国家工程教育专业认证背景下“材料测试分析方法”教学改革探索

张振亚

(江苏大学 材料科学与工程学院，江苏 镇江 212013)

材料科学的研究对象包含材料组织结构、使用性能、成分工艺、材料性能及其关系[1]。其中工业生产和科学研究主要涉及材料组织结构、性能及其关系。材料的组织结构决定材料的性能是材料类从业者达成的共识。精确获得材料组织结构是提升材料性能、高效完成生产目标的重要保证。材料测试分析方法是精确获得材料组织结构最直接、最权威的方法，是近现代材料科学与工程的重要研究手段之一。

1 课程特点、教学目标、教学内容

“材料测试分析方法”是面向材料科学与工程学科各专业本科生开设的专业基础课。教学目标是，让学生掌握材料分析测试方法和原理，探索材料的微观结构组织、成分、工艺对材料力学、化学、物理性能的影响，在未来的学习和工作中能自主选择测试手段和分析仪器，获得准确的实验结果并合理分析，进而获得正确结论。教学内容主要包括材料X射线分析和电子显微分析[2]，涵盖材料组织结构、组织形貌、工艺成分等方面的检测与分析，理论性强，知识点繁杂且枯燥。此外，实验操作和分析运用对学生实践性要求较高，研究内容凸显前沿性。

2 教学中存在的主要问题

国家工程教育专业认证背景下，专业基础课要立足专业认证需求，按照新的教学目标，调整教学内容、授课形式和考核方式。“材料测试分析方法”课程教学目前存在以下问题。

2.1 教学设备、实验资源欠缺，演示性实验为主

“材料测试分析方法”以实验为基础，囊括X射线衍射、透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜等大型精密仪器的工作原理、操作应用等内容。但实验室的大型仪器设备资源尚不能满足全部实验和教学需求。实验课教学中存在较多客观因素，如仪器设备造价昂贵、维护成本高、调试周期长，学生多等。为保障仪器设备的使用安全，实验教学以教师演示为主，不能满足学生独立操作的需求，不利于学生理解仪器设备的工作原理和操作方法。学生对仪器设备的原理和分析应用只停留在理论阶段的表观认识层面和初步的观察阶段，不利于操作能力和学习动力的培养。

2.2 教学内容需要革新

国家工程教育专业认证背景下，工科专业课的教学内容应强化工程教育专业认证理念。专业课教学的终极目标是学生能结合生产和科研实际准确运用所学知识并最终解决具体问题[3]。因此在课堂讲授中不仅要删减过时、冗杂的理论性内容，还应该结合学生的专业方向合理增加测试方法、分析思路方面的延展教学。

2.3 授课形式单一、枯燥，学生积极性降低

传统授课形式属于灌输式，以教师讲解和实验演示为主，辅以PPT。课程涉及的仪器设备及其原理复杂，分析方法晦涩难懂，而单一的授课形式会增加理解难度。被动接受知识导致学生学习积极性不高。

2.4 考核形式单一

传统的考核方式包括平时成绩和期末考试成绩，分别按40%和60%计入最终成绩[4]。平时成绩包括上课出勤、平时作业等常规教学任务，期末考试为卷面考核。学生没有给予课堂教学足够的重视，仅满足于按时出勤和提交作业，期末考试则以速记强背为主，以获取分数为最终目标，忽视了对课程内容的理解和运用。这种学习状况，教学质量难以保证。改革传统考核方式势在必行。

3 已采取的改革措施

3.1 教学内容适度精简和补充延展

部分教学内容陈旧过时，部分理论知识晦涩难懂且无实用价值，与工程教育专业认证理念相悖，授课时应删除。如X射线衍射定量分析原理中有大量的推导公式，过多讲授公式推导过程会占用有限的学时，还容易让学生产生畏难情绪，应适当删减。此外，基本概念应侧重知识的理解和运用，结合专业特点，更新和拓展仪器设备的使用方法、工作原理、应用范围、结论分析等方面的内容。如补充国际新型检测手段3DAP的设备构造、工作原理、操作步骤、应用范围等前沿知识。鉴于目前该设备在国内不超过3台，现行各版本教材均未涉及相关内容，而补充最新知识有助于提高学生的职业能力。

“材料测试分析方法”集实验技术和分析方法于一体，对授课教师要求更高。教师要紧密结合学生的专业基础和专业特点，立足本人的科研领域，增加科研案例以拓展知识。如讲解透射电镜时，以表征铝基复合材料晶体的科研案例贯穿样品制作，透射电镜的工作原理、操作方法、使用范围讲解；讲解扫描电镜时，以对硼化物的组织及性能分析为科研案例讲解工作原理、操作方法和使用范围。通过对科研实例的讲解和演示操作，引导学生理解所学内容并培养独立思考问题的能力。

3.2 增加实验学时，加大实验仪器设备开放力度

本课程共计40学时，精减教学内容后，空余约8学时。在协调校内资源、加大实验仪器设备开放力度的同时，将空余学时改为实验学时。实验课上，根据学生成绩、兴趣爱好、性别、智力水平、动手能力、性格等，遵循互补平衡原则进行异质分组[5]。以实验小组为单位完成实验并进行演示。每组学生至少完成1次实验仪器设备的操作，教师根据成员分工和完成质量进行考核。全部实验考核后，汇总计入过程性考核成绩，权重约为50%～60%。如条件允许，请每位学生进行操作或请完成情况较好的学生上台演示并讲解。动手操作可以促进学生理解知识点、提高学习兴趣。

3.3 授课形式灵活多样化

后疫情时代，应认真思考线上教学。本课程采用“线上+线下+实践”混合式教学模式，使用超星学习通、MOOC等平台开展互动式教学[6]。教师分解理论知识，围绕授课章节以知识点为基本单元设计教学，精心制作和组织教学素材，录制教学和实验视频上传至教学平台。课前，教师利用教学平台推送微课视频、调查问卷，督促学生进行课前预习和学情检测，通过数据分析掌握学情，及时调整教学重点和难点。课上，整合凝练课程内容，将实验步骤、工作原理等设计成立体Flash视听教学模式进行展示[7]。实验课上，学生在教师指导下分组完成对应实验，从预处理、制样、选择实验参数、操作仪器设备、处理实验数据、分析实验结果等方面进行练习，并完成实验报告。学生在实验中巩固基础理论知识，提高实践创新能力。另外，教师还可以准备科研实例让学生自主选择，并视具体选题情况分组，作为拓展环节进行实践并考核，实现学生和教师、学习和科研“共赢”。课后，针对实践教学过程中出现的问题，引导学生自行查阅文献并在小组内探讨。将学生在实践环节的表现列为课程考核的一部分，不仅可以激发学生学习的热情和积极性，还可以培养学生的专业素养和团队协作精神[8]。

2020年初爆发新冠疫情，2019级学生采取“线上+线下+实践”混合式教学模式。尽管准备较为仓促，但实际教学效果却明显好于以往的传统教学，详见图1。

图1 2014级—2019级课程、实验平均分值对比

3.4 考核形式灵活化

传统的课程考核主要以“平时成绩+期末考试成绩”为学生习得的标准。在国家工程教育专业认证背景下，课程考核方式应随教学内容、授课形式的改革而更加灵活。考核成绩包括平时成绩、过程性考核、期末考试成绩，分别按照40%，20%，40%计入最终成绩。平时成绩不仅包括上课出勤、课后作业，还包括教学平台上的章节作业、讨论和测试部分的完成要求。过程性考核是指在增加实验操作学时的同时，分组操作和讨论，根据学生的贡献，分次记录考核成绩，注重锻炼学生的实际动手能力和团队协作能力。期末考试以学生的学习成果为导向，提高主观题的分值比例，降低客观题的总分值，侧重考查学生对理论知识的掌握、运用和解决具体问题的能力。

3.5 融入课程思政元素

根据《中共中央国务院关于加强和改进新形势下高校思想政治工作的意见》(中发〔2016〕31号)等文件精神，紧紧围绕新时代教育工作“立德树人”的根本初心，探索现代化教学手段，传授专业知识和技能，充分发挥专业课程的思想教育功能。如现有的实验仪器设备，尤其是造价昂贵的电镜等大型设备和精密仪器，多数产自美国和日本，维护成本非常高。实验室购买高级仪器设备的瓶颈在于购买周期太长，订购往往需要排队等待很长时间，在某些时期甚至被告知无货。鉴于当下形势，鼓励学生学好知识，勇于创新，创新仪器设备生产技术、创新检测手段和方法，实现科技强国等。讲授测试方法时，可以引入诺贝尔物理学奖获得者安德烈分离石墨烯并成功使用测试手段表征的案例，潜移默化地培养学生孜孜以求、锲而不舍的科研精神。在教学中融入思政元素，在学生学习专业知识和技能的同时，厚植爱国情怀和科研精神，唤醒科技创新意识，激发科技强国的决心。在“润物细无声”的状态下发挥专业课程的思政作用。

4 结束语

国家工程教育专业认证背景和后疫情时代特点对工科教育教学提出了新要求。笔者结合“材料测试分析方法”课程特点、教学内容、教学目标，对照国家工程教育专业认证要求，从实验课学时增加、异质分组演示及学生动手实验、教学内容删减及补充延伸、授课形式多样化、考核形式灵活化、融入课程思政元素等方面进行教学改革，为改善教学效果、提高教学质量进行多维度探索。