《材料现代分析技术》课程教学改革与实践——以金属材料工程专业为例

梁柳青

（百色学院材料科学与工程学院，广西百色 533000）

材料成分组成、微观结构和宏观性能之间相互关系的探索是材料科学的核心问题，影响着新材料的研发与发展。材料现代分析技术是材料研究过程中对材料的成分组成、微观结构及宏观性能进行表征的重要手段。所以，很多高校的材料类、化学类专业将此课程作为专业的核心课程，同时该课程也是本校金属材料工程专业的核心必修课[1]。随着材料科学的不断发展和新材料的不断研发，教材不断更新，测试方法不断改进及昂贵的大型精密仪器设备使用频率越来越高，给材料现代分析技术的课堂教学带来一定的难度。因此传统的教学模式、教学方法已不再适应《材料现代分析技术》课程的教学要求，亟须改进。多年来本校该课程任课教师一直在寻求适合本校金属材料工程专业课程的教学方法，不断更新教学模式。近几年进行了“以教师为中心”转化为“以学生为中心”的教学模式改革，取得良好的效果，现将多年来的教学经验和改革措施做简单的介绍。

1 《材料现代分析技术》教学现状分析

1.1 课程特点

《材料现代分析技术》是本校金属材料工程专业培养方案中的专业核心必修课程，是关于材料组成、结构、微观形貌、缺陷等现代分析测试技术及其有关基础理论的一门技术性实验方法课程。主要内容包括X 射线晶体衍射分析、电子与物质相互作用、透射电子显微分析、扫描电子显微分析、电子探针分析方法以及常见热分析技术等。内容涉及现代科学技术各领域，要求学生具备一定的高等数学、物理学、电子学、材料科学基础等相关知识，涉及面比较广，是理论性和实践性比较强的课程[2]。该课程侧重分析测试方法的基本原理及在材料科学中的应用；通过学习使学生具备对材料组成、微观结构及宏观性能进行表征的能力； 培养学生的图像观察、数据结果整理及对金属材料开发与应用领域的复杂工程问题进行分析解决的能力。为今后从事相关领域工作的复杂工程问题分析、工艺改进、产品研发、质量检测、零部件失效分析等积累扎实的理论知识与能力基础。

1.2 教学方式有待改进

《材料现代分析技术》 课程内容涉及知识面广、原理抽象、理论性强，课程内容比较难懂，随着科学技术的不断进步、设备和技术的不断更新换代，现行的教材已跟不上更新的速度。那么如何结合高校现有的设备，将检测技术新发展、检测技术新理论和新技术传授给学生，让学生毕业后能与时俱进、无缝衔接的解决工作上的问题，是教学改革中应该重点思考的问题。

其次，近些年地方院校生源质量参差不齐，对教学是一种挑战，对于这类院校的生源来说这门课的学习具有一定难度，传统以教师为中心的模式缺乏学生的参与互动，不能吸引学生的注意力。教师上课累且没能激发学生学习兴趣。特别是在人手一部手机的时代，如果学生没有参与教学，注意力不集中，课堂上很难避免学生刷屏玩手机；同时传统的考试模式可以说是“一考定论”，很多学生通过突击式的学习就可以达到考试基本要求，这样会导致学生学习热情不足。这种突击式的学习在后续的教学实践环节带来诸多问题，学生也因没有掌握必要的专业理论基础，在实践过程中表现欠佳，能力不足。特别是在工作以后，知识基础薄弱会影响学生今后的发展[3]。

最后，是本课程特有的大型精密仪器教学问题。在教学中大型设备不可能搬到课堂进行很直观的教学，又因高校科研测试任务较重，时间上无法安排数量较多的本科生上机实践，实践操作基本做不到人手一台。因这些客观因素，大型精密仪器对本科生的开放程度受到很大限制，开设的教学实验较少，以演示为主，不利于学生对大型分析仪器表征的感性认识以及实操技能的掌握，影响学生辨识、分析、解决金属材料领域复杂工程能力的培养[4]。

2 《材料现代分析技术》教学改革措施

为了提高金属材料工程专业的《材料现代分析技术》课程教学质量、教学水平，培养具备分析解决金属材料工程领域复杂工程问题的应用型人才。结合实际教学过程中的问题，提出了以下方面的改革措施：

2.1 教学内容更新及整合

随着科学技术的不断进步，设备和技术不断更新换代，通过教学内容不断更新，删除陈旧的知识点，加入前沿新技术、新理论，突出重点，让学生做到与时俱进、与社会的无缝衔接。例如以前X 射线物相定性分析主要是手动分析，多数教材内容会大篇幅讲解如何通过前三强线、八强线来逐步确定物相。但随计算机技术的发展，借助软件实现了自动化。例如JADE 软件的使用，只要几个简单的操作就可以实现自动寻找匹配工作，所以此部分手动分析内容可以不讲，更新为JADE软件物相分析的操作讲解。

2.2 多媒体与网络技术辅助教学

《材料现代分析技术》课程要求掌握各测试分析仪的结构、基本原理等，所以教材里安排大量的篇幅进行介绍。特别是大型精密仪器（例如X 射线衍射仪、透射电镜、扫描电镜等），课堂传递的信息量较大，教学进度普遍偏快，如果再采用传统单纯板书式的教学模式，不但进度慢，还不能很直观地展示仪器的构造和原理图，学生不但难于理解相应的理论知识，还缺乏感性认识，增加了学习难度[5]。并且在传统的教学模式中多数是“以教师为中心”的课堂，学生较少参与互动，上课缺乏趣味性，学习效果不佳。多媒体技术因采用文字、数据、图形、影像、音频和视频等不同的媒体技术，使复杂的方法原理、分析流程等直观化，课堂生动形象，引起学生的兴趣，教师再加以讲解，更利于学生理解和掌握该部分的知识。例如在大型精密仪器（X 射线衍射仪、扫描电镜等）讲解时，可以以图片和视频等方式展示仪器设备，学生较为直观地认识该设备情况；在电子显微镜的原理讲解时，电子束在磁场中的偏转内容采用视频教学，直观、生动、形象，能抓住学生的眼球，课堂气氛活泼。借助视频学生能更深刻理解电子束在磁场中的偏转现象，为后面讲解电子束可以聚焦成像做好铺垫。但多媒体教学存在翻页快、信息量过大等缺点，不利于学生的理解和做笔记，反过来也会影响教学效果。针对这一问题，首先可以引导学生进入中国大学MOOC 平台的《材料现代分析技术》课程进行线上学习，对授课过程中不明白的知识点通过视频反复地观看学习，其次教师可以借助各网络学习平台建立课程网页。例如华中师范大学推出的微助教轻应用工具，将可电子教案、多媒体课件、课程学习材料、课程题库、讨论等内容在课程网页中充实完善，学生除了可以随时观看、下载课件和课程学习材料外，加入课堂的学生可以参加讨论和答题，同时还可以对答题情况作图分析。通过上述学习，教师基本了解每一位学生对知识点的掌握情况，从而及时对教学难度、进度做适当调整，对学习成绩较差的学生可以进行针对性的辅导。同时结合实际应用在教学过程中布置课外大作业（复杂工程问题），学生借助网络做文献调研，并组织学生通过多媒体展示对复杂问题的分析以及提出的解决方案，有助于培养学生利用现代信息工具解决复杂工程问题的能力。所以在网络教学辅助下，可加强学生参与教学环节，做到“以学生为中心”，有助于提升多媒体教学效果。

2.3 与实际相结合采用案例教学

《材料现代分析技术》课程内容不仅是金属材料工程专业学生综合实训、专业实训、毕业学位论文中不可缺少的知识点支撑，也是今后工作中不可或缺的知识，实用性很强。因此，在解决与应用相关的问题时，能够根据金属材料相关的问题和研究目的，选择恰当的仪器进行测试，分析解决金属材料开发与应用领域的复杂工程问题，是该课程教学的目的。对于此类专业课程的教学，以教师讲授为主的传统教学方法不利于学生知识运用能力的培养，应该从教学方面进行改革，转型为“以学生为中心”。

案例教学法不同于传统教学方法，是以“学生为中心”的教学方法，在教师的精心策划和指导下，选用典型案例讨论、分析，引导学生独立思考或者集体协作，再借助文献调研等相关方法，提高学生获取知识的能力，培养学生解决问题的正确思维方法。对案例教学方法内容的选择要具有针对性，要紧密结合课程知识要点，特别是要注意综合性和实用性案例的选择，既要符合课程内容体系的内在逻辑关系，还可以作为范例，以便学生今后工作遇到问题时可以借鉴。例如讲授扫描电子显微二次电子信号做形貌分析时，可以生产实践中机械零部件断裂为案例，教师可结合实际情况给学生提供具体零部件断裂时的断口形貌图片。一步步引导学生首先学会选择正确的测试分析方法，然后分析断裂的原因以及裂纹演化和发展的过程，最后对零部件材质、成型工艺和服役条件进行说明，让学生正确判断、分析断裂产生的机制，并据此提出合理有效的改进措施。案例教学典型、形象生动，贴合实际应用，学生犹如亲历实践过程，可深入理解材料现代分析技术的有关知识点，同时也了解了不同测试技术的应用背景[6]。

2.4 以科研促进教学

科研是教学的基础，有了科研的支撑，教学才有灵魂。通过科研可以不断地更新自己的知识结构，把握本学科的发展方向与最新研究成果，同时不断完善和更新教学内容，使学生掌握最新的材料分析技术方法和理论。具有一定科研能力的教师，所讲授的课程内容更加生动和贴合实际应用，易达到提高学生学习兴趣、提升学习效果的目的。有丰富科研经验的教师更善于激发学生的潜能和调动学生积极性，使学生具备挖掘资料、组织、分析案例的能力，了解材料现代分析技术在实际中的应用。高校教师通过科研能对所教课程有系统、深度和广度的认识和理解，进而能做到授课收放自如，把控课堂。另外，在教学过程中，鼓励学生利用闲暇时间参与教师的科研工作，提前进入实验环节的学习[6]。例如本校部分本科生从大二开始进入实验室，跟随教师一起开展课题研究。一方面可以提高科研能力，另一方面为毕业论文写作奠定了良好基础，同时具备大型设备的操作能力，为日后工作打下基础。

2.5 过程考核方式改进

如前所述，对教学内容、方法等进行了探索，原有的“一考定论”已不再是最合适的考核方式，得适时对考核形式进行调整，以加强对学生应用能力和综合素质的培养。实践表明，采用灵活多样的考核方式有较好的效果。比如把期末成绩降到60%，还有40%用于学习过程的考核，考核的内容可以包括课堂讨论、课外大作业（解决复杂工程问题）、在线学习作业等。同时期末考试题型也做调整，取消选择、填空题，增加类似于课外大作业题目的综合论述题，重点考查综合利用课程所学的知识，解决身边科学问题的能力，更偏向于实际应用。通过考核方式的调整，改变学生突击式的学习状况，同时解决学生学习热情不足的问题。

3 结语

通过对《材料现代分析技术》课程教学现状分析，结合教学的实际情况，采用“以学生为中心”的教学模式，整合教学内容，引入多媒体和网络教学作为教学工具，探索案例教学、加设解决复杂工程问题的课外大作业、课堂讨论等多样化过程考核方式，有效激发学生的学习兴趣，提高教学效果，提升学生的综合素质、培养具备分析解决金属材料工程领域复杂工程问题能力的应用型人才。