材料近代研究方法课程教学实践

2016-03-13贾全利毛陆原谢银德郑州大学材料科学与工程学院450052

河南建材 2016年3期

贾全利　毛陆原　谢银德郑州大学材料科学与工程学院（450052）

材料近代研究方法课程教学实践

贾全利毛陆原谢银德
郑州大学材料科学与工程学院（450052）

摘要：材料近代研究方法是材料科学与工程专业本科生和研究生需要掌握的一门核心专业学位课。本文从材料近代研究方法课程教学存在的问题入手，在现代化教学、师资队伍建设、注重教学实践与应用等方面进行了的教学改革措施和实践，期望为这门课的课程教学提供一定的帮助。

关键词：材料近代分析方法；教学方法；教学实践；课程改革

0　前言

材料近代研究方法课程是郑州大学材料科学与工程学院材料科学、工程专业、材料化学、材料物理和材料加工专业必修的一门专业基础课，在本科阶段教学中占有非常重要的地位。材料近代研究方法课程主要讲授在材料分析表征中最常用的分析方法。学生通过该课程的学习了解和掌握这些分析方法的基本原理，了解各种分析方法在材料研究中的应用，懂得如何利用这些现代分析测试手段完成自己的科研工作。

1　课程教学存在的问题

材料近代研究方法是一门具有多学科交叉性、发展性和前沿性的课程，同时又具有很强的实践性。课程包含许多学科的基础理论知识，如何使学生在较短的时间内掌握这门课程，能够在将来应用于材料测试与分析的相关工作和研究中，是本课程教学的首要问题。

由于材料的种类千差万别，对材料的测试与表征涉及的原理及方法也不同，因此该课程教学要求授课教师既要熟悉仪器构造原理，了解掌握不同测试仪器涉及到的光、电、磁、热、化学、晶体学、量子学等学科知识［1］，还要熟悉材料性质、加工与制备方法等。此外，还要求任课教师了解掌握材料学科前沿知识、新的测试理论和方法等。目前，该课程的教学主要以课堂讲授基础理论知识为主，这种教学方式容易产生以下问题：

1）教材内容滞后，且有局限性

很多教材用相当多的篇幅来介绍一些旧的测试构造、测试方法及手工处理数据的技巧，内容过时和枯燥。教材中原理和仪器内容所占比例较大，新的测试方法和分析方法内容所占比例不足。同时新仪器已普遍采用的新技术，在现有的教材上很难找到。这些既花时间也不实用的教学内容，学生难理解和掌握。学生在实际工作中很难将课堂讲授的知识与实际结合起来，还需再重新学习。

2）教学与实践脱节

这门课的实验设备属于大型精密仪器，既是教学仪器也是科研设备，要承担大量委托样品的测试分析工作。由于这些设备价格较高，如一台高分辨TEM要数百万元，零配件价格昂贵，维修费用高，再加之经费的制约，学院科研基础薄弱，很多大型测试设备欠缺，无法安排学生进行实验教学。因此在实验教学中，教学形式主要是教师讲授仪器结构原理、实验材料的选择和实验步骤，学生自己动手的机会较少，导致学生的思维很大程度上受限于老师和书本，束缚于传统，难以培养学生主动学习的习惯，更谈不上提高思维能力和创新能力。

3）课程内容不够全面和系统

材料近代研究方法课程需要大型仪器为支撑，需要较多的课时数，因此大部分学校开设此课时，教学内容多以本单位所拥有的仪器为主，对其他测试分析方法基本上不介绍或泛泛介绍了事，很容易造成教学内容不全面［2］。

2　课程教学实践的改革探讨

1）改进教学方法，加强与现代信息技术的结合

在教学过程中将材料测试技术的基本原理、检测方法等理论性较强的内容通过实例来说明，创新课堂教学方法。要达到理想的教学效果，必须借助于现代技术，实现以计算机为核心的实现文字、图形、动画、声音及视频等多种教学媒体信息的完美结合。将一些测试方法制作成教学软件，利用其丰富的动画效果、演示效果，形象地向学生讲授相关内容，以提高学生的理解力。用多媒体展现与X射线、电子衍射、晶体结构和SEM等技术相关科学家的照片及生平故事，进一步激发学生的学习兴趣。

2）加强师资队伍建设，提升教学团队水平

教师在课程建设和课堂授课中居于主导地位，师资队伍建设对于学科和课程的健康发展至关重要。郑州大学材料科学与工程学院材料近代研究方法课程组有6位专职任课教师，全部具有博士学位和高级职称，其中教授3人、副教授3人。从年龄分布看50岁以上2人，40～50岁2人，40岁以下2人，各年龄段教师合理分布，教学经验丰富，教学思想活跃，教学改革有创意，具有团队协作精神。这支教师队伍除承担着材料学院本科生、研究生的材料研究方法等必修课的教学任务外，还在科研方面从事高分子材料、金属材料、纳米材料和耐火材料等的研究。在课程教学中每位老师负责讲授自己最擅长的测试方法原理及其应用部分。教学团队注重开展教学研究，已发表本课程方面的教研论文5篇，出版本课程相关教材3部。团队成员经常相互听课，找出教学中存在的问题，提出改正意见；定期召开课程讨论会，交流自己的心得体会和最近自己在科研方面的新进展，不断提升团队教学水平。

3）精练理论，注重实践应用

在材料近代研究方法课程体系中，实验内容、实践内容应和理论内容一样受到重视，并且实践内容所占比例应该提高。分析测试原理是基础，也是灵魂，因此在教学过程中，教师在讲授时应针对学生已掌握的背景知识，精练理论内容，重点培养学生的动手能力和综合分析问题的能力。通过结合具体实例，联系材料的制备工艺，把物品的性能与其内在的材料组成、微观结构建立联系。如国内生产的刚玉莫来石推板，在化学成分上和国外生产的差别不大，材料的常温强度、气孔率和高温强度等都比国外生产的要好，但其使用寿命不到国外生产的一半，究其原因是材料的微观结构不同。结合具体例子，告诉学生改善材料的性能，需要借助现代测试技术来完善和调整生产工艺、配方结构，通过对材料的组成和微观结构设计来优化材料的性能，这样激发了学生的学习兴趣，使学生不感到枯燥。

在授课过程中，将自己的科研内容引入到教学中，从而教授给学生的不再是简单的技能，而是如何从事科学研究、科研思路与方法，提高了学生的科研能力。同时，让学生根据自己感兴趣的课题，查阅文献，了解材料研究的现状和存在的问题，写出读书报告。通过让学生提前进入实验室参与科研，培养其对专业的探索兴趣，养成理论联系实际勇于创新的科学作风，并善于把专业学习与解决未来行业问题结合起来。

通常认为，材料近代分析方法课程就是让学生学会操作有关设备，但根据笔者的研究经验和体会，与操作设备相比较，了解现代分析测试仪器、方法和技术在相关学科领域科学研究中的作用以及分析实验结果更为重要。

在课堂教学上，打破教师一堂课从头讲到尾的模式，鼓励学生登台讲解自己参加的课外科技活动、开放性实验等过程中用到的材料测试方法，增加课堂的互动性。授课教师结合自身的研究课题，结合自己的研究成果向学生讲述相关的检测方法、分析仪器的原理和应用，加深学生对所学知识的印象，激发学生的学习兴趣。

4）课堂考核的探索

改革本课程的考核方式，加大平时成绩在课程考核成绩中所占比例。平时成绩包括学生的读书报告和课堂讨论完成情况、学生每一节课的学习和每一次作业的优劣。在考核环节，增加实验及实践方面的考核比例，如样品的制备方法及注意要点，哪些因素会影响测试结果，结果如何分析等。把测试方法涉及的基本概念、基本原理和分析方法与实践应用结合起来。期中开卷考试，考核学生是否能正确选择测试仪器、明确制样要求、确定测试条件、了解测试过程、准确进行结果分析等整个材料分析的全过程。期末闭卷考试从最新发表的文章中选取具体事例，让学生解析图谱，说明图谱的测试方法及原理、制样要点等，把学生从枯燥的理论背诵中解脱出来，注重理论与实际应用的有机统一，让学生学会理论联系实际。