無機非金屬材料測試方法課程教學(xué)改革探索

左從玉 鄭林義

安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 安徽淮南 232001

無機非金屬材料測試方法（以下簡稱“測試方法”）是無機非金屬材料工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，課程中主要介紹了有關(guān)材料科學(xué)分析測試儀器的原理與使用、無機材料的表征以及測試數(shù)據(jù)的處理與分析等內(nèi)容[1]。本課程的目的是通過教學(xué)使學(xué)生了解無機非金屬材料領(lǐng)域常用的測試方法，了解相關(guān)儀器的結(jié)構(gòu)和功能，掌握儀器的基本操作以及如何選用合理的測試方法檢測、表征材料的組成和結(jié)構(gòu)，再對所獲得的信息進行正確的處理和解釋等。

這門課程的學(xué)習(xí)對該專業(yè)的本科生構(gòu)建相應(yīng)的知識結(jié)構(gòu)體系起了重要的作用，也為他們以后開展生產(chǎn)實踐、畢業(yè)論文和材料專業(yè)的研究等奠定必要的基礎(chǔ)，但是課程內(nèi)容涵蓋面大，涉及的知識十分零散，課程整體缺乏系統(tǒng)性，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)起來比較困難。因此，如何組織教學(xué)內(nèi)容，理清知識的內(nèi)在聯(lián)系，把握好講授內(nèi)容的深度和廣度，選用恰當?shù)姆椒ㄟM行教學(xué)，將決定本課程教學(xué)效果的好壞。鑒于此，為進一步提高該門課的教學(xué)質(zhì)量，有必要對課程教學(xué)進行改革，包括教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和教學(xué)實踐等方面的探索和改進，以期獲得更好的教學(xué)效果。

1 教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求的改進

材料的分析測試方法已經(jīng)發(fā)展有五六十種之多，它們的原理不盡相同，其實多數(shù)各自獨立，在當前出版的教材中也多是一個章節(jié)介紹一種方法，這種相互間缺乏邏輯性聯(lián)系的知識給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來一定的障礙。為此，首先，根據(jù)學(xué)校的具體情況和非金屬專業(yè)的要求，選擇合適并且必要的測試方法作為教學(xué)內(nèi)容；其次，將這些零散且寬泛的知識進行系統(tǒng)總結(jié)和分類，將這些看似相互獨立的測試手段通過一定的方式聯(lián)系起來；最后，在教學(xué)中還要輕重分明，詳略得當，將重點突出，以便于學(xué)生的理解和掌握。

在實際教學(xué)中，將這些材料分析方法按其功能進行分類，主要有物相分析、成分分析、形貌分析及組織結(jié)構(gòu)分析四部分。這種分類讓學(xué)生一開始就對每一種測試方法的用途有所了解，增強了教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的針對性。下一步是對每一類分析方法在教學(xué)過程中再安排三級教學(xué)目標，第一級為對基本原理和設(shè)備結(jié)構(gòu)的了解，第二級為對使用技術(shù)的掌握，第三級為對所得結(jié)果的分析和運用[2]。教學(xué)中通過對儀器工作原理和結(jié)構(gòu)的介紹，讓其了解儀器是如何工作的，實驗數(shù)據(jù)是如何得來的；通過對樣品制備和儀器操作的介紹，讓學(xué)生掌握材料表征的基本技術(shù)；通過研究實例的分析，讓學(xué)生掌握分析方法的原理，學(xué)會基本的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，進而得出實驗結(jié)論。

分析測試使用到多種儀器，它們的工作原理往往不同，涉及量子力學(xué)、晶體學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)等多種知識。對于材料科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生而言，學(xué)習(xí)這門課程的主要目的是學(xué)會利用儀器測出數(shù)據(jù)和結(jié)果，再對其進行一定的分析。因此，在具體的教學(xué)內(nèi)容上，對每種儀器的原理和結(jié)構(gòu)只作一般性了解，其目的是讓學(xué)生不僅知其然，還要知其所以然，即測出的數(shù)據(jù)和結(jié)果是如何得到的；而教學(xué)的重點則放在各種儀器的使用、樣品的制備以及如何處理和分析實驗數(shù)據(jù)上，讓教學(xué)目標由一般的“以儀器為中心”真正轉(zhuǎn)到“以材料為中心”上。

2 案例教學(xué)法的實施

所謂案例教學(xué)，就是在教師的指導(dǎo)下，根據(jù)教學(xué)目的和教學(xué)要求，組織學(xué)生通過對案例的調(diào)查、閱讀、思考、分析、討論和交流等活動，教給學(xué)生分析問題和解決問題的方法或道理，進而提高他們分析問題和解決問題的能力，加深對基本概念和原理的理解的一種特定的教學(xué)方法[3]。

“測試方法”這門課程雖然涉及的知識和理論很多，但實踐性很強，所以采用案例教學(xué)方式可能會取得更好的教學(xué)效果，為此做了一定的探索和嘗試。比如在講授X射線熒光分析的應(yīng)用時，有意選取貼近生活的案例：如何確定購買的金戒指是24K。這個案例突出X射線熒光分析的元素定性定量分析和無損檢測特點，同時也激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。在學(xué)生學(xué)完全部測試方法之后，結(jié)合本院教師的科研課題，拿出一個綜合案例來進行教學(xué)。例如，取出一種新制備的納米粉體，向?qū)W生發(fā)問：如何確定它的成分和物相？怎么確定該粉體顆粒的粒度、形貌和結(jié)構(gòu)？讓學(xué)生開動腦筋，靈活應(yīng)用所學(xué)的分析測試手段，通過分組討論，設(shè)計實驗方案，仔細進行測試，進行合理分析，最后得出實驗結(jié)論。又如，拿出一種陶瓷塊體材料，要求分析影響其力學(xué)性能的因素。這個案例要結(jié)合“無機材料的物理性能”等其他學(xué)科的知識，首先要知道通常影響材料力學(xué)性能的因素有哪些，比如物相、成分以及組織斷口形貌等；其次是設(shè)計方案利用相應(yīng)的儀器對這些因素進行檢測，再進行系統(tǒng)分析，以得出正確的結(jié)論。

實踐證明，通過案例教學(xué)，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性：通過對所學(xué)知識的運用，深化了對理論的理解；通過對實際問題的解決，培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新能力；通過學(xué)生間、師生間的相互交流和討論，還培養(yǎng)了他們與人溝通的能力以及團隊合作的精神。在案例教學(xué)中，學(xué)生還了解了材料研究的一般性思維與方法，鍛煉了綜合運用無機材料的基本知識和分析方法進行科學(xué)研究的能力。

當然在實施這種教學(xué)方法時，需要注意師生角色的變化。學(xué)生是教學(xué)活動的主體，由他們獨立查閱資料和思考問題，也由他們集體討論，相互交流，最后拿出最優(yōu)方案；教師只是在各個環(huán)節(jié)中起著啟發(fā)指導(dǎo)的作用。另外要注意案例教學(xué)與舉例教學(xué)的區(qū)別，案例教學(xué)是一個學(xué)生運用知識、培養(yǎng)能力的過程，而舉例只是輔助教師說明問題的一種手段。

3 多媒體教學(xué)手段的運用

多媒體教學(xué)是利用多種媒體設(shè)備和軟件對文本、聲音、圖形、圖像、動畫等信息進行綜合處理，教師在授課時配合屏幕上文字、圖片的顯示，動畫、視頻以及聲音的播放，利用形、聲、色、動、實等手法，將教學(xué)內(nèi)容用豐富多彩的形式表現(xiàn)出來的一種教學(xué)手段。

“測試方法”是一門具有多學(xué)科交叉性的學(xué)科，其教學(xué)內(nèi)容龐雜、信息量大，既有抽象的微觀理論需要介紹，又有復(fù)雜具體的分析儀器需要呈現(xiàn)。為適應(yīng)在有限的課時內(nèi)達到更好的教學(xué)效果，有必要采用多媒體這種表現(xiàn)力強的現(xiàn)代教育技術(shù)裝備來進行教學(xué)。

多媒體教學(xué)的好處是易于調(diào)動人的多種感官來接受信息，該設(shè)備能在很短的時間內(nèi)將大量的內(nèi)容以圖文并茂、有聲有色的形式展現(xiàn)出來，大大增加了課堂教學(xué)的信息量，也容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。對于復(fù)雜儀器的介紹，多媒體具有獨特的優(yōu)勢，可以把無法拆卸的大型精密儀器通過PPT電子幻燈片或Flash動畫的形式，直觀形象地顯示出內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及它的工作原理；對于儀器操作流程的教學(xué)，則可以播放事先制作的視頻資料，放在公共網(wǎng)絡(luò)平臺上，學(xué)生可以隨時下載觀看。顯然，這比課堂上教師的文字描述甚至到實地觀看的效果也要好。

此外，多媒體還可以使微觀模型宏觀化、抽象概念具體化。例如，在講解電子束與物質(zhì)的相互作用時，對于二次電子、背散射電子、透射電子、特征X射線和俄歇電子等各種信號產(chǎn)生的原理，如果僅僅口述，學(xué)生很難理解；但通過Flash形式，將每種信號的產(chǎn)生過程演示出來，整個過程將變得直觀明了[2]。教學(xué)中，在講授透射電鏡、掃描電鏡時，還涉及很多材料的電鏡照片；學(xué)習(xí)X射線衍射、熱分析以及紅外光譜、拉曼光譜時，要用到一些材料的圖譜，有了多媒體，則可以直接把它們顯示在屏幕上，教師就可以很方便地引領(lǐng)學(xué)生去觀看和分析。

當然，多媒體教學(xué)并不萬能。例如，在講解X射線衍射的基本原理時，涉及一些公式的推導(dǎo)，這時最好的教學(xué)方法還是傳統(tǒng)的板書，因為在板書的間隙學(xué)生剛好可以思考；若將公式直接閃現(xiàn)，學(xué)生難以跟上節(jié)奏。因此，在使用多媒體時還要間或運用傳統(tǒng)式教學(xué)，將兩者有機地結(jié)合起來，才能取得最佳的教學(xué)效果。另外，在使用多媒體教學(xué)時，容易造成教師站在操作臺前操作鼠標而不動，變成“播放員”，也容易造成照屏宣讀，變成“播音員”，從而忽視與學(xué)生的互動和交流，同時也限制了教師形體語言的運用；學(xué)生方面，更易被屏幕吸引，這是好事，但容易忽視教師的形體和表情，結(jié)果是師生間在課堂上缺乏情感上的交流，這些都勢必對教學(xué)效果造成一定的影響。因此，在使用多媒體教學(xué)時，為避免這種情況的出現(xiàn)，教師首先要熟悉教學(xué)內(nèi)容，其次是要使用翻頁激光筆，讓教師擺脫鼠標，從操作臺前站出來，必要時還要走到學(xué)生中去。

4 理論與實驗教學(xué)的聯(lián)系

“測試方法”是一門理論與實際聯(lián)系緊密的課程。實踐證明，課程內(nèi)容僅僅通過口頭講解，很難達到好的教學(xué)效果。如果在介紹每一種儀器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，再去觀察真正的儀器，并且上機操作，學(xué)生的積極性將會變得更加高漲，印象也會更為深刻。為此，根據(jù)學(xué)院和學(xué)校的現(xiàn)有條件設(shè)立X射線衍射、掃描電鏡、粒度分析、熱分析及紅外光譜等實驗教學(xué)內(nèi)容，讓理論去指導(dǎo)實踐，由實踐來強化對理論的理解。

實驗教學(xué)可以先安排針對某個測試方法的驗證性實驗，其目的是讓學(xué)生了解每種儀器的構(gòu)造和原理，掌握儀器的操作，學(xué)會對實驗結(jié)果的分析；然后在此基礎(chǔ)上再設(shè)置一些綜合性、設(shè)計性實驗。后者在具體操作時可以結(jié)合一些教師的科研課題，樣品由教師提供，而如何去表征是在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生分組討論，自行擬定實驗方案，分別對所測樣品的物相、成分、形貌及結(jié)構(gòu)進行測試，并對結(jié)果進行分析[4]。通過這種綜合性實驗的鍛煉，讓學(xué)生了解到各種測試手段既相互獨立又有機聯(lián)系，它們往往具有互驗性，前一個實驗的結(jié)果可能就是下一個實驗的佐證；通過設(shè)計性實驗的練習(xí)，讓他們體會到實驗不只是驗證，更多的是探索、創(chuàng)造和發(fā)現(xiàn)，而各種測試的最終目的是去了解材料的內(nèi)部成分和微觀構(gòu)造以及它們與宏觀性能的聯(lián)系，找出其中的規(guī)律，從而為進一步設(shè)計合成具有更優(yōu)性能的材料奠定基礎(chǔ)。同時，這些實驗過程的完成也是理論知識加深理解和靈活運用的過程，而這正是“測試方法”課程的教學(xué)目的。

5 結(jié)語

在“測試方法”課程的教學(xué)中，首先要根據(jù)現(xiàn)有的條件和專業(yè)的要求精心選擇教學(xué)內(nèi)容，然后對其合理編排，讓龐雜的知識變得更有邏輯性和系統(tǒng)性。針對理論性較深同時實踐性又較強的課程特點，采用案例教學(xué)法結(jié)合實驗教學(xué)，尤其是設(shè)計性實驗教學(xué)的進行，輔之以多媒體教學(xué)手段的運用，讓難以理解的內(nèi)容變得易被接受，讓枯燥抽象的理論變得形象生動，讓學(xué)生由被動接受知識轉(zhuǎn)化為自覺主動地學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)知識的同時，更注重理論在實踐中的靈活應(yīng)用；在技能得到培訓(xùn)的同時，更注重研究性思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，以期真正實現(xiàn)大學(xué)生知識、能力、素質(zhì)三者的協(xié)調(diào)發(fā)展。

[1]楊南如.無機非金屬材料測試方法[M].武漢:武漢工業(yè)大學(xué)出版社,1993.

[2]楊英歌,陳飛,曾冬梅,等.“現(xiàn)代材料分析方法”教學(xué)改革探討[J].新課程研究,2011(8):75-76.

[3]張家軍,靳玉樂.論案例教學(xué)的本質(zhì)與特點[J].中國教育學(xué)刊,2004(1):48.

[4]田俐,劉勝利,申少華,等.教學(xué)與科研互動培養(yǎng)創(chuàng)新型應(yīng)用人才[J].當代教育理論與實踐,2011(7):70-72.