《新材料表征技術》實驗課程教學改革與實踐*

王占紅，徐鳳廣，張　勇，王雨新，張璟朔，羅　森，唐正生

(1 鹽城工學院材料工程學院，江蘇　鹽城　224051；2 安徽未來表面技術有限公司表面技術開發中心，安徽　合肥　230601)

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《新材料表征技術》實驗課程教學改革與實踐*

王占紅1，徐鳳廣1，張勇1，王雨新1，張璟朔1，羅森1，唐正生2

(1 鹽城工學院材料工程學院，江蘇鹽城224051；2 安徽未來表面技術有限公司表面技術開發中心，安徽合肥230601)

《新材料表征技術》是我校為材料類專業學生開設的一門重要實驗課程。針對本課程的教學特點和目前的教學現狀及學生的專業和就業需求，對實驗課程教學體系進行了深入改革，不僅能夠加強學生實驗操作技能，充分鍛煉學生的勤于思考、動手實踐和勇于創新的能力，而且能夠提高材料類專業人才對新材料的表征分析能力和綜合素質，為培養應用型技術人才奠定堅實的基礎。

材料學科；大學生；新材料表征；實驗教學

新材料表征技術是關于材料的化學組成、微觀形貌、內部組織結構及材料的其他性能等的表征方法、測試技術及相關理論基礎的實驗科學，是現代材料研究和應用的重要手段和方法。新材料表征技術主要是通過新型的大型精密儀器研究各種物理化學反應對材料微觀的組織結構、成分等的影響，研究已從納米級、量子級等去研究材料的微觀結構與性能之間的關系，得出了大量的實驗分析數據，從而找出其內在的基本規律，為材料制備和新材料的誕生提供了許多可靠的數據。這些新的測試手段的出現，告別了過去人們對材料的研究僅僅停留在測試其宏觀的物理、化學性質的歷史，實現了材料的結構和性能從宏觀到微觀不同層次的表征，因此這些新表征技術構成了材料科學與工程不可或缺的組成部分，并占據著重要的地位。材料類專業的學生和未來將從事相關工作或研究的人員，必須了解各種常用的現代測試技術的基本原理及其在材料科學研究中的應用范圍，熟悉測試過程中的樣品制備技術及測試譜圖的解析，熟練掌握一些常規的現代測試分析技術[1-4]。

1　本課程現狀分析

《新材料表征技術》是我校材料專業的一門必修實驗課程。該課程講授內容是關于材料的成分、結構、組織形貌、性能等相關的表征技術，具體是介紹各種現代分析儀器的結構原理和工作原理、制樣方法、圖譜數據分析及在材料研究中的應用，該課程的教學目的是使學生在完成本課程的學習后，能正確選擇和使用有關的材料分析表征方法，了解材料分析測試相關的基本理論，掌握材料分析新方法、新技術，為培養21世紀應用型人才打下良好的基礎[5]。因此，本課程在材料科學中有著十分重要的地位。

材料類專業課的學習，必須有很多實踐環節(如實驗課、去工廠實習等)來強化課堂所學的知識，達到學以致用、理論聯系實際的目的。而過去的《新材料表征技術》的實驗項目很少，教學內容很簡單，上課方式單一，以演示為主，對學生的要求是課后完成一份實驗報告。因此，其對學生要求低，學生也沒太多興趣，只是為了上課而上課，課堂上學習的知識也會很快遺忘，學習效果非常差。造成這一后果的原因是學生沒有去實際操作，只是看看老師的演示，所以覺得課程中所學知識很空洞，無任何實際價值，老師怎么教，學生就怎么做，學生的獨立思考能力和解決實際問題的能力得不到充分鍛煉。最重要的是，當學生畢業之后，材料分析表征技術應用能力和正確分析數據的能力嚴重欠缺，若從事相關的工作還要從頭學起。另外，實驗教學中講解的內容以儀器工作原理和儀器操作演示為主，沒有突出實驗結果分析的重要性，使得學生在畢業論文、大學生實踐創新項目等實施過程中感到很困惑，面對一大堆的實驗數據，不知該從何入手去分析，最后只能自我想象給出一些毫無意義的解釋，因此這對于人才培養極為不利[6]。

我校材料學科以培養從事材料領域科學研究與教學、技術開發、工藝設計等方面工作，基礎厚，能力強，素質高，具有創新精神的應用型高級人才為目標。為了實現本專業的培養目標，《新材料表征技術》課程實驗項目進行了不斷地改革與創新，為提高材料相關專業學生對新材料表征分析的認識，培養學生實踐動手能力，與企業的實際需要對接，培養實踐能力強的應用型技術人才奠定基礎。

我們根據學生就業需求和從實驗教學促進課堂基礎理論教學的角度出發，合理地設計了實驗項目，在保障學生掌握基本原理和實驗操作技能的基礎上，增加了樣品前處理過程，強調數據與圖譜分析的重要性，以不同樣品的測試結果實例不斷練習數據與圖譜分析，強化了學習效果，充分發揮學生的主觀能動性，激發其學習興趣，并提高了他們的綜合素質和對知識的實際運用能力。

2　實驗項目的開設

2.1設計思路和目的

本課程實驗項目的設計思路是強調掌握大型精密儀器知識方面基本理論和基本實驗操作技能。同時，突出了樣品前處理和測試結果分析的實踐環節，注重學生實際應用能力的培養。目的是將《新材料表征技術》課程所學到的基本理論知識與實際有機地結合在一起，提高學生對工業產品等進行有效地表征和分析，促進材料類專業大學生在材料分析工程應用的能力。

2.2實驗項目的開設與改革

根據該課程特點、授課學生專業和學生就業需求，從實驗教學促進課堂理論教學的角度出發，從材料的成分、物相結構、性能測試等方面均衡考慮，合理地設計了8個實驗(具體如表1所示)。在保障學生掌握實驗原理和操作方法的基礎上，在實驗環節上增加了樣品的前處理過程。對實驗報告，強調數據分析方面的內容，強化學生動手實踐和綜合運用知識能力，提高材料類專業人才化學分析能力和素質，重在培養實踐能力強的應用型技術人才。

表1　新材料表征技術課程包含的實驗項目Table 1　Experimental items of New materials characterization techniques

由表1 可以看出，前面幾個實驗如“X射線顯微成分分析、利用X射線衍射技術分析多相物質、紫外-可見光譜的分析、紅外光譜分析”都側重于材料的成分、物相分析及內部的基團結構的檢測；“掃描電鏡及其觀察”實驗主要是對樣品的表面、斷面微觀區域形貌進行分析，該實驗項目直觀、形象，讓學生對比宏觀世界看到的物體表面和微觀形貌的區別，從而深入了解掃描電子顯微鏡在材料微觀形貌分析中的重要作用。其他幾個實驗主要是側重于材料的不同性能測試與表征，如顯微硬度測定、熱導率的測定和差熱分析，其中前者是樣品的一些宏觀物理力學特性；差熱分析和熱導率的測試都是熱學性能相關的測試。總之，這些實驗項目專業性都很強，涉及樣品測試的各個方面，覆蓋內容較寬。每個項目在實驗前，都增加了樣品的前處理過程，如在“掃描電鏡及其觀察”實驗前，必須對樣品做脆斷、固定樣品、鍍膜等處理，這些前處理看似簡單，其實是需要一定的耐心和技巧，這部分內容讓學生動手自己去做，對于他們自己制備的樣品置于掃描電鏡下觀察，從而得到了不同的實驗結果，讓學生先尋其原因，指導老師再給其補充和糾正，這能夠訓練他們對科學實驗認真、嚴謹的態度和不斷探索的精神；對于一些宏觀物理性能測試，主要是培養學生的動手能力和仔細觀察的能力，讓學生輪流動手去做實驗，去感受其中的樂趣，不斷提高其思考問題、解決問題的能力。另外，每一個實驗項目都有提問和討論環節，穿插在上課中，讓學生各抒己見，目的是約束學生的思維，使他們集中注意力，這極大地提高了上課效率。每個實驗課后，都要完成實驗報告一份，這是非常關鍵的，能將實驗的內容與以前學習的理論知識緊密結合，讓學生鞏固了所學內容，加深認識，從而達到了良好的學習效果。

2.3實驗成績評定

實驗成績考核包括兩部分內容，一是平時成績，主要是學生出勤及對每個實驗基本實驗技能，包括操作、回答問題、課堂討論、實驗報告等的掌握情況做出評定，占實驗成績的40%，主要側重對學生平時表現情況的評定。二是最終考核，占實驗成績的60%。最終考核是對學生綜合實驗能力的全面考核，包括實驗原理、實驗過程操作能力、解決問題能力、實驗結果分析的準確性和實驗報告的質量等方面。

3　效果和特色

將該實驗體系應用到我校材料專業學生的實驗教學中，效果明顯。就拿近幾年的本科畢業生來說，大多數學生會認真思考做實驗的思路并與老師進行探討，尤其是對實驗做出來的各種宏觀微觀表征進行正確的分析和解釋。不像以前學生的畢業論文對測試圖譜解析就一兩句話，一般都是“我們從圖上可以看到××材料的××性能提高(降低)”。這說明學生不僅不具備科技論文的基本語言技能，而且看到圖片或者數據結果覺得無話可說。究其原因，一是沒有看文獻或者看得很少，沒抓住科技論文寫作要領，二是不理解實驗反應的機理，更何談通過這些實驗現象解釋實驗的本質，三是以前的實驗課程主要是以演示和教師講解為主，學生參與很少，啟發很少，所以對于學過的內容很快就忘記了。而改革之后，學生基本都能對實驗結果做出較為合理的分析，有些甚至分析的較為深入。可見，本次實驗教學改革效果確實比較明顯，老師對其認可度也非常高。本次實驗項目改革效果和特色總結如下：

(1)將現代儀器分析測試手段融入實驗教學

改革后的實驗項目將現代儀器分析測試手段融入實驗項目，使學生能夠接觸到很多高端的儀器，親自體驗實驗的樂趣，由于儀器對材料分析測試與傳統的手工化學分析相比，方便快捷，直觀生動，結果準確度高，這更能夠激發學生的學習興趣，并啟發他們的思維。同時，實驗也將學生專業課程的知識和實驗內容緊密結合，提高了課程的學習效果。

(2)加強學生動手實踐能力的培養

改革后，添加的一些新的實驗項目，使學生能夠緊追現代分析測試技術最前沿的知識，提高了學生的認識和動手實踐能力，培養了他們認真踏實工作的態度，訓練了他們對實驗研究的科學精神，對實驗數據一絲不茍的良好習慣，為企業實際需要培養實踐能力強的應用型技術人才。

(3)與專業緊密結合，為培養專業人才做準備

水泥、混凝土、陶瓷、玻璃、塑料、金屬和各種復合材料等都是材料類專業學生將來工作會經常接觸的材料，實驗教學項目的設定與工作密切相關，極大地提高了大學生分析實際樣品材料的能力，也提高了大學生學習的興趣，為日后工作做好了充分準備。

4　結　論

《新材料表征技術》實驗教學改革，有效地將實驗內容和課堂所學的理論知識緊密結合，將高端的大型儀器融入試驗中，提高了我校材料科學與工程專業學生材料表征分析基礎知識水平和工程應用能力，對于培養材料學科大學生實踐動手能力，與企業實際需要對接，培養實踐能力強的應用型技術人才奠定基礎。同時，為探索如何提高材料專業本科生在材料表征的能力方面提供有益的思路，也將為培養能夠適應社會主義現代化的高級工程技術人才和工程師進行有益的探索，并為促進我國高等工程教育改革，培養高層次工程技術人才做出貢獻。

[1]王曉春,張希艷.材料現代分析與測試技術[M].北京:國防工業出版社,2010:1-2.

[2]范世福.分析檢測技術與分析儀器的現代化發展[J].分析儀器,2003(1):1-5.

[3]祁景玉.現代分析測試技術[M].上海:同濟大學出版社,2006:1-2.

[4]殷國富,楊杰斌,趙雪峰,等.面向現代制造的先進測試技術及其發展趨勢[J].中國測試,2010,36(1):1-8.

[5]張霞.新材料表征技術[M].上海:華東理工大學出版社,2012:1-2.

[6]莫祥銀,俞琛捷,王克宇.適應時代需求改革“現代分析測試技術”[J].實驗室研究與探索,2005,24(3):66-68.

Reform and Practice of Experimental Teaching of New Materials Characterization Techniques*

WANG Zhan-hong1, XU Feng-guang1, ZHANG Yong1, WANG Yu-xin1,ZHANG Jing-shuo1, LUO Sen1, TANG Zheng-sheng2

(1 School of Materials Engineering, Yancheng Institute of Technology, Jiangsu Yancheng 224051;2SurfaceTechnologyDevelopmentCenter,AnhuiFutureSurfaceTreatmentCo.,Ltd.,AnhuiHefei230601,China)

TheexperimentalteachingofNew Materials Characterization Techniquesisanimportantexperimentalcourseforundergraduatemajoredinmaterialsinouruniversity.Basedonthecurrentsituationandcharacteristicsofthecourse,professionalandemploymentneedsofstudents,theexperimentalteachingsystemwasdeeplyreformed,whichcanstrengthenthefoundationfortheexperimentaloperationskills,exercisethecapabilityofthinking,practicing,comprehensiveuseofknowledgeandinnovationfully,andimprovetheabilityofcharacterizationanalysisandcomprehensivequalityoftalentsmajoredinmaterials,inordertolayasolidfoundationforcultivatingtheappliedtechnologicaltalents.

materialsdiscipline；undergraduate；newmaterialscharacterization；experimentalteaching

鹽城工學院2016年實驗室開放項目；鹽城工學院2016年大學生創新訓練計劃項目。

王占紅 (1982-)，女，講師，主要從事材料測試及聚合物復合材料方面的教學與研究。

TB30

A

1001-9677(2016)013-0205-03