方法课程的教与学的探讨[J]. 成功(教育)，2013(16) :191-192.

[4]杨中喜，陶文宏，师瑞霞, 等. 《现代材料测试技术》设计性实验教学的改革与探索[J]. 实验室科学, 2008(4):40-41.

[5]王现英. 《现代材料分析方法》课程教学改革探索与研究[J]. 教育教学论坛, 2013(20):65-66.

[6]杨英歌，陈飞，曾冬梅, 等. 现代材料分析方法教学改革探讨[J]. 新课程研究：高等教育, 2011(4):75-76.

Reform and Practice on the Course of Material Test Methods

YU Jingyuan, LI Qiang, QI Yihui, LIU Weidong

(College of Materials Science and Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China)

Based on the characteristics of the course and teaching objects, the teaching contents and methods of Material Test Methods are reformed. The knowledge on engineer practice is added and the programmatic knowledge frame structure is established, which contributes to improve the abilities of solving the engineering practice problems according to comprehensive knowledge. The teaching modes of elicitation method, case, and problem chains are applied and the teaching quality is improved. The experiment teaching contents are reformed in order to strengthen the manipulative ability and independent analysis ability. The teaching quality of this course is improved and independent analysis and engineering practice abilities of students are improved through the teaching reforming.

teaching reform;material test methods; teaching methods; teaching content

2014-11-21；修改日期:2014-12-25

2014年辽宁省普通高等学校本科教育教学改革研究项目(UPRP20140482)；辽宁工业大学2014年教改立项(2014019)；辽宁工业大学2012年教改立项(2012010)。

于景媛(1979-)，女，博士，副教授，主要从事材料教学和科研方面的研究。

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.06.030