《材料分析方法》中差熱理論的教學難點處理

羅清威

(陜西理工大學 材料科學與工程學院，陜西 漢中 723001)

2018年6月21日，教育部部長陳寶生在新時代全國高等學校本科教育工作會議上第一次提出，對大學生要合理增加課程難度，拓展課程深度，擴大課程的可選擇性，真正把“水課”轉變成有深度、有難度、有挑戰度的“金課”。 8月份，教育部印發了《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》(教高函〔2018〕8號)，提出“各高校要全面梳理各門課程的教學內容，淘汰“水課”、打造“金課”[2-3]。標志著“淘汰水課、打造金課”正式寫入教育部的文件，提升我國高等教育質量攻堅戰正式拉開序幕。2019年10月教育部關于一流本科課程建設的實施意見(教高〔2019〕8號)提出認定萬門左右國家級一流本科課程的計劃。因此積極探索專業類“金課”的打造模式迫在眉睫，只有這樣才能更好的達到預期的教學目的和人才培養目標，并將創新育人過程和深化高等教育教學改革落到實處，讓更多的學生受益[1-3]。

材料科學的研究與發展離不開各種先進的分析手段，只有利用各類先進的檢測儀器才能對各種材料的不同微觀結構進行表征，從而控制其性能[4]。因此《材料分析方法》是全國高校材料類專業的一門核心課程，其中熱分析技術是材料熱力學性能分析檢測的重要手段，由于熱分析技術與本課程的其它檢測技術關聯性不大，再加上課程本身具有極其抽象枯燥的缺點，讓學生學習起來更加艱難。如果教師在教學設計和教學實施過程中不能處理好相關難點，學生課后必然一頭霧水[5-6]。

1 教學目標及相關教學難點

根據我校材料科學與工程專業《材料分析方法》課程的教學大綱，本節課的教學目標是掌握差熱分析的基本原理，理解影響差熱分析曲線可靠性的因素，了解差熱分析技術的儀器構造及主要應用。學會差熱分析測試結果的相關圖譜分析技巧。

《材料分析方法》課程是一門交叉性課程，對材料工藝、結構、物理、化學、磁學、力學和熱學等各方面知識要有一定的基礎，否則在講授和學習的過程中都會存在較大的困難。熱分析技術一章在《材料分析方法》課程中知識內容相對較為獨立，與其它章節所學的知識相通性不強。另外熱分析技術包括9類17種方法，知識較為零散，各類熱分析技術所測材料性能不盡相同又可以互相通用，易于混淆。差熱分析章節教學過程中的主要相關教學難點包括以下幾方面：

(1)差熱分析技術的原理(如圖1所示)。差熱分析技術原理理解起來比較抽象枯燥，根據以往教學經驗，學生掌握情況不太理想。

(2)差熱分析分析技術的影響因素(各因素的作用機制、特殊試樣的處理和選用條件的原則)。差熱分析技術的影響因素主要分為儀器結構、操作條件選擇和樣品狀態三類，每一類又包括了不同的子影響因素。學生在學習各因素的作用機制時經常發生難以理解和混淆概念現象，只有充分理解了各影響因素的作用機制，才能更好的掌握選用的原則。

(3)差熱分析曲線的解析。曲線解析是學習的一個重點，數據分析時存在很多的技巧和方法，由于學習課堂知識和畢業設計實際測試結果分析間隔時間太長，中間缺少相應的實踐環節，學生往往學會了理論，在遇到具體數據時，卻無從下手，不會分析。

圖1 差熱分析原理示意圖

2 教學設計及實施

教學設計能力對于教師提高工作績效、促進學生學業進步具有舉足輕重的作用?？茖W合理地對課程知識進行教學進行設計，是課堂教學取得成功的重要保障。在教學設計時應充分利用現代信息技術和網絡資源，科學地安排課堂教學過程的各個環節和要素，進行教學設計。教學設計合理與否直接關系到學生對新知識的掌握情況和授課效果，是覺得課堂教學成果與否的前提。教師在教學過程中扮演了導演的角色，一個好的教學設計如同一個優秀的活動策劃方案[7-8]。

圖2 NH4NO3的DTA曲線：a.5mg；b.50mg； c.5g

針對本章節知識抽象枯燥等特點，筆者在進行課程教學設計時，采用引導式、啟發式和預設式教學方法。在具體教學過程中，先讓學生對新課程內容進行猜想，結合前期知識儲備進行構想，如各影響因素對DTA/DSC曲線有何影響，其作用機制可能是什么，通過教師的內容講解與分析對同學們的猜想進行驗證，從而讓新知識在同學們的思維中進行反思和修正，建構及完善成新的知識。如差熱分析的影響因素一節具體教學過程是采用鐵觀音與西湖龍井茶味道的區別如何分析等經典實例導入新課，通過引導與討論形成認知沖突，從而激發學生的課堂參與愿望、啟發積極思維，維持其思維動力，提高課堂效果。通過討論+辯論+情景表演+實例分析等方法幫助學生掌握相關重難點。分析過程中結合羊肉泡饃、烤紅薯、煮稀飯糊鍋等生活實例幫助學生理解，新知識總結以后再給出具體測試誤差的實例，如不同顆粒大小、樣品用量和填裝方式對無水硫酸銅差熱分析曲線所造成的實測誤差(如圖2所示)，讓學生明白各影響因素的作用機制及選擇原則。針對差熱曲線分析不易掌握的問題，筆者在教學過程中增加了數據解析練習環節。教師備課時通過文獻檢索，查閱論文中有關差熱分析的一些文章，從中選出分析比較全面的一些例子，作為課堂練習題和課后作業題，讓學生及時運用課堂所學知識解決實際問題，在參與過程中加深他們的理解和印象。相應作業更注重學生工程實踐能力的培養，如差熱分析課后作業為：很多人在熱分析測試時往往因為樣品處理不科學導致數據失真，能否開設一個專業的分析制樣機構進行創業，查閱資料并簡單做一個市場分析？三聚氰胺是不法商販經常采用的有害物質，結合本節課知識說明如何了解三聚氰胺在0-120 ℃的熱力學性能？熱分析在我校檢測時往往出現擁堵現象，為提高儀器的使用效率，請構思一種互聯網+儀器預約服務平臺？

3 教學過程的創新點

傳統的課堂教師容易滿足于自己講授了多少知識和技巧，但學生真正掌握了多少，學會了多少，不同學生掌握的情況如何，往往被忽略。課堂創新和創新課堂是高等教育發展新階段對高校課堂的新要求與新標準，每一位高等教育工作者都應該積極在教學過程中進行教學方法的改革與創新。課堂改革，一方面要把學生的被動學習改為主動學習，讓學生在課堂上有成就感享受感，自覺主動地把身心都留在課堂上；另一方面要讓教師有用戶思維，以學生為中心，改掉以前只重輸出不顧接收的教學理念。

在熱分析技術章節的教學過程中積極進行改革和課堂創新，可能存在以下幾點創新性：首先是課程思政，通過嫦娥五號等事例的思考培養學生愛國主義情懷和家國情懷。課程思政是新時代高等教育的新要求和特征，專業課程的思政是培養政治合格型高級專業人才的前提與保障。其次，通過導致測試誤差的因素分析培養學生嚴謹的科學研究態度，讓科學嚴謹的科研態度根植于心，為學生畢業后從事產品品質管理和產品研發等方面工作打下堅實基礎，杜絕學術不端現象發生；第三，利用傳統文化中戲曲事例幫助學生理解難點，在傳統戲曲與材料學科的碰撞過程中培養其文化自信。比如影響差熱曲線的樣品填裝方式，比較難理解，可用京劇《蘇三起解》中蘇三和《貴妃醉酒》中楊貴妃的頭飾的“疏”與“密”進行比喻，幫助學生理解樣品填裝送與緊的區別。在知識傳授過程中又培養了學生的綜合素養和文化自信。最后是考核方式多維度化。傳統一考定終身的考核方式存在諸多不合理因素，在教學難點處理過程中加大過程考核。如：采用小組討論、小型辯論賽、情景短劇表演、課后設計類作業完成情況等方式進行考核。在結課考試命題中取消傳統填空、簡答、名詞解釋等題型，采用工程案例分析、工程設計和糾錯(工程生產問題的相關問題)等題型進行考核，培養學生的工程能力。這些課堂上可能存在的創新方式一方面有利于學生更好的掌握課堂教學的重難點知識，從而實現教學目的；另一方面是為了實現“一流本科課程”的打造，積極響應國家教育方針，落實相關政策。

4 總結

全面開展一流本科課程建設，樹立課程建設新理念，推進課程改革創新，實施科學課程評價，嚴格課程管理是實現大學課堂“擠水煉金”的具體行動，作為一線教師應該積極參與到這場教學改革的革命中去。開展教學模式改革，進行課堂創新，積極培養學生的綜合素養和工程實踐能力是工科專業教師的責任。筆者以《材料分析方法》課程中差熱分析的相關理論知識為例進行了創新性教學設計，幫助學生掌握和理解教學難點，并引入課程思政、新工科建設、多維度考核、科學素養與文化自信的培養等教學理念，從教學實踐中邁出了課程建設的實質性步伐，為培養新時代合格人才打下基礎。