材料分析技術課程教學改革探討

安勇良，梁維中，尹冬松，王振玲，王振廷

（黑龍江科技大學材料學院，黑龍江哈爾濱150022）

近年來，隨著國內外新材料研發的日新月異，材料分析測試手段不斷進步發展，材料分析技術作為材料類專業的主干課，須要進一步與時俱進，跟得上時代前沿新材料發展的步伐，在教學內容上推陳出新，更好地完善和優化相應的教學內容，建立更加規范合理的課程體系和教學方法。

該課程內容不僅繁多，而且較抽象，對于剛剛接觸本門課程的學生，很多名詞概念頭一次碰到，感到晦澀難懂，在學習的過程中普遍感到枯燥難學，導致對本課程的學習動力不足，影響了學習效果。因此，為了能夠提高該門課程的教學質量和教學效果，讓同學們能夠對本課程充滿興趣和愛好，本文在課程體系與內容、教學方法及手段、實踐教學改革、課程評價體系四個方面提供一些有益的探討。

一、課程體系和內容

（一）課程知識體系的劃分

目前，傳統的章節式教學方式越來越不能滿足教學的需求，尤其是對于本課程，由于材料分析技術的不同章節之間相對獨立，知識的連貫性不好掌握，在講授過程中難免使學生產生知識的跨越，思維上的空白［1］。因此，根據學生對知識的掌握情況，將整個材料分析技術的課程教學內容進行歸類劃分，歸類的依據可按照分析的對象來劃分，如分為：1.結構分析。判斷某種樣品的晶體結構是體心立方、面心立方以及晶格參數等，根據這個待分析的對象，再去選擇相應的分析儀器如X射線衍射儀、掃描電鏡、透射電子顯微鏡等；2.成分分析。判斷某種材料是由何種物質構成，包括了定量和定性分析，可分析的儀器有X射線衍射儀、能譜儀、波譜儀等；3.形貌分析。主要觀察材料的表面形貌，所用到的儀器主要包括掃描電鏡和透射電鏡；4.物化性能分析。分析材料的光學性能、電學性能、磁學性能等，所需要應用的是各類光譜能譜儀。以這樣的脈絡進行學習，目的性強，思路清楚，不至于讓學生們的學習思路混亂，這個學習過程也是今后在解決實際科研問題時的思路。

（二）課程內容與時俱進

在教學大綱的框架內，教師應盡可能講授各個重點和難點內容，但不應該僅僅局限于教材內容，應該結合當前材料科學的發展趨勢，擴充介紹最新前沿的新材料的分析測試技術，如包括納米材料等一些功能材料，如2013年美國加州大學洛杉磯分校成功研制出新型超級電容材料即一種合成的氧化鈮，并證明其擁有穩定的儲能和釋能的能力?？梢酝ㄟ^對氧化鈮的介紹，讓學生自行查閱相關的文獻了解針對氧化物材料如何去制作樣品，通過哪些分析儀器來測試，最后再進行總結，使學生拓寬視野，加深對分析技術的應用及其基本原理的理解與掌握，提高學習的積極性，從而提高科研能力和解決問題的能力。

二、教學手段和方法

（一）數據分析軟件的輔助教學

材料分析技術一課離不開對測試數據的處理和分析，即使學生掌握了材料分析測試的原理、儀器以及數據的采集，但最后拿到一系列數據卻不會分析，這樣也是徒勞無功的。如何能夠熟練地操作虛擬的數據分析軟件對以后解決具體的材料分析問題具有極其重要的作用。因此，在常規的教學手段中需要輔以數據分析軟件的操作教學。

以X射線衍射儀為例，在學生們學習晶體X射線衍射時，必須要學會如何通過所測得的X射線衍射圖來確定材料中的物相組成，那么就需要Jade軟件來對數據進行處理。教師以動畫形式向學生展示如何利用Jade軟件將原始數據導入軟件中，如何通過各項參數來搜索已知的PDF卡片等等。經過這些處理，才可能得到最終的物相分析結果。

（二）實物道具的輔助教學

隨堂展示實物道具，并不僅僅是多媒體動畫展示，讓學生們能夠第一時間接觸實物，可以加深學生的感性認識。實物道具是指教師做過的真真正正的一些樣品、試驗的輔助材料、小型工具等，而不是模型之類的教具，比如掃描樣品、透射樣品、德拜相機的底片安裝。如在講解透射電子顯微鏡樣品時，教師可將自己科研過程中制備好的一些樣品拿給學生們傳看，以及透射電子顯微鏡用于支撐樣品用的碳膜銅網，讓學生真正體會到透射電鏡樣品的制作要求，同時介紹一些具體的操作規程。

三、實驗教學改革

對于材料分析技術這門專業性和實踐性很強的課程，實驗教學可以幫助學生對所講授的各種測試儀器有個感性的認識，尤其可以通過實驗室現場教學能夠鞏固和加深對理論知識的理解，加強學生的實驗動手能力以及解決實際問題的能力，了解大型儀器內部結構、操作方法、樣品適用范圍以及工作原理等都是十分重要的。

考慮到多數高校大型儀器使用率都比較高，因此材料分析技術課程的實驗教學可以和大學生科技創新項目以及大四畢業生的畢業設計相結合，理論課教師和實驗中心的實驗教師溝通好實驗大綱框架可固定并制訂完善的實驗方案，但實驗的具體細節可以靈活掌握。同一種實驗如低碳鋼斷口形貌的觀察可以在利用大學生科技創新中進行，讓學生親自動手進行操作觀察，同時可以以驗證性為目的實驗課進行，這樣既提高了儀器的使用率又不浪費寶貴的實驗資源。

由于大多數材料專業的教師都參與了科學研究和工程實際項目，因此，教師不僅可以利用教學過程中的理論知識可以解決科研和實際中遇到的問題，反過來，利用自身的科研課題的研究也有助于豐富教學內容，提高教學質量［2］。結合實驗大綱的基本要求，教師可以將自己的科研項目中的實驗進行設計，剔除掉專業性較強的部分，設計出能夠被學生在短暫的實驗課上理解好的實驗設計內容。具體做法如各個班級的學生分組，每組5～6人為宜，給每組學生一塊未知樣品，由學生根據教師的要求進行自行準備來完成實驗，同時學生在學習儀器使用的過程中，應滲透課堂上的理論知識，使理論與實踐相結合，使學生在實驗過程中學會數據處理的方法。然后讓學生利用所學知識對實驗結果進行分析，并提交一份實驗報告由教師進行批閱，并由教師提出改進意見。

四、建立科學、合理的課程評價體系

如何才能夠正確地反映教學質量，應該建立科學、合理的考核與評價方式。課程的評價應該從教師和學生兩個方面入手，即學習效果的評價和教學效果的評價［3］。1.學習效果的評價。之前的考試一般以本課程期末考試成績來蓋棺定論一個學生學習的好壞，由于本課程的學習偏重于鍛煉學生的動手實踐能力，因此在反映學生學習效果時，應加大實驗課成績的比重，適當降低期末考試成績比重，可將平時成績、實驗課成績、期末考試成績的比例定為：20%、20%、60%。在期末考試卷面上主觀題應與客觀題合理地搭配，這樣既能反映學生的基本知識的掌握程度，同時能夠靈活地反映學生對知識的實際應用能力。2.教學效果的評價。目前教學效果主要是由學校的督導組、學院同行教師以及學生的網上評價組成。而其中學生是教師教學的最直接的受體，是教學過程的最重要主題，學生的評價最能夠體現出一名教師的教學水平和教學效果，教學效果的好壞直接影響學生的學習效果，因此應適當增加學生對教師教學效果的評價比例。

［1］王現英.現代材料分析方法課程教學改革探索與研究［J］.教育教學論壇，2013，（20）：65-66.

［2］張蘋，楊海峰.材料專業實踐教學課程改革的探索［J］.化工管理，2013，（6）：189.

［3］陳均.材料分析方法課程教學的幾點思考［J］.安徽工業大學學報，2012，29（2）：140.