教學研究型高校“材料分析技術”課程的教學改革與探索

摘要：教學研究型高校在建設發展過程中實現科研和教學的相互促進，對學校的發展和人才培養大有裨益。筆者對所在學院開設的“材料分析技術”課程目前的教學現狀和普遍問題進行了分析，對如何結合教學研究型高校的學科優勢和研究特點進行授課進行了探索，以提升該課程教學效果和教學質量。

關鍵詞：教學研究型高校；材料分析技術；教學改革

一、 引言

隨著高等教育科研規模的發展和人才隊伍層次的提升，中國高校目前正處于由教學型向教學研究型模式轉變的階段，科學研究在高校建設中所占的比重日漸加大。教學與科研在高校教育中都具有重要的地位，教學研究型高校提倡的發展模式為“以教學為中心，以科研為動力”，這種模式可以有效地實現教學與科研相互結合、相互促進的效果。如何圍繞教學研究型高校的建設，作為授課教師和科研工作者，我們需要在課堂教學和實踐方面進行改革和探索，將培養具有創新精神和實踐能力的應用性人才作為我們高校教師的重要任務。

二、 我院“材料分析技術”課程開設現狀

南京郵電大學材料科學與工程學院依托信息材料和納米技術研究院建設，是南京郵電大學創新辦學機制，改革人才培養模式建立的以科研為重點建設的教學科研基地。在本科生培養方面，我院圍繞材料學科設置材料物理、材料化學和高分子材料科學與工程三個專業，并開設相應的專業課程。“材料分析技術”課程面向材料化學和材料物理專業開設，是一門專業技術課程，在材料科學與工程類專業的學習中具有十分重要的地位。該課程的學習目的是為了學生了解現代測試分析儀器的原理，掌握分析材料的微觀結構和組成的常用方法，理解材料的微觀構造和材料性能之間內在的聯系，并且可以在實際材料中選擇合適的表征方法。目前，該課程選用“十一五”國家級規劃教材《材料近代分析測試方法》（主編：常鐵軍等）作為課堂教材，主要的教學內容包括X射線物理學基礎、電子衍射原理、電子光學基礎等理論基礎，以及X射線衍射技術、電子光學微觀分析技術、掃描探針顯微成像技術、材料表面成分技術、熱分析技術及光譜等分析方法在材料分析中的應用，是一門理論研究與科學實踐相結合的課程。但是，該課程涉及的原理較為復雜，理論性較強，而課本中實際案例較少，且案例無法與時俱進，無法適應發展迅速的材料領域，對學生的實踐應用造成了一定的阻礙。因此，我們有必要結合學科背景和實際需求，對現有的課程進行教學內容和教學方式的改革。

結合我院特色，目前“材料分析技術”課程教學改革存在的主要重難點和關鍵問題如下。

1. “材料分析技術”課程內容涉及材料學科、物理學科、化學學科等多個領域，基礎知識點多，每種分析方法涉及特定的分析原理，并且部分原理的推導包含很多抽象概念和復雜的公式推導。我院學生大多是化學學科背景，數學功底較薄弱，剛接觸概念時會覺得晦澀難懂，趣味性低，畏難心理會在一定程度上影響學生的學習動力和學習效果。另外，在教材編排上，各章節內容之間相互獨立且跨度較大，如何使學生完整且系統地掌握知識要點是該課程教學的難點。

2. 當前教材內容涉及的實例分析主要是工業和傳統材料的表征，如何使學生掌握相關的基礎應用，又可以在此基礎上融入當前新型材料，如納米功能材料的表征和結構分析等前沿實例，使傳統分析和前沿科學結合起來，充分發揮我院在科研工作方面的優勢，形成適合專業發展的教學體系是教學改革的重點和關鍵問題。

三、 課程改革方向及探索

針對這些重點和難點，教學研究型高校中具有專業特色的“材料分析技術”課程教學改革主要從以下方面開展。

（一） 教學內容改革

材料領域是發展迅速的領域，與國民生產和經濟發展密切相關，而對材料性能的研究依賴與對材料成分和結構的認識，先進的分析測試技術為人類打開認識微觀和宏觀世界的大門，是現代科學研究和工業必不可少的研究手段。因此，加強分析測試技術的實用性，建立理論和實踐的聯系是我們授課教師需要注重的問題。教師如果只是單純地講授儀器原理和測試計算原理，學生是很難消化和吸收的。而且，由于課本中的儀器與實驗室實際使用的儀器型號和構造有一定的差異，學生在接觸分析儀器設備時，也很難將課堂知識運用起來。因此，教師需要重視知識的歸納、更新和教學內容的拓展，增加課堂教學的趣味性和實用性。比如，在學習儀器構造時，我以學院目前擁有的大型儀器設備，如X射線衍射儀、透射電子顯微鏡（TEM）、原子力顯微鏡（AFM）等為例，并在知識拓展中介紹目前市場上常用的儀器，結合多媒體比較它們的儀器構造，可以達到舉一反三的效果。這樣的學習讓學生在課堂上可以理解儀器構造，在課后可以到實驗室實際接觸到在課堂上學習的儀器，有利于將理論與實際聯系起來。此外，從用途和背景知識介紹入手，我們將各種分析原理和實際應用聯系起來，讓學生明白測試方法的用途，帶著問題去學校如何用物理和化學原理實現分析測試。帶著問題有目的的學習，可以提高學習的效率。

（二） 教材改革

教材在教學過程中具有重要的意義和地位，選擇內容合適的、具有專業特點的教材對于提高課堂效率和學生課后學習效率十分重要。我們目前使用的教材內容涵蓋面廣，基本包括課堂上所涉及的各種分析測試技術，但是目前的教材理論性較強，并且主要針對傳統材料，介紹常規的分析方法，缺乏對新型的發展迅速的如納米材料及光電器件材料表征的相關實例的專業性介紹，造成學生理論課學習和科研性實踐的脫節，不利于培養應用型的專業性人才。因此，我們推薦案例和背景介紹更為豐富的其他教材作為輔助讀物，如21世紀全國高等院校材料類創新型應用人才培養規劃教材《現代材料分析測試方法》（主編：郭立偉等）等。除此之外，我們也結合我們的研究實踐經驗將專業特色的研究成果作為案例引入課堂教案中。比如，在學習掃描電子顯微鏡（SEM）時，我以課題組用電化學沉積法制得的多組花狀納米金修飾的ITO電極為例，用納米金材料有序的層疊結構說明SEM在材料形貌表征方面的應用和儀器的特點，學生會留下較深的印象，并且能夠很好地調動學生的主動性和積極性。課后也有學生聯系我，表明了對我們課題組研究工作的興趣并希望加入。這樣，用科研豐富教學，以教學促進科研，可以達到教學與科研共贏的效果。endprint

（三） 教學方式改革

課堂時間是有限的，如果只是照本宣科地講授課程內容，很難激發學生的學習興趣，無法在有限的課堂時間內收獲良好的學習效果。在“材料分析技術”課程的教學中，不僅要讓學生學習測試的理論原理，更重要的是讓學生有整體和系統的概念，在遇到實際問題時可以選擇合適的表征手段，并能用科學的方法分析測試結果。因此，對教學方式進行改革，用多種教學方式豐富課程內容和課程層次，對于培養實踐性人才有重要意義。我們可以在課程教學中結合多媒體和互動式教學、實驗室參觀、儀器操作等多層次的教學方式，這樣既可以提高學生的學習興趣，又可以結合專業優勢，使教學效果提升。比如，在學習掃描隧道顯微鏡（STM）時，涉及到量子隧道效應和隧道電流的概念，學生接收和理解起來較為抽象。我在處理本節課內容時，先給學生放映一段2013年由國際商業機器公司（IBM）制作的時長一分半的影片《一個男孩和他的原子》，影片的觀看可以讓學生對掃描隧道顯微鏡的成像和原子操縱有比較直觀的認識。教師對影片進行簡單介紹后，學生自然而然想知道如何使用儀器實現原子級的操縱和成像，帶著問題去學習，理解起后面的理論概念，也會容易接受了。實驗室的學習和參觀可以更為直觀地讓學生走進分析測試的世界，讓學生將課本知識和生產實踐結合起來。

四、 結語

在教學研究型高校的建設和發展過程中，授課教師需要利用學校的科學研究平臺建設為課堂教學提供更為豐富和前沿的知識。結合我院在有機電子學及納米信息材料相關的學科優勢，開展“材料分析技術”的課程改革，對于培養理論與實踐相結合、具有創新精神和科研能力的專業性人才具有十分重要的現實意義。作為專業教師，今后除了要不斷提升自身的教學水平，還要根據發展中的科研工作和生產實踐對課程教學的設置進行內容和方式上的改革和探索，不斷進行優化和創新，使開設的課程與實際應用更有效地結合，真正實現學以致用，使學生真正成長為具有專業素養的實踐應用型人才。

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[3]常鐵軍，劉喜軍.材料近代分析測試方法[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2010.

[4]郭立偉，朱艷，戴鴻斌.現代材料分析測試方法[M].北京：北京大學出版社，2014.

作者簡介：

朱丹，江蘇省南京市，南京郵電大學材料科學與工程學院。endprint