材料表征分析类课程建设新思考

林健

摘要：材料表征、分析类课程是材料科学与工程专业本科教学中的主干课程。该类课程具有信息量多、知识更新速度快等特点。采用广与专、基础理论教学和快速知识更新、理论必修课程与实验选修课程相结合的多媒体教学手段，有利于该类课程获得较为理想的教学效果。

关键词：本科教学；材料分析表征；课程建设；材料科学与工程

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）50-0216-02

随着科技与经济的不断发展，由各种材料制造的物质产品丰富着人类的生活。各种功能的新产品不断涌现，对于各种材料的需求不仅是量的增多，更是质的飞跃，新材料的研究和开发已经成为影响科技与生产发展的一个重要因素。为了满足社会对新材料的渴求，开展材料科学与工程专业课程建设，培养符合现代科技发展需求的材料科学领域专门人才，成为该领域教育工作者的一项重要任务。

一、材料表征、分析类课程的特点

在材料科学领域，材料的组成、结构和应用三个因素构成了研究、制造和使用材料中的一个铁三角关系，相辅相成。各类新材料的研究和开发，无不需要对材料结构与各种性能进行表征。因此，材料表征、分析类课程就成为材料类本科课程体系中的一门专业必修课程。如浙江大学、同济大学等许多高校的材料类专业就分别开设了材料近代测试技术、材料研究方法、材料分析方法等同类课程，清华大学等校则分别开设了光学显微分析、电子显微镜分析、X-光衍射分析等表征分析类专门课程。随着材料研究的不断深入，纳米材料、生物材料、信息材料等一大批新材料大量涌现，各种新型分析、测试手段层出不穷，反映在材料表征、分析类课程教学中，存在广、高、新等特点，具体反映在以下几个方面。

（一）所涉材料研究领域广

在材料研究与开发过程中，不断细分出大量具有不同性质和功用的各类材料。从材料组成、结构来分，可分为金属、无机非金属、有机高分子材料和复合材料等；而如果按其功用来分，又可分为建筑材料、信息材料、生物材料等。这些不同门类的材料涉及到不同的分析、表征方法，各具特点而又相互交错。即使是同一种材料，又包含材料组成分析、结构表征、微观形貌观察、相关性能测试等多种分析方法，造成材料分析检测仪器种类繁多、而测试、分析原理及使用方法又各不相同，导致该类课程涉及面广而杂，知识点众多。

（二）专业背景知识要求高

材料表征与分析类课程教学不仅包括各类分析测试仪器介绍，更包含应用这些仪器进行各种材料的研究和分析。鉴于材料科学研究门类众多、新材料层出不穷的特点，该课程所涉及的专业背景知识非常多，不仅包括材料专业基础知识，更涉及建筑材料、信息材料、生物材料、纳米材料等专门知识。因此在教学过程中需要有大量的专业背景知识进行铺垫，学生所面对的信息量非常多。

（三）材料表征技术更新速度快

随着材料研究的触角不断引向微观，材料分析与表征仪器不断增加和更新，大型分析仪器的价格昂贵，教学实验安排的困难导致课程教学中学生实际操作这些仪器的可能性较小，因此采用传统的课程教学方法无法满足该类课程教学的需求，课程建设的压力不断增强。

二、材料表征、分析类课程建设的几点想法

针对材料表征、分析类课程教学的这些特点，只有通过加快课程建设，采用多种形式的教学手段开展该类课程的教学工作，才能满足社会发展的需求。笔者通过多年开展国家精品课程“材料研究方法”的教学和教改工作，形成如下几方面的课程建设设想。

（一）广与专相结合

材料表征與分析类课程涉及的知识面之广、应用仪器之多，是其他一些专业课程所少见的，学生在学习过程中难以消化吸收如此多的专业知识，因此课程教学中必须采用广与专相结合的教学方法。

材料表征与分析过程中要涉及材料组成分析、结构表征、形貌观察、性能测定等各种不同的分析、测试方法，而金属材料、无机非金属材料、高分子材料等的表征分析方法又各有所不同，这样就出现了各种材料领域的教学要求各不相同的问题。因此在教学过程中只有采用“求同存异”、广与专相结合的方法才能有效地解决这个问题。如对于一些共用性较强的分析方法，如X射线研究分析、电子显微分析、热分析、光谱分析等，需要安排较多的课时教学，而其他一些专门性较强的仪器分析方法，则可以采用分方向教学或引入专家讲座的形式进行。针对本科学生所学的专业知识面不深的特点，在课程教学中应注意以基础教学为主、兼之以相关专业知识铺垫，使学生在掌握各类材料基本分析方法的同时又大体了解新材料研究与分析领域的一些最新发展。对于一些专业性很强的仪器分析和应用方法，可以安排在研究生教学阶段深入进行。

（二）基础理论教学和快速知识更新相结合

材料表征与分析类课程教学兼有理论教学和应用实践两方面的内容，同时又面临分析、测试仪器发展、更新速度很快的特点。课堂教学中，采用正式出版的教科书有利于系统而全面地开展理论教学，但其较长的出版周期又无法满足快速知识更新的要求。因此在课程教学过程中宜采用教科书和补充教材相结合的方法，在课内外补充一些材料表征与分析领域的最新进展文献资料，通过课内讲座和课外阅读等形式帮助学生把握材料科学及测试、分析领域的最新发展动向。

（三）多种教学形式的综合应用

在材料表征与分析类课程教学过程中，涉及到大量的分析测试仪器，有些仪器分析原理深奥而设备结构复杂，传统的书本和课堂板书较难将一些知识点讲清楚；而现代仪器分析的发展又与国际最新材料科学研究发展密切相关，为了培养具有一定国际竞争力和国际视野的学生，在专业课程教学中引入外语教学内容也是一种重要手段。为此，同济大学在“材料研究方法”国家精品课程建设中，针对该课程面广、知识点多的特点，灵活开展中英文双语教学改革，在各种仪器的基本理论、发展和应用等知识点介绍时采用中英文结合课堂讲解和英文电子教材相结合，保证学生对相关知识点的掌握和运用。同时在教学过程中引入大量的专家讲座，并结合教学图片、多媒体课件、参考文献库、教学图谱集等手段，丰富了教学内容，明显提高了该课程的教学质量和学生知识点掌握程度。

（四）课堂教学与实践训练相结合

材料表征与分析类课程教学中涉及大量的仪器分析介绍，如果采用课堂教学与实验教学相结合的手段，让学生直接操作这些仪器设备，巩固课堂教学知识，将明显有利于课程教学质量的提高。但由于该类课程所涉及的一些分析仪器多为大型仪器，许多高校都难以将这些仪器设备向本科教学完全开放。因此根据各校实际情况提供学生实践机会不失为一种可行方法。笔者在访问密苏里科技大学期间，考察了其材料专业课程的设置和教学情况，发现尽管该系大型仪器的拥有量与复套数明显高于国内高校，但仍难以满足所有本科学生的相关实验教学需要，因此他们采用了课程教学与实验选修相结合的方式，除了开设必修课程Characterization of Inorganic Solids外，还开设了Characterization of Inorganic Solids Laboratory、X-Ray Diffraction Laboratory等后续实验课程，对本科实验教学进行分流，根据学生爱好有选择地进行仪器操作方面的培养，较好解决了实验设备方面的问题，值得借鉴。同济大学在“材料研究方法”课程教学实践中结合老师的科研工作，设立若干材料测试分析方面的小课题，让学生按专业方向和研究兴趣参与其中。同时课程教学过程中联合学院测试中心，设置实验教学学时，通过具体测试分析实验的观摩、演示、操作指导等方式增进学生在仪器分析过程中的实践能力培养，对材料的各种测试分析方法有了更深层次的理解，取得了较好的教学效果。

材料表征与分析类课程是一门专业基础而又时效性很强的课程，面对知识经济、信息爆炸的今天，只有不断适应材料科学领域的最新发展、不断开展课程建设和教学内容更新，才能更好地满足教学需求，不断为国家输送材料科学领域的有用之材。

参考文献：

[1]赵建豪，容建华.《材料分析与表征》的课程教学探讨[J].教育教学论坛，2015，（10）：160-161.

[2]刘成龙，田中青，黄伟九，等.《现代材料研究方法》课程建设的新思路与新举措[J].教育教学论坛，2017，（9）：225-226.