“现代材料表征技术”课程实践教学改革

霍文霞+张磊

摘 要 “现代材料表征技术”实践教学是结合大型仪器设备开设的课程，该课程的开展有利于学生掌握现代分析仪器检测方法，提高学生对样品表征分析能力，针对目前实验教学过程中出现的问题，研究了建立以公开讲座、具体试样测试、网络平台相结合的方式向学生开放的实验教学模式，优化整合实验教学资源，丰富实验内容，通过实际证明，学生的动手能力及学习热情得以提高。

关键词 现代材料表征技术 实践教学 网络平台

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.10.041

Abstract The “modern materials characterization technology” practice teaching is a combination of large instruments and equipment to open courses，This course is good for the students to master modern analytical instrument detection method，Improve students ability in characterization of the sample analysis， Aiming at the problems appeared in the process of experiment teaching，Studied the practice teaching mode in establish a public lecture， the specific combination of sample testing， the network platform is open to all students . To optimize and integration of experimental teaching resources， Enrich experiment contents， Through the actual show，？improve students practical ability and learning enthusiasm.

Keywords Modern Material Characterization Technology； practice teaching； network platform

0 前言

材料是人类赖以生存的重要物质基础，随着科技的飞速发展，材料的发展日新月异。材料的成分、结构决定其性质和用途，因而研究探索材料内部结构与组成是发展新材料的前提和关键，“现代材料表征技术”课程是一门有关材料晶体学、物理学、力学等多学科的交叉学科，主要包括：近代材料学科常用的几种分析测试方法，内容包括X射线衍射技术、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电子探针、能谱波谱仪等仪器设备的原理以方法应用。“现代材料表征技术”是我校金属材料、无机非金属材料、冶金等专业本科和研究生的专业基础和必修课程，主要由课堂教学和实验教学组成，该课程的学习是提高上述专业理论认知和实践能力的重要基础。具备必要的材料分析测试能力对学生的就业、后续的科研和工作都具有重要的推动作用。目前我校“现代材料表征技术”实践教学部分由分析测试中心举办，其主要内容是以参观和观摩的形式，对扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪、电子探针等分析仪器的构造、成像原理、样品制备做一定的介绍，此课程由于自身的特点和传统实践教学方法的局限，使得这门课程的教学效果欠佳。因此，文章结合学校的实际情况，重点论述此课程实践教学部分的改革，对学生动手与创新能力的培养，提高其教学效果和完善课程体系，对实现理工科学生的全面发展等方面有着重要的意义。

1 “现代材料表征技术”课程在实践教学过程的现状分析

1.1 理论知识与实践环节的脱节

在以往“现代材料表征技术”实践教学过程中，学生只是观察别人的实验与数据处理，在后期自己的课题研究中，缺乏对实际问题的灵活应用及数据结果的正确分析，不懂得应用所学的知识理论，并且这种知识的脱节导致学生在理论学习后不能及时去消化理解。

1.2 学生动手能力较差

按照大纲的要求，学生在掌握基本原理以外，要求具备一定的实验技能。但是作为此课程的实验教学课程，占总学时的不足1/10，在这种较少的课时情况下，希望对学生进行实践能力的培养，必定会造成学生在课后自我完成大量的学习工作，并且在实验环节学生动手能力普遍较差，对于样品制备，数据结果的分析较模糊。

1.3 大型仪器在教学中存在的问题

“现代材料表征技术”课程的实践教学部分在分析测试中心开展，所涉及的仪器属于大型精密设备，例如一台X射线衍射仪价值数百万，属于教学设备，同时也属于重要的科研仪器，这些大型设备在日常工作中承担了大量的科研测试任务，因此在时间上无法满足大量的本科生进行上机实验操作，此外，大型仪器设备的价格比较昂贵，仪器在测试过程中的消耗品及仪器的维修费用相对较高。这些客观因素决定了这门课程实践教学部分不可能每人拥有一台进行操作，所相关的实践教学部分的内容只能以参观其演示过程进行，因此给学生只是一个表象，深层次来说，影响其对该课程内容原理的理解与掌握，在这种情形中，制约了学生对大型表征仪器设备的认识与技能的掌握。

2 实践教学改革方案探讨

2.1 举办讲座

实践教学课程前举办公开讲座，讲座首先由不同仪器负责人PPT而讲授，每人时间约20分钟左右，分别针对授课班级的专业方向选择讲授内容，内容包括具体样品的制备过程、测试的内容、数据结果的分析与处理，其次授课教师做总结将同一种样品在不同仪器设备中的检测结果进行综合分析，最后由学生提出问题，授课教师做出解答。针对金属亚共析钢，在SEM下检测组织组成，在TEM下检测其中珠光组织中碳化物的结构类型，在XRD下检测组织组成中各项所占比例等。

2.2 实践教学授课过程以相关专业的实际科研测试任务为主要背景

分析测试中心每周预约的实验中有不同材料、不同检测项目，在进行实践教学授课前，针对一周内委托试样中选取与所学课程班级的专业方向接近，检测项目涵盖当前仪器的所有功能，进行讲授，每个仪器在实验开始前具有抽真空预热时间，在设备抽真空的时间里讲述设备的组成系统、具体部件、基础理论知识，在试样测试过程中，进行原理的介绍、仪器参数的设置、以及参数调整后对试样的影响，最后根据检测结果进行分析，能够得到哪些信息。针对学生的疑问做出解答。以扫描电镜为例，表征合金钢中的稀土夹杂物，综合其表面形貌的二次电子像和原子序数的背散射电子像，以及电子探针能谱进行综合分析。

2.3 构建“现代材料表征技术”实验教学的网络开放平台

在内蒙古科技大学的分析测试中心网页中设计网络开放平台，上课学生以学号姓名班级进行实名注册及登陆，个人用户须填写电话邮箱等注册登录，网络教学平台的设计如下：

“现代材料表征技术”实验教学的网络平台，主要包括教师简介、教学资源、实验预约、答疑讨论、在线交流、资源投递。其中教师简介包括相关实验教师的基本情况及联系方式，方便学生在课前对相关教师情况进行了解；教学资源中上传大量与实验教学相关的视屏资料，如：实验教学教案、实验教学日历、实验教学大纲、具体样品的制备过程、具体实验设备的介绍及使用、针对不同材料的测试过程，实验数据的处理、实验教学活动等，学生根据自身情况不受时空的限制去观看学习；实验预约包括限定一定时间范围内，授课班级对实验教学的预约；答疑讨论包括学生在实验学习过程中遇到的问题，都可以与相应的设备指导教师在答疑讨论区以类似于邮件形式反应或交流，答疑讨论区和在线交流区为师生间提供一个实时沟通平台；资源共享中上传PDF文献，包括不同仪器设备在不同材料领域中的应用，并且按照由简单到难进行归类，学生可以在线学习或者下载学习，实现资源共享。网络教学平台中对资源的安排难易程度由简单到深，从不同专业背景上划分，满足学生的个性化培养和差异性培养。

“现代材料表征技术”实践教学的学时少，在较少学时下完成对学生综合能力的培养，势必要求学生在“现代材料表征技术”课后自行完成大量知识的学习和储备，教学资源零散，学生很难进行有效的学习，网络教学平台的建立解决了学生受有效的学时限制，使学习过程不受时空的限制。

3 结论

建立以公开讲座、具体试样测试、网络平台相结合的方式向学生开放的实验教学模式，优化整合实验教学资源，丰富实验内容，通过在授课前举办讲座、授课过程中以实际委托测试为背景、课下网络平台的学习与交流，改变了过去传统的学生被动接受知识的模式，从而把学生作为实践教学的主体，激发学生的学习兴趣，提高学习效率，培养学生的实践动手能力，使学生在主动思考、实践、探索的过程中培养学生创造精神与能力，同时也有利于实验教学资源的优化整合。

将“现代材料表征技术”实验课程放入到实际的委托测试工作中，发挥实验室的人力和物力等资源的最大效益，同时建立网络共享平台，顺应时代发展的趋势，网络平台对实验教学资源实现分层次、分类别管理，改变了以往实践教学课程“大纲统一、内容一致、方法一贯”的面貌，建立了“资源分类、在线交流”的实验教学体系，使学生不受有效学时、不受时空的限制，在开放的时间、开放的环境中向着拓展知识、提高能力、注重质量的方向转变，从而激发学生的学习兴趣，促进学生个性发展，为拔尖学生成才创造条件，有利于学生综合能力的培养，为将来尽快地胜任工作、服务于社会打下良好的基础。

参考文献

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