“材料研究方法与测试技术”课程教学改革——基于国际工程教育认证理念的大类招生背景

高 钱，于 漫，周晓丽

（吉林大学 材料科学与工程学院，吉林 长春 130022）

推行本科大类招生培养是国内高等学校教育改革的趋势，是深化本科教育教学改革、创新人才培养模式、培养高素质创新人才的重要途径。“材料研究方法与测试技术”是材料专业学生必须掌握的学科基础课程。传统课程培养通常局限于知识与技术的传授，因此将理论知识与实践能力培养相融合，构建人才全面培养的课程新模式，能够有效提升课程质量。此外，实施大类招生及培养新模式后，如何通过课程教学改革，促使“材料研究方法与测试技术”课程能够实现材料类分流后各专业学生的培养目标，并通过课程目标的达成对各专业学生毕业要求的达成情况起到有力的强支撑，是本门课程亟待解决的问题［1］。特别是在国际工程教育认证理念的指引下，“以学生为中心、以产出为导向”，挖掘课程潜能，加强课程内涵建设，利用好大类招生的人才培养优势，是本门课程教学质量提升的重要方向［2-3］。

一、课程目标的设置

“材料研究方法与测试技术”课程重点讲授有关材料物相分析和结构分析的基本测试分析方法的基本原理、解析理论及实践方法。此外，由于现代测试方法发展迅速，因此本课程力求在讲授以上几种常规测试方法的同时，对该领域的一些新型测试方法做适当介绍。本课程目的在于，使学生通过学习掌握材料科学中物相和结构的基本分析手段，明晰各类测试技术的分析特点，初步形成材料测试分析知识体系与框架，能够运用相关仪器解决实际工作学习中有关材料的问题，并通过实践环节提高学生实际动手能力，以及分析、解决问题的综合能力。具体课程目标设置如下。

课程目标1：熟练掌握材料领域主要现代分析测试方法的基础知识、测试原理和操作方法；掌握各测试分析方法对应的分析测试软件的使用方法，以及相应数据的处理软件。理解每种材料测试方法的分析特点和适用范围，了解并掌握各类现代测试分析仪器在材料学中的应用，能够根据实际工程背景，选择适合的材料测试分析方法。

该课程目标主要支撑了工程教育认证中对“使用现代工具”的毕业要求，即“能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性”。

课程目标2：掌握现代材料测试分析手段在材料工程中的应用方法。通过学习，学生能够具备针对不同工况需求下的材料选择适合的一种或多种现代测试仪器进行分析，并通过数据库比对、文献资料查阅等方法进行较为深入分析的能力；能够基于材料领域工程专业的理论知识，掌握材料的物相和结构组成与其性质之间的关系，理解其中的构效关系，对材料性能进行预测。

该课程目标同样支撑了工程教育认证中对“使用现代工具”的毕业要求，但在能力要求上较课程目标1有所进阶。

课程目标3：学生能够运用多种测试分析方法解决复杂的材料领域工程问题。通过学习，学生能够根据材料特性和实际工况需求，提出合理的材料测试分析研究方案，展开实验，通过数据采集、处理，并结合数据库、文献、网络资源等进行归纳、分析和解释；学会运用材料分析测试结果发掘材料制备环节的技术问题并提出优化方向，学会运用测试结果对材料的应用性能进行预测、分析。

该课程目标主要支撑了工程教育认证中对“研究”的毕业要求，即“能够给予科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据并通过信息综合得到合理有效的结论”。

课程目标4：掌握专业材料测试分析报告的撰写方法，能够就材料测试分析相关问题与同行或其他领域人士进行沟通，为其提供专业报告，并从材料分析角度提出专业意见。

该课程目标主要支撑了工程教育认证中对“个人与团队”的毕业要求，即“能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员及负责人的角色”。

二、课程教学内容设计

在课程目标的指引下，具体期望学生通过课程学习能够掌握材料领域现代技术、设备、仪器仪表的分析原理和操作方法；能够针对不同的材料类型、不同的应用领域和实际工况需求，选择适合的现代测试分析工具，并获得分析数据；能够对现代材料分析工具的测试数据进行科学描述、分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论；能够利用互联网、数据库等信息技术工具进行检索、信息收集、信息比对、整理归纳。

通过课程学习培养学生能够基于材料专业理论知识，掌握材料的物相和结构组成与其性质之间的关系，理解其中的构效关系，对材料性能进行预测，理解每种材料测试方法的分析特点和适用范围，理解材料研究方法的多样性，以及每种方法的差异性，具有根据实际工程背景，选择适合的材料测试分析方法的能力，从而有助于树立正确的科学发展观；通过教学使学生掌握牢固的专业知识，培养基本学术思想、思维方法，培养学生思考、分析、解决问题的能力和素质，并增强探索、质疑、创新意识；通过教学使学生将材料领域专业理论知识、材料测试原理、设备操作、实验室安全防护等要素有机结合，培养学生的综合科学素养，具有从材料测试研究角度分析、解决材料领域复杂工程问题的能力，并具备终身学习的能力；通过实验教学环节，对于一部分实验，可安排学生以组为单位完成教学活动，在此过程中锻炼学生在多学科背景的团队中独立工作或开展合作，以及组织、协调和指挥团队展开工作的能力。

因此，基于“理论与实践相融合”的综合能力培养模式，设计了以下具体教学内容。

（一）理论课程教学环节

“材料研究方法与测试技术”课程的理论课为30学时，占总学时的62.5%，教学内容共分为6章，具体教学安排、教学内容、支撑的课程目标和学时分配如表1所示。

表1 “材料研究方法与测试技术”教学安排与教学内容

本门课程在大类招生的背景下，在国际工程教育认证理念的指引下，调整了课程目标与教学内容以适应新工科建设。一方面，并没有因为课程面向的学生专业背景宽泛而减弱课程的理论深度，降低课程教学要求，以保证课程目标的达成情况。相反，本门课程改革后加强课程理论深度，鼓励学生开展课前预习，通过自主学习预先掌握基础知识点，将节省下来的授课时间用于深入的理论剖析部分，通过举例、研讨等方式帮助学生深入理解各类材料研究方法的内涵。分别从研究方法的检测能级与材料物质内部对应能级的角度，解析各类测试方法的意义和预期研究目标。通过采用“基础知识点—理论剖析—规律总结—应用实例—知识拓展”的五步走理论教学模式，培养学生良好扎实的科学素养。另一方面，在强化理论深度的基础上，增加各材料研究方法在各专业领域内的具体应用方法与实例，将理论知识置于不同的具体情景中，帮助学生更好地理解、消化、吸收。并在线上组织学生按照专业方向开展自主学习，通过贴近学生专业的应用实例夯实理论知识。

（二）实践课程教学环节

“材料研究方法与测试技术”课程的实验课为16学时，占总学时的33.3%。但由于实施大类招生后，本门课程需要同时为材料类金属专业、高分子专业、无机非金属专业和材料加工专业近300名学生开设实验课程，需要克服巨大的困难。

首先，从实验课程内容设置上既要满足专业多元化的特点，同时还要符合本门课程统一的课程目标和教学要求。因此，我们在具体实验内容安排上采取了“必修+限选修”的兼容模式。对于共通性的材料研究方法，本门课程开设了相同的实验课题目，但在具体检测样品方面则根据学生的不同专业背景进行调整；对于非共通性或侧重性比较强的材料研究方法，本门课程则将实验课程进行分类，例如“光谱分析类”和“热分析类”，让学生在类别内部根据专业特点进行限选。

其次，加强实验课程硬件环境的建设。由于“材料研究方法与测试技术”课程的主要教学内容涉及的均是重要的大型材料分析测试仪器，因此不可能单独为一门课程建立一个单独的测试教学中心，这就需要课程组充分调动可利用的全部实验资源。在学院的大力支持下，本门课程在授课期间征用了全院各系、所、实验室的相关材料测试设备，并聘请了各专业经验丰富的教师为本专业学生进行实验课教学。以期在实验教学过程中，通过具体的实践将理论课所学知识应用到实处，并在与专业任课教师交流过程中，充分了解各材料研究理论在其专业中的具体应用与延伸，令知识在实践过程中得以升华。

通过上述“理论+实践”的教学模式，在为学生精心设计的贴合专业特点的教学情境中，依据学生的实际经验和认知，激发学生的自主学习欲望，激起学生的积极思考，鼓励师生、生生思维碰撞，实现本课程教学的高阶目标。

（三）拓展教学环节

“材料研究方法与测试技术”课程拓展内容为2学时，主要以线上自主学习的模式进行，占总学时的4.2%。由于课程面向不同专业的材料类本科生，部分仍待深入探讨和拓展的高阶教学内容就呈现出了非共通性的特点。因而，针对这部分内容，本门课程尝试将部分拓展内容转为线上教学，按照学生的专业特点，设计更易产生共鸣的教学情境，选择更为贴合学生学习既往经验和认知的研讨题目和拓展方向，并充分激发学生的学习自驱力，为未来本门课程所授内容能够更有力地帮助学生在实践中有效解决复杂工程问题做好衔接和过渡，为高素质复合型人才的培养目标达成做出贡献。

三、改进措施

本门课程经教学改革后，通过调研问卷与学生能力测评发现仍存在需要持续改进的方面。第一，本门课程应增大研讨型、拓展性课程内容的比例，但因受限于授课对象体量大，故要求进一步加强课程教师团队建设，吸引更多各专业优秀专业教师加入课程团队，将更多的教学力量投入研讨课教学。第二，进一步改进考核模式，逐步增加形成性评价的占比，降低期末试卷成绩占比，选择更为有效的方式对学生能力进行合理考查。第三，对实验课教学内容进行深化改革，引入创新性、开放性实验内容，激发学生的探索精神，引导学生提升学习自驱力，从而更好地通过本门课程实现实践能力的培养。第四，坚持开展对课程的教学情况进行问卷调查，并分别在不同的时间点对调研对象进行问卷调查。在课程结束后，对学生开展问卷调查，了解课程教学情况与学生学习需求之间的平衡关系。在学生完成本科毕业论文后，对其指导教师开展问卷调查，了解课程教学对于学生长期能力培养的效果。

“材料研究方法与测试技术”课程分别从课程目标、课程内容和课程考核等方面进行了阶段性教学改革，较好地满足了大类招生背景下各专业学生的相关能力培养，并顺利完成了各专业在国际工程教育认证中所要求本门课程完成的学生能力培养。