“新工科”背景下《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》課程教學(xué)改革研究

耿 碩，劉 飛

（貴州大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，貴州貴陽(yáng) 550025）

《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》課程具有重要的理論價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》是貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院無(wú)機(jī)非金屬材料專(zhuān)業(yè)的一門(mén)基礎(chǔ)課程，旨在使學(xué)生掌握光學(xué)顯微分析、X射線(xiàn)衍射分析、電子顯微分析和熱分析等分析方法的基本原理、實(shí)驗(yàn)技術(shù)和分析過(guò)程，同時(shí)了解光譜分析、色譜分析、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、X射線(xiàn)光電子能譜分析、穆斯堡爾譜分析和核磁共振譜分析的基本原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程之后應(yīng)具備以下能力：能夠科學(xué)的選擇分析測(cè)試方法、能獨(dú)立分析簡(jiǎn)單典型的測(cè)試結(jié)果、能與專(zhuān)業(yè)的分析檢測(cè)人員共同探討有關(guān)材料分析研究的試驗(yàn)方案和分析較復(fù)雜的分析測(cè)試結(jié)果，以及具備掌握新的分析方法和測(cè)試技術(shù)的自學(xué)能力。在“新工科”背景下[1-2]，深入研究《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》課程教學(xué)改革，有助于提高《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》課程的教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生對(duì)《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》課程中相關(guān)理論和方法的準(zhǔn)確理解和深入把握，這對(duì)學(xué)生后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)、工作及科研生涯產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。2017年，為積極主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、“中國(guó)制造2025”等一系列國(guó)家戰(zhàn)略，教育部積極推進(jìn)“新工科”建設(shè)。“新工科”建設(shè)背景下，《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》的課程教學(xué)改革，是一項(xiàng)全新的深化工科教育改革舉措，著力于培養(yǎng)卓越工程師，以積極應(yīng)對(duì)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變革。近年來(lái)，“新工科”建設(shè)已成為工科教育改革的理論和實(shí)踐發(fā)展重點(diǎn)，優(yōu)化培養(yǎng)目標(biāo)和知識(shí)結(jié)構(gòu)成為“新工科”人才培養(yǎng)的重中之重。在“新工科”這一背景下，《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》課程教學(xué)改革迎來(lái)了新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，并對(duì)高校工科人才培養(yǎng)提出了新的要求。本文深入分析了“新工科”建設(shè)背景下貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》課程在教學(xué)中存在的主要問(wèn)題，并探討了該課程教學(xué)中的改革舉措與具體實(shí)踐。

1 《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

1.1 教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化不足

目前，貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院無(wú)機(jī)非金屬材料專(zhuān)業(yè)主要選用張穎、任耘和劉民生等主編的《無(wú)機(jī)非金屬材料研究方法》作為《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》課程的教材。該教材一共分為7個(gè)章節(jié)，主要內(nèi)容涉及以下四個(gè)方面[3]。

（1）X射線(xiàn)衍射分析：主要講述X射線(xiàn)的物理基礎(chǔ)、X射線(xiàn)衍射的幾何條件、X射線(xiàn)的衍射強(qiáng)度、X射線(xiàn)衍射方法、X射線(xiàn)在物相分析及其他方面的應(yīng)用。

（2）電子顯微分析：主要涉及電子光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡和電子探針X射線(xiàn)顯微分析的工作原理、物理結(jié)構(gòu)和樣品的制備方法及初步分析。

（3）熱分析：主要介紹了熱分析的測(cè)定方法及其專(zhuān)業(yè)名詞，并根據(jù)方法的不同介紹了差熱分析、差示掃描量熱分析、熱重分析和熱膨脹分析的基本原理及其在無(wú)機(jī)非金屬材料分析中的應(yīng)用。

（4）主要涉及紅外光譜和拉曼分析的基本原理及其在無(wú)機(jī)非金屬材料分析中的應(yīng)用。教材內(nèi)容非常豐富，但教學(xué)過(guò)程中應(yīng)結(jié)合不斷變化的教學(xué)實(shí)際而進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容。

近年來(lái)，隨著無(wú)機(jī)非金屬材料研究方法專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃的修訂，該課程的教學(xué)課時(shí)量減少到32課時(shí)，因此教師不得不對(duì)某些內(nèi)容進(jìn)行刪減，同時(shí)對(duì)一些內(nèi)容僅作簡(jiǎn)要介紹以及部分內(nèi)容作為學(xué)生的自學(xué)內(nèi)容。此外，大部分學(xué)生對(duì)《材料化學(xué)基礎(chǔ)》《無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》和《晶體學(xué)與結(jié)晶化學(xué)》等選修課程的理論知識(shí)掌握不牢，同時(shí)該課程還包含許多跨學(xué)科知識(shí)和描述性的抽象知識(shí)，加大了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，從而導(dǎo)致學(xué)生存在上課注意力不集中、學(xué)習(xí)興趣低、不能合理運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)材料進(jìn)行分析等問(wèn)題，課程的教學(xué)效果不盡如人意。因此，在“新工科”概念背景下，必須根據(jù)新的教學(xué)實(shí)際及時(shí)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，以在有限課時(shí)內(nèi)達(dá)到更佳的教學(xué)效果，以夯實(shí)學(xué)生的理論基礎(chǔ)和提升學(xué)生的素養(yǎng)、思維能力和實(shí)驗(yàn)操作能力。

1.2 教學(xué)方式單一

在過(guò)去的20多年里，高校教師的教學(xué)方式仍是以PPT和板書(shū)講授為主的“填鴨式”教學(xué)，導(dǎo)致《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》課程的教學(xué)方式也比較單一。在這種教學(xué)過(guò)程中，教師占主體地位，學(xué)生作為被動(dòng)接受者，難免被迫陷入被動(dòng)接受知識(shí)的困境之中，缺乏充分參與教學(xué)全過(guò)程的自主性和創(chuàng)造性，從而影響學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和運(yùn)用；其次，《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》課程涉及的分析測(cè)試方法的基本原理、概念和公式較多，教學(xué)中普遍存在照本宣科的教學(xué)方式，這種方式雖然也能傳授知識(shí)，但這種方式下的課堂非常沉悶，加之課時(shí)少、知識(shí)點(diǎn)多，很難有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不利于激發(fā)學(xué)生參與課堂教學(xué)的積極性，繼而影響學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的吸收和理解。最后，“填鴨式”的教學(xué)方式會(huì)導(dǎo)致學(xué)生知識(shí)體系過(guò)于單一，不利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，很難達(dá)到高校培養(yǎng)工科人才的目的。因此，在“新工科”概念背景下，為在有限課時(shí)內(nèi)提升教學(xué)效果，必須發(fā)展多元化的教學(xué)方法，采取適合當(dāng)下學(xué)生成長(zhǎng)的教學(xué)方式。

1.3 實(shí)驗(yàn)尚未開(kāi)展

目前，貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》課程由于課程少、內(nèi)容多等原因，尚未開(kāi)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)及分析測(cè)試儀器認(rèn)識(shí)和操作，而《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》課程又是一門(mén)實(shí)踐能力很強(qiáng)的課。當(dāng)前教師主要是在課堂上通過(guò)PPT和視頻播放等展示材料樣品的制備方法和分析儀器的操作過(guò)程。雖然這能在一定程度上加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握，基本認(rèn)識(shí)分析儀器的外觀和型號(hào)。但是缺乏樣品制備和分析儀器操作等實(shí)踐機(jī)會(huì)，不能有效提升學(xué)生的實(shí)際操作能力，且不利于學(xué)生更好地掌握所學(xué)知識(shí)，難以達(dá)到本專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)。此外，僅僅通過(guò)PPT和視頻播放展示儀器分析的操作過(guò)程不利于培養(yǎng)學(xué)生的探索能力和創(chuàng)新思維。因此，在“新工科”概念背景下，為提高學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和探索能力，必須開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，使每位學(xué)生都能直接參與試樣制備—分析測(cè)試—數(shù)據(jù)收集與整理—結(jié)果討論與分析這一實(shí)驗(yàn)的完整過(guò)程。

2 “新工科”概念背景下《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》課程的教學(xué)改革

針對(duì)以上三個(gè)方面的問(wèn)題，將從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、實(shí)驗(yàn)課程三方面深入改革，以提升教學(xué)效果，夯實(shí)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，提升學(xué)生的思維和實(shí)踐能力，為實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興培育本專(zhuān)業(yè)的合格人才。

2.1 根據(jù)專(zhuān)業(yè)需求，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》作為貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院無(wú)機(jī)非金屬材料專(zhuān)業(yè)的一門(mén)極為重要的基礎(chǔ)課程，為達(dá)到良好的教學(xué)效果和人才培養(yǎng)目標(biāo)，必須根據(jù)無(wú)機(jī)非金屬材料專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)和需求[4-5]，以人才培養(yǎng)方案為導(dǎo)向，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，以提高教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生更深入地把握本專(zhuān)業(yè)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)和重要理論。本專(zhuān)業(yè)學(xué)生主要學(xué)習(xí)材料科學(xué)與工程方面的基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)知識(shí)，掌握材料的制備、組成、組織結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的基本規(guī)律，接受各種無(wú)機(jī)非金屬材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能檢測(cè)分析、設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的基本訓(xùn)練，掌握開(kāi)發(fā)新材料、研究新工藝、提高和改善材料性能和提高產(chǎn)品質(zhì)量的基本能力。因此，在《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》授課過(guò)程中應(yīng)增加無(wú)機(jī)非金屬材料顯微結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容，減少熱分析和光譜分析的內(nèi)容，僅將其作為了解性的內(nèi)容。

另外，學(xué)生在《大學(xué)物理》《晶體學(xué)與結(jié)晶化學(xué)》和《電工學(xué)》等課程內(nèi)容中已經(jīng)學(xué)習(xí)了X射線(xiàn)的物理學(xué)及光學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)。因此，在《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》課時(shí)較少的情況下，對(duì)《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》課程的內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，適當(dāng)壓縮“X射線(xiàn)的物理基礎(chǔ)”和“電子光學(xué)基礎(chǔ)”的課程內(nèi)容，同時(shí)將“光學(xué)顯微分析”內(nèi)容作為自學(xué)部分和匯報(bào)內(nèi)容。此外，通過(guò)在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中引入與專(zhuān)業(yè)相關(guān)的檢測(cè)分析案例以及結(jié)合研究熱點(diǎn)來(lái)鞏固學(xué)生對(duì)《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》課程中介紹的相關(guān)研究方法的掌握，既能鞏固學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，又能鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和科研興趣，增強(qiáng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。除此以外，還應(yīng)增加X(jué)射線(xiàn)光電子能譜的基本原理和應(yīng)用等內(nèi)容，提高學(xué)生理解無(wú)機(jī)非金屬材料的電子結(jié)構(gòu)影響其材料性能這方面的內(nèi)容。通過(guò)優(yōu)化上述《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》的課程內(nèi)容，以期提高本課程的教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)本專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)。

2.2 教學(xué)相長(zhǎng)，豐富教學(xué)方式

根據(jù)《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》課程的教學(xué)目的和人才培養(yǎng)目標(biāo)，在教學(xué)過(guò)程中要以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生的想法和需求，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的反饋進(jìn)一步調(diào)整教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)方式。采用多元化的教學(xué)方式可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)積極引導(dǎo)學(xué)生在課前通過(guò)視頻學(xué)習(xí)、資料查閱、文獻(xiàn)閱讀、參與討論和問(wèn)卷答題等方式提前了解課堂內(nèi)容，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性，以適應(yīng)本門(mén)課的課時(shí)少、內(nèi)容多的客觀情況，同時(shí)，促進(jìn)教學(xué)相長(zhǎng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。此外，教師可以通過(guò)課前的問(wèn)卷調(diào)查和小組討論等方式評(píng)估學(xué)生的自學(xué)效果，分析教學(xué)知識(shí)的重難點(diǎn)，改進(jìn)教學(xué)方案，進(jìn)而合理地設(shè)計(jì)、組織課堂教學(xué)；還可以采用討論式教學(xué)，逐步引導(dǎo)學(xué)生理解和掌握重難點(diǎn)，以期提高教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

在“新工科”概念背景下，為進(jìn)一步提高學(xué)生結(jié)合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析材料的能力，以及理解非金屬材料的顯微結(jié)構(gòu)表征，在教學(xué)過(guò)程中需采用啟發(fā)式教學(xué)。如二氧化硅有多種變體：石英、方石英和鱗石英等，用一般的化學(xué)分析或光譜分析不能進(jìn)行區(qū)分，此時(shí)可以?huà)伋觥叭绾卫肵射線(xiàn)衍射分析法區(qū)分二氧化硅的多種變體及對(duì)混合材料中物相進(jìn)行定量分析”這一啟發(fā)性問(wèn)題，引入討論教學(xué)，讓學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)X射線(xiàn)衍射分析法，利用所學(xué)知識(shí)分析二氧化硅的多種變體，引導(dǎo)學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)、主動(dòng)思考物相分析方法。通過(guò)這種方法既能保證教學(xué)效果，還能鍛煉學(xué)生運(yùn)用材料分析知識(shí)和分析材料的能力。

2.3 科學(xué)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)課程

在“新工科”概念背景下，《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》作為一門(mén)實(shí)踐能力很強(qiáng)的課，為進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)儀器的認(rèn)識(shí)和實(shí)際操作能力[6-8]，對(duì)本課程新增實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，開(kāi)展小組分析材料的綜合科學(xué)實(shí)驗(yàn)：為每一小組提供不同的無(wú)機(jī)非金屬材料，讓其運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)材料進(jìn)行分析定性，整個(gè)實(shí)驗(yàn)包括試樣制備、檢測(cè)分析、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析。首先，針對(duì)材料微觀形貌的分析，如掃描透射電子顯微鏡和透射電子顯微鏡，由學(xué)生制備相關(guān)樣品，并由專(zhuān)業(yè)教師進(jìn)行儀器操作指導(dǎo)，由學(xué)生選擇其需要的形貌圖片；其次，針對(duì)物相的定性分析，經(jīng)專(zhuān)業(yè)教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)指導(dǎo)后，由學(xué)生自己制備樣品、操作儀器測(cè)試并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可以加深學(xué)生對(duì)分析原理的理解，提高學(xué)生實(shí)踐操作能力。此外，分配給每組同學(xué)的樣品是不同的，避免了學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告相互抄襲、消極對(duì)待和敷衍了事等問(wèn)題，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的溝通以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，強(qiáng)化學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題以及解決問(wèn)題的能力。

3 結(jié)語(yǔ)

《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》是貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院無(wú)機(jī)非金屬材料專(zhuān)業(yè)的一門(mén)基礎(chǔ)課程，在“新工科”概念背景下，總結(jié)了貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院《無(wú)機(jī)材料現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》課程在教學(xué)中存在的主要問(wèn)題，通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、豐富教學(xué)方式和開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)等措施提高本課程的教學(xué)效果和完成人才培養(yǎng)目標(biāo)。同時(shí)，在后續(xù)的教學(xué)活動(dòng)中仍需不斷總結(jié)和調(diào)整課程的教學(xué)內(nèi)容和方式。