“材料現代研究方法”應用式教學探索與實踐

馬紅萍（浙江科技學院機械與能源工程學院）

材料科學是當今科學技術的三大支柱之一，其發展水平已成為一個國家綜合國力的重要標志?，F代的材料分析與檢測技術是對材料的成分、物相、組織形貌和微觀結構進行觀察表征的主要手段，在材料科學研究中占有舉足輕重的地位。

“材料現代研究方法”是材料科學與工程一級學科下設的專業必修課和學位課，也是實用性最強的一門技術基礎課。該課程的教學目的是讓學生學習和掌握各類常用的材料分析測試方法，包括測試原理、儀器構造、操作方法和分析方法等，從而具備一定的運用各類測試技術的能力，為學生日后的學習與工作奠定良好的基礎。由于教學內容包括了多種分析測試技術，綜合了材料、物理、化學和數學等多學科知識，該課程具有內容豐富、范圍廣、實用性強，但知識點分散，理論概念抽象難理解等特點，這使得學生學習起來難度大，興趣低，學習效果不佳，難以將理論學習轉換為實際應用。因此，如何提高教學質量，幫助學生掌握這門課程，并能在未來的實際工作中進行應用，是本課程教學面臨的首要難題。

該課程傳統的教學模式是教師單純利用ppt講授基本概念和理論、推導公式等，學生僅僅是被動接受知識，無法發揮其主動性和創造性，難以提高學生的創新意識和研究能力。應用式教學模式是讓學生在解決實際問題的過程中進行學習，激發學生自主學習和探索的意識，培養學生將知識實用化的能力。自2010年以來，課程組對本課程的教學模式和方法進行了積極探索，研究了應用式教學模式、“大班上課小班研論”授課方式、網絡平臺和實驗課程輔助教學等方式對改善教學質量的影響，并針對上述教學方式進行了初步的課程標準化建設。本文就上述教學研究過程中的一些心得體會與大家分享探討。

1 采用“大班上課小班研討”的方式進行應用式教學

采用大班上課小班研討的方式進行教學。大班上課時，首先由教師提出精心準備的實際問題，如科學研究、工業生產、社會生活中存在的材料領域問題，以激發學生的學習興趣和探索欲望。然后，教師指出解決該問題可用到的分析測試手段，對該技術的原理、構造和分析方法等內容依次進行介紹。在教學過程中，要強化“原理—構造—應用”的教學思路。對于抽象的原理和復雜的儀器構造，在課堂上先用多媒體動畫，吸引學生的注意力，同時結合空間模型和黑板繪圖板書，讓學生較輕松地接受并理解復雜的知識內容（如倒易點陣、厄瓦爾德圖解等），解決課程中部分內容過于抽象枯燥、學生難以理解的問題。最后，將知識反演到實際問題的解決，檢驗學生是否能將知識進行實際應用。在整個教學過程中，要注重培養學生的反思能力和邏輯思維能力，為其今后的職業發展奠定基礎。

小班研討時，教師通過展示材料科學研發與生產中的各種實踐案例，如最前沿的科技報告視頻、科普視頻、專題講座或TOP期刊論文等；請學生找出其中所涉及的各類材料檢測儀器和分析方法，闡述其原理和特點；進一步兼顧其他方法的引入，對比不同方法的異同，這樣有助于克服授課過程中各種測試手段按章節分開授課，聯系較少的缺點，讓學生能更宏觀地掌握知識；最后給出1～3個關聯議題進行深化討論和答疑。比如，在關于X射線光電子能譜儀（XPS）的小班研討課上，結合當下我國的大氣污染形勢異常嚴峻的現實問題，請學生闡述如何利用XPS技術來分析所收集的PM2.5的成分和表面吸附物質。通過上述方法，確保學生將所學知識點融會貫通，由理論擴展到實際，加強學生運用知識解決實際問題的能力。

2 采用網絡平臺討論與答疑等方式輔助教學

在網絡平臺(如Blackboard平臺)上設置討論社區和答疑社區，在每章課程結束后發布相關議題供學生互動探討，并定期在網上開展教師與學生的討論和答疑。同時，學生作業全部上網，老師網上點評，以此促進師生間的互動以及學生間的交流，有利于提高學生學習的積極性和學習效果。

通過上述教學方式，一方面可敦促學生在平時認真學習，及時掌握知識點，提高學習效率；另一方面也可加強學生與老師之間的互動交流，有利于教師動態掌握每個學生的學習情況與學習特點，因材施教，促進教學質量的提高。

3 加強實驗教學，實現課堂教學和實驗教學的相互促進

本課程的教學目標之一就是讓學生能理論聯系實際，具備運用各種重要的材料現代分析手段的能力，因此在教學過程中設置實驗教學是必不可少的。本校配備有X射線衍射儀、場發射掃描電鏡、場發射透射電鏡、傅里葉紅外光譜儀、紫外-可見吸收光譜儀和各類熱分析設備等多種大型儀器設備。根據這些設備我們設置了相關實驗課程，幫助學生理解抽象的知識內容，將理論學習與實際應用有效聯系起來。

具體的實施過程如下：將學生預先分組，教師根據所準備的測試樣品，對各組學生提出測試要求；然后由教師簡單回顧設備的測試原理、儀器構造、操作方法等內容；再讓學生通過組內交流討論，制訂實驗方案；教師給予適當指導后，學生完成實驗，并最終提交實驗報告。這個過程使學生通過進行具體的材料科學實驗，更形象地理解課程的基本理論，并學會運用理論知識去分析解釋實驗現象，對提高學生學習積極性和動手能力具有重要意義。

4 “材料現代研究方法”應用式教學標準化建設

為促進上述多元化教學方法的實施，提高“材料現代研究方法”課程的教學質量，進一步引入了教學標準化建設。主要包括兩個方面的內容：

（1）教學計劃與內容標準化：在深入探討應用式教學模式的實踐過程中，對清華大學、浙江大學、廈門大學等高校進行調研，以提高學生工程素質和知識水平為根本，結合教學研究成果，對教學內容進行整合和標準化。以應用—原理—裝備—案例分析為教學主線，幫助學生清晰掌握各類重要材料現代分析測試方法的相關知識。

（2）教學考核標準化：為了解決學生只在期末考試前突擊學習的問題，督促學生平時課程學習與思考，改變單一的期末考試評價方式，增加了小班討論、平時測驗的評價比例?？傮w成績為百分制，小班討論、平時測驗、期末考試的考核分別占總體成績的30%、30%、40%。同時，考試內容減少記憶型知識點試題，增多運用實踐型試題，強化學生自主運用理論知識解決問題的能力。

5 結語

實踐證明，應用式教學模式的教學質量優于傳統的教學模式，促進了學生的學習興趣和學習效果的提升，考試合格率和優秀率相應提高，獲得了學生的廣泛歡迎和認可。近五年，生評教平均分數由原來的90分提高到97分。并且，它不僅可用于“材料現代研究方法”的教學，也能應用于其他課程的教學。應用式教學模式和課程標準化建設的實踐和完善是一項長遠而系統的工作，我們還處在初步探索階段，需要以學生為中心，進一步總結教學經驗，挖掘應用式教學模式和標準化建設的積極作用，持續提高教學質量和學生滿意度。