材料結構分析精品課程的創新性教學探索研究

【摘要】中南大學材料科學與工程學院開設的“材料結構分析”一課是國家級精品課程，其作為中南大學材料學科及其相關專業的基礎必修課程，具有教學目標明確、師資隊伍強大、教學內容充實、教學手段豐富、教材針對性強等特點。此外，課程也十分注重對學生創新思維和實踐能力的培養，教學團隊在多年的教學和實踐中，不斷進行教學改革的探索和研究，并從中獲得了寶貴的經驗。

【關鍵詞】材料結構分析 精品課程 教學改革

【中圖分類號】R2 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）01-0024-02

材料結構分析技術是研究晶體結構及其變化規律的重要手段，是材料科學工作者必須掌握的基本知識。隨著科學技術的不斷發展，眾多新型材料不斷涌現，材料微觀組織與結構分析在材料科學研究中所扮演的角色也越來越重要。因此，高校理工科專業開設有關材料結構分析相關課程，其必要性與重要程度不言而喻。

中南大學材料學院開設的“材料結構分析”一課是全院乃至全校示范性課程，其擁有一流的教師隊伍，課程教學內容充實、教學方法先進，教學管理制度完善，教學團隊還根據課程內容出版了一系列高水平教材和實驗指導書籍。課程的主要內容是有關材料結構表征，以及相關分析儀器和測試技術的介紹，一直是金屬材料工程、材料加工工程、粉末冶金工程、材料科學與工程等本科專業必修的專業基礎課，并于2008年被評為湖南省精品課程、國家精品課程。在多年的教學實踐中，各位任課教師和學者積累了豐富的經驗，形成了一支科研業務強、教學水平高的一流團隊，為學生創造出了一套完整、科學的理論和實踐能力培養體系，在教學改革方面也取得了顯著的效果。

一、以創新教育為核心，建立人才創新體系，培養高水平人才

本課程按照國家精品課程的標準和要求進行建設，在教師隊伍、教學內容、教學模式、教學方法、教材建設和教學管理等方面爭創一流，旨在培養學生的創新思維和創新能力。

學生通過本課程的學習，了解材料科學研究工作者通常關注的主要顯微結構分析內容；掌握各種常見分析儀器的功能和基本原理，掌握材料結構分析的基本實驗技術、樣品制備方法；能與專門從事X射線、電子顯微分析等材料結構分析工作的實驗人員共同設計試驗方案，正確分析檢測結果，熟練選用材料結構分析手段開展相關科學研究。

通過扎實的基礎理論學習和過硬的實驗技能訓練，培養學生從事材料科學研究必備的結構分析實驗技能，提升從事材料科學研究的基本能力和綜合素質，為后繼專業課學習、開展畢業論文及科學研究奠定堅實的基礎。

二、加強師資培養，形成了一支結構合理、水平較高的主講教師隊伍

本課程已有近五十年歷史，近半個世紀的傳承，經過經驗豐富的老教師的傳、幫、帶，形成了一支由黃伯云院士擔任教學顧問，教授/博導、副教授、講師和高級實驗師組成的高水平教學團隊，具有博士學歷者60%以上；知識結構和年齡結構合理，既有經驗豐富的老教師，也有年富力強的中青年教師骨干；師資配置合理，主講教師9人，講授/輔導教師4人，實驗教師5人。其中教授/博導6人，研究員1人，副教授4人，講師/實驗師6人，助教1人。其中具有博士學位的11人，留學回國人員10人。教學隊伍師德優良，學術造詣高，教學能力強，責任心強，團隊和諧，長期承擔本課程和相關課程教學工作，經驗豐富，特色鮮明，青年教師培養計劃科學合理，卓有成效。

五年來，材料結構分析精品課程教學團隊中45歲以下主講教師3人晉升為教授，1人晉升為研究員，4人評聘為博導。獲國家級、省級、校級教學成果獎10人次，1人獲政府特殊津貼，2人被評為教育部優秀人才，1人被評為芙蓉學者，2人選為湖南省青年骨干教師培養對象。由45歲以下主講教師參與、主持國家級教學改革項目2項，主持國家863項目4項，國家自然科學基金項目3項，軍工配套項目2項，其它省、部級重大科研項目12項。期間，他們發表高水平學術300多篇論文，申請專利6項。

本課程教學隊伍一直工作在教學科研第一線，具有多年從事教學工作的豐富經驗和強烈的敬業奉獻精神。經過多年的教學改革與實踐，建立了長期的合作伙伴關系和友好的團隊協作精神，是一支“強業務，高水平，愛崗敬業的年富力強”的教學團隊。

三、精煉教學內容，形成特色體系

“材料結構分析”原理與技術是晶體學、結構化學、金屬學、原子物理、微電子學等多學科的交叉與融合。本課程針對全校材料學、材料加工工程、材料化學、粉體材料、冶金工程、機械工程等不同專業的共性和個性，整合、優化教學內容，凝煉核心技術，科學設計課程體系，形成了自己的體系特色。

針對我校材料科學與工程專業本科人才培養目標和“材料結構分析”課程定位，在“以學生為本，融知識傳授、能力培養、素質教育于一體”的現代教學理念指引下，本課程結合“材料結構分析”的基本原理和學科的前沿發展，立足于“重基礎、寬口徑”、“服務有色金屬行業、拓展新材料領域”的大材料學科人才培養思想，精選“X射線衍射分析”和“電子顯微分析技術”為主要教學內容，遵循現代教育教學規律，科學地設計了課程體系，實現了理論教學與實踐教學的有機統一。

理論教學以材料結構表征、分析儀器及測試技術為主線，突出晶體X射線衍射、電子衍射等重點教學內容，恪守“表征為核心、儀器重操作、技術抓應用”的原則，注重先修基礎課及后續專業課的銜接。且善于采用案例教學法，將主講教師承擔科研項目獲得的典型實驗結果（照片）引入課堂，既正確處理好了經典與現代的關系，又確保了教學內容的基礎性、研究性和前沿性。

實踐教學以其優越的條件為學生提供了一個應用理論來解決實際問題的平臺。目前，我院擁有4臺不同型號的X射線衍射儀，2臺透射電鏡，4臺掃描電鏡，儀器強件較多，而且全部實現了開放運行，有條件安排本科生上機練習。實踐教學的主要方式是由實驗老師配合課程授課內容，對照儀器講解，介紹儀器結構、工作原理和操作步驟，學生在教師的指導下自己動手制備樣品，操作儀器進行樣品測試，實驗獲得圖譜或照片也要求由學生進行自行分析，教師最后組織討論和講解。

實踐教學針對“基本操作”、“測試手段”和“研究方法”三大訓練模塊開設了多層次、多方位的多種類型實驗。其中“基礎型”實驗4項，主要針對X射線衍射儀、透射電鏡、掃描電鏡和能譜儀的結構、原理及操作方法進行訓練，加深學生對“材料結構分析”理論的理解，讓學生熟悉儀器構造和基本操作方法；“綜合型”實驗6項，主要包括為X射線衍射物相分析、點陣常數的精確測量、金屬薄膜樣品的制備及典型組織的觀察、掃描電鏡成分襯度像及高倍組織觀察，讓學生學會樣品制備和實驗結果分析，熟悉材料結構分析的基本應用，學會針對不同研究對象選擇正確的分析方法，了解“材料結構分析”的應用；“設計創新型實驗”3項，主要是結合學生課外創新研究課題及導師課題設計大型實驗，運用已掌握的知識真刀實槍地解決材料科學研究中的實際問題，從而提升從事材料科學研究的基本能力和綜合素質，為后繼專業課學習、開展畢業論文及科學研究奠定堅實的基礎。另外，我們制訂并實施了引導學生參加課外科技創新實驗和科學研究的方法與政策，并進行考核，形成了“課程實驗+課外創新實驗+畢業論文”四年不斷線的實踐教學格局。

四、啟發式教學，以靈活的教學手段保證教學質量

在先進的教學理念指引下，創新了教學方法和教學設計，既重視發揮教師的主導作用，又尊重學生在學習活動中的主體地位，實行啟發式教學，鼓勵學生積極參與學校組織的本科生創新實驗和科研活動。并將多種教學方法有機結合，改革考試考核辦法，建立了完善的教學評價與考核體系，有效地調動了學生學習的主觀能動性和積極性，極大地激發了學生的學習潛能。我們在教學手段和教學方法等方面進行了全面改革，完全淘汰了傳統的黑板加粉筆式教學模式，將多媒體教學、網絡教學、雙語教學相結合，且取得了很好的成效。

在理論基礎部分的教學過程中，通過多媒體課件和動畫將理論公式的推導思路分步、形象、啟發式地進行講述，有效地促進了學生的積極思考，培養了學生思考問題、解決問題的能力；在有關儀器設備內容的教學過程中，通過模擬動畫進行解剖和分析，使原來在黑板上難以講深講透的內容形象、生動地展示在學生面前，提高了學生的學習興趣和學習熱情，加深了學生對所學知識的理解和掌握，同時啟發學生對現有設備提出結構改進意見，培養了學生的創新性思維能力。此外，利用留學回國教師和青年教師具有良好英語基礎的優勢，開展了雙語教學。本課程“晶體基礎”、“電子顯微分析”部分采用英語課件，向學生推薦優秀的國外原版教學參考書，在傳授專業知識的同時，提高了學生的外語學習興趣和外語應用水平，同時為本課程與國際接軌奠定了基礎。

網絡教學環境學校的校園局域網及寬帶網均與校內各教學樓、辦公室、學生宿舍及教職工住宅區相通，并與國內外Internet網相聯，網絡教學軟件資源齊備，硬件運行環境良好。 我們自行制作能滿足本課程教學需要的一整套授課教案、電子課件以及一系列儀器設備模擬動畫和錄像等教學軟件，并從日本引進了Jade 6射線衍射數據處理軟件，可通過學校的局域網及寬帶網經常保持更新，在教學過程中發揮積極的作用。在課程網站上建立了電子教案、教學指導、自測練習等，學生可以在網上自主學習，促進了教學效果的發揮。

重點、難點理論部分的教學采用“課前預習-學生發問-難點講解-老師質疑-小組報告-學生匯報講演”的“六步教學法”。通過學生自主學習，老師難點講解的辦法，逐步加深學生對教學重點、難點的理解，最后通過“匯報講演”的形式牢固緊握。除此，本課程主講教師都承擔了大量的科研項目，在介紹材料結構分析方法基礎知識后，結合科研案例講解材料結構分析方法在材料研究中的具體應用，激發了學生的學習熱情，加深了學生對所學知識的理解和掌握。

五、編纂特色教材，夯實教學基礎

在教學條件保障上，所在學科為一級國學重點學科，該課程開設歷史悠久，積淀深厚。自1980年以來，中南大學編寫了《金屬X射線衍射與電子顯微分析技術》、《晶體X射線衍射學基礎》（李樹棠主編，冶金工業出版社出版）等教材，姜鋒、尹志民主編的《材料結構分析》被納入新世紀材料科學叢書選題；出版了《X射線衍射學實驗方法》（李樹棠主編，冶金工業出版社出版）及《金屬材料科學與工程實驗教程》（潘清林主編，中南大學出版社出版）等實驗指導書籍，另外，尹志民主編了實驗講義《材料電子顯微分析實驗技術》，黃繼武主編了網絡講義《Jade 5使用手冊》。這些教材、實驗教材及網絡講義等被全國多所高校選為本科教材和考研參考書，在國內產生極大的影響和反響。

精品課程建設旨在利用現代信息技術，發揮高校人才優勢和知識文化傳承創新作用，廣泛傳播國內外文化科技發展趨勢和最新成果，展示我國高校教師先進的教學理念、獨特的教學方法、豐碩的教學成果。經過課程建設，使本課程形成系統、完善的全方位、立體化的教學體系，取得高質量的教學研究成果的同時，將中南大學“材料結構分析”課程建設成教學資源網絡共享、在全國具有示范作用的國家級精品課程。

參考文獻：

黃伯云，堅持科學發展，辦好功能材料高層論壇持續開拓創新，加速先進材料產業發展，2009年，功能材料

作者簡介：

姜鋒，中南大學材料科學與工程學院 教授/博導。