“復合材料研究與測試方法”教學改革探索與實踐

王雨霏 葛鑫 邢瑞光 潘高飛

摘? 要：為優化教學資源，提高課堂教學效率，培養研究與應用雙型復合人才，文章結合內蒙古科技大學材料與冶金學院（稀土學院）復合材料與工程專業的教學改革，從“復合材料研究與測試方法”課程特點、學生情況以及教學環境出發，對“復合材料研究與測試方法”課程的教學目標與內容、教學方法與模式、考核方法與形式，以實踐探究的方式進行改革探索研究，以期達到激發學生對課程的興趣，促進學生的學習主動性，提升學生的思考能力，擴展學生的知識結構，強化學生的實踐能力之目的。

關鍵詞：“復合材料研究與測試方法”;教學探索;教學改革

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2022）11-0120-04

科學技術的發展與創新對材料的性能提出了更高更復雜的要求，復合材料應運而生，顯示出了某些超越傳統材料的優勢以及更為廣泛的應用前景[1]。為了滿足國家對復合材料人才的需求，內蒙古科技大學開設了復合材料與工程專業。該專業要求畢業生具有非常扎實的理論基礎和很強的實踐能力，掌握復合材料的設計與制備加工方法，熟知組成結構與性能之間的基本規律，具有對復合材料的分析檢測的基本技能。“復合材料研究與測試方法”課程是學生系統掌握復合材料的設計制備及結構性能、測試方法的重要專業課程，能使學生對復合材料常用測試方法的基本原理、測試設備及方法、測試結果處理與分析具有較全面的理論知識以及實踐操作能力。所以，對“復合材料研究與測試方法”課程進行改革，在教學過程中應在注重培養研究型人才的同時兼顧應用型人才的培養，以適應我國社會經濟與科學技術的發展，培養具有創新能力和實踐能力的應用型創新人才。

一、“復合材料研究與測試方法”課程特點和學習目標

“復合材料研究與測試方法”課程是建立在多學科基礎上的一門專業課程，課程內容涉及廣泛，包括物理學、化學、材料學等多種學科，要求學生具有較為廣博的知識儲備。課程安排在三年級第二學期，在學生學習了高等數學、大學物理、高分子化學、高分子物理、材料科學基礎、材料表面與界面等一系列專業課程，具備了大量知識儲備之后開設本課程。課程系統介紹了常用復合材料微觀分析的基本知識，詳細介紹了紅外光譜（FTIR）、X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、熱分析、動態力學熱分析等分析測試方法的基本原理、儀器結構及工作原理、儀器使用、測試數據的處理和分析以及測試方法的應用。另外，該課程是理論與實踐緊密結合的一門課程，隨著科學技術的發展進步，儀器測試手段日益更新，因此課程教學也需要緊跟科學前沿不斷發展。

“復合材料研究與測試方法”課程的學習目標是使學生對復合材料研究與測試方法具有一個全面的認知，并且了解這些微觀分析手段的特征和用途，掌握復合材料常用微觀測試方法的基本知識，具有進行微觀分析的理論知識和基本技能，能夠根據測試目的、實驗需求、材料特征等正確選擇分析測試方法，并且可以熟練處理測試數據并進行分析，具有作為研究型人才或應用型人才開展復合材料研究或者分析解決復合材料工程實際問題的能力。

二、“復合材料研究與測試方法”課程教學現狀

“復合材料研究與測試方法”課程在教學中普遍存在學生難以徹底理解、貌似聽懂，一旦遇到實例就不會的情況，在考核中的反映就是即便開卷考試仍有部分學生找不到答案。造成這種現象的原因有：1. 教學內容單一。“復合材料研究與測試方法”課程是理論與實踐緊密結合的一門課程，然而“復合材料研究與測試方法”課程中所學習的測試方法的基本原理、儀器結構及工作原理等理論知識較難，涉及知識面廣，而教學課時有限，所以更多的教學內容偏重于理論教學，而削減了應用性和創新性內容。造成的結果就是學生感覺課程難，逐漸喪失學習興趣與學習主動性，限制了對學生應用能力和創新能力的培養。2. 教學方法和教學手段過于傳統。“復合材料研究與測試方法”課程中涉及了很多測試儀器的結構、工作原理、儀器使用、分析方法以及應用等較為抽象的知識內容。而傳統的“課本+PPT+板書”教學方法并不能幫助學生很好地理解晦澀難懂的理論知識和掌握材料研究測試方法及建立三維的知識體系，也不能激發學生課堂學習興趣。3. 開放實驗教學缺乏。實驗教學的缺乏是學生不能完全掌握復合材料研究與測試方法的重要原因。“復合材料研究與測試方法”課程擔負著培養學生知識應用與創新能力的雙重重任，學以致用是關鍵，最終還是要落腳于實踐。而開放實驗教學的缺乏恰恰導致教學中學生實踐不足，一定程度上造成了學生貌似學會了卻不會用的結果。4. 考核體系不夠全面。全面的考核體系可以實時、多維度、全方面反映學生對課程的掌握情況，可以根據反饋及時調節教學內容與教學方法，幫助學生更快更好地掌握知識。考核體系不夠全面導致不能及時、全面地發現學生學習中所存在的問題，無形中給研究型與應用型創新人才的培養設置了障礙。

三、改革教學，提升質量

為了提升教學質量、實現教學目標，該校根據課程特點和教學內容，對“復合材料研究與測試方法”課程的教學改革進行了一系列探索與實踐。依據“復合材料研究與測試方法”課程本身的特點，在教改的探索中，主要集中于以下幾方面：1. 根據本專業學生的學習背景，理解能力等針對性調整教學素材、教學模式以及評價考核體系，促使學生可以正確、全面地理解課程內容中的重點、難點，掌握專業知識，具有專業素質。2. 培養學生獨立的學習探索能力以及創新意識。

（一）課程內容的構建與教學內容的調整

教材是學生獲取知識最直接的途徑，所以教材的選擇至關重要。1. 教學內容的安排對激發學生對課程的興趣、構建知識結構具有舉足輕重的作用。葉圣陶先生說“教材無非是個例子”。例子選取得典型，非常有助于學生理解、掌握與應用，能起到事半功倍的效用。在教材的選擇上，經過該專業教師長期在教學中的探索和總結，發現現有的教材各有側重，與學生背景、課程目標并不能完全匹配，所以，該專業教師以吳剛主編的《材料結構表征及應用》為主，將陳厚等人編著的《高分子材料分析測試與研究方法》、王富恥主編的《材料現代分析測試方法》以及過梅麗主編的《高聚物與復合材料的動態力學熱分析》等教材進行整合，系統性地對紅外光譜、X射線衍射分析、掃描電子顯微鏡、材料熱分析、動態力學熱分析等復合材料常用分析測試方法的基本原理、儀器使用、分析方法、應用等方面給予全面的知識構建。“復合材料研究與測試方法”課程的特點是理論密切聯系實踐，以應用為主的，并且具有前沿性。在傳統教材的選擇之外，可以適當增選電子教材，以便于多次修訂。將不斷發展的前沿性實例與教材相結合，對于擴展學生構建該課程前沿性研究的知識體系、激發學生該課程的學習興趣、提高該課程的教學質量大有裨益[2]。

該課程理論學習與操作實驗緊密結合，實踐成為獲得課程知識的最佳手段。傳統課程的教學都是以課本為主，系統而全面地講授知識內容。然而，基于“復合材料研究與測試方法”課程的特點和學習目標，教學內容必然需要進行調整。除了對基本原理、儀器使用、分析方法、應用等內容的學習，大量實例是迅速掌握本門課程的有效途徑，通過對大量實例的分析，能增加學生對課程知識的理解能力，達到熟練處理測試數據并進行分析的學習目的。此外，隨著科學技術的發展，在測試研究方法中利用各種數據處理軟件進行數據分析可以實現大量數據的快速、準確處理與分析，例如XPS分析方法中數據的處理。但是在本科課程甚至于研究生課程中都沒有有關分析軟件應用的學習，這種弊端在學生做畢業設計時就會體現出來，所以在學生掌握某一研究與測試方法課程內容后再加入簡單的數據處理軟件的使用，既能提升學生學習的興趣，也能促使達成教學目的。

“復合材料研究與測試方法”具有綜合性的特點。在學習過程中涉及多學科課程知識。這些多學科課程知識學習掌握的程度，直接會影響到“復合材料研究與測試方法”的學習效果。這些課程方面知識的缺失，會對“復合材料研究與測試方法”課程的學習造成很大困難，甚至會使學生產生厭學情緒。針對這種情況，該校在講學“復合材料研究與測試方法”每一章節前，增列“導學提示”，列出學習本章節所用到的有關課程知識，讓學生在進入本課程的學習之前，提前溫習到位，補足缺失的知識。教學過程中，有了相關課程及相關知識的支撐，對于達成教學目的，使學生理解掌握課程知識、構建知識體系就變得容易得多，學習進程也能夠順利推進。

（二）教學模式的改革

教學內容是課程的基石。“復合材料研究與測試方法”課程內容涉及學科范圍廣，且理論性強，教學中更容易偏向理論而忽視對實踐能力的培養，致使教學模式相對單一，課堂教學枯燥，學生學習興趣缺乏[3]。所以，推動教學模式的改革是提高教學質量的重要途徑。改變教學模式，使課堂生動有趣，提高學生的積極性，能促進學生對知識的吸收。結合多媒體教學，可以將“復合材料研究與測試方法”課程中枯燥深奧的理論知識進行形象展示;將儀器結構的平面繪圖由立體化的圖像、視頻所代替。例如在紅外光譜學習中，教師講述基本原理時加上動畫輔助，可以讓學生直接、快速、深入地理解紅外光譜的基本原理，之后無論是分析方法、應用等知識內容都是建立在其基本原理基礎之上，在深入理解了基本原理之后，分析方法、應用等知識的學習就更加的游刃有余。立體化的教學模式可以幫助學生理解晦澀難懂的理論知識，直觀地理解材料研究測試方法，激發學生課堂學習興趣、快速形成永久記憶。

課堂教學應以學生為中心，以學定教。立體化多媒體教學可以使課堂教學內容生動有趣味性，吸引學生注意力，激發學生的學習興趣。為更進一步提升學生學習主動性，培養學生的理解應用能力，可以在課堂教學中開展以學生為中心的教學模式，采用探究式教學法，教師提供問題情景，引導學生通過問題調研，進行討論、解答、交流等等，打開學生思路，碰撞出思維的火花，促使學生主動積極進行思考，培養學生發現問題解決問題的能力。學習過程不再是講授式灌輸，而是學生主動參與課堂完成知識的學習、積累和應用，有利于學生對新知識的理解、吸收[4]。

隨著線上教學的發展，“雨課堂”等線上課堂所獨有的優勢可以促進學生進行“碎片化”的學習，幫助教師了解學生的學習情況。例如在上課前教師可以在雨課堂上放一段小視頻、提一些思考題、或者前沿知識，提升學生的學習興趣，并帶著思考聽課，促使學生主動積極完成課堂學習。線上教學與課堂教學相結合，多元化的教學模式可以提升學生的學習主動性，實時掌握學生對課程內容的理解情況，可以有針對性地調整課堂教學，保證學生對重難點的掌握。例如教師可在雨課堂中設置問題，從答題人數、正確率判斷學生聽課情況以及知識掌握情況，進而對課堂教學進行調整。

（三）教學與科研相結合

“復合材料研究與測試方法”課程教學不僅要理解復合材料的研究與測試方法其原理等內容，測試儀器的使用以及測試結果的分析也是教學的重要部分。然而測試儀器的使用僅憑課堂教學是難以掌握的，“測試方法”教學，重在實踐。學生可通過親自動手，經過實踐——認識——再實踐——再認識的過程，掌握“測試方法”。因而，“測試方法”教學最好的方法是“習得”，鞏固所學知識的最好方法是“反復”。教師帶領學生參觀儀器、動手操作，對理解鞏固學習內容，掌握新知識大有裨益。然而在科研儀器使用緊張的情況下，為本科教學空出大量教學時間有實際難度，尤其是掃描電鏡等大型儀器，僅憑單次參觀又難以達到教學目的。因此，通過學校協調，在教師、實驗員進行科研的同時開放本科生觀摩學習、現場演示，涉及本學科的知識，讓學生去實踐，教師給予指導[5]。這樣可將教學與科研相結合，激發學生學習興趣，幫助學生理解所學知識，對所學知識融會貫通。

讓本科生參與到科研中，可在潛移默化中讓學生了解到科研的嚴謹性、團隊協作性，培養學生的工匠精神，讓學生認識到團隊合作和互利共贏的意義，促使學生成為身心健康發展的研究型與應用型創新人才。

（四）多元化考核體系

“復合材料研究與測試方法”課程的考核，通常平時成績占30%，期末考試成績占70%。對于占比較大的期末考試，目前學生更多是通過考前集中復習、死記硬背來取得成績，而忽視了平時的學習與積累，導致學生在考試時形成臨時記憶，“應付”考試。雖然，部分學生在考試中取得了合格甚至優秀的考試成績，然而并沒有形成知識體系，甚至在考試結束后遺忘知識點。雖然考試合格，但學生并不能將所學知識應用到之后的科研、生產實踐中，難以達成教學目的，學生也會喪失學習興趣;這樣的考核方式還會導致學生不重視這門課程的學習，追求不掛科，考試臨陣磨槍，過關拿學分。在本次教改探索與實踐中，改變平時成績的評價方法，增加平時成績占比，不再以作業成績與考勤為主，而是改為以課堂表現、前沿報告、小論文、實驗報告等形式，形成多元化考核體系，激發學生的學習主動性，并依靠多元化考核體系實時、多維度、全方面檢測學生對于課程的掌握情況，可以根據考核體系的反饋及時調節教學內容與教學方法，幫助學生更快更好地掌握知識，督促學生反復復習、整理，將所學知識融會貫通，構建知識體系。在期末考試中，豐富試題種類，加入一定比例的前沿知識，避免學生抄襲作業、死記硬背、應付考試，提高學生學習主動性，引導其注重平時積累，形成長期記憶，有利于學生搭建知識體系。

四、結論

教學改革為的是優化教育資源，提高教學效率與質量。“以生為本”是教學改革的出發點。學生樂學、知識易學，化復雜為簡易，融理論于實踐，是教學改革的目標。本研究通過對“復合材料研究與測試方法”課程教材、教學內容、教學模式、考核體系改革的探索與實踐，基本達到了教學改革的目的，課堂教學效率顯著提升，激發了學生對課程的學習興趣，促進了學生的學習主動性，提升了學生的思考能力，培養了學生的實驗能力。

參考文獻：

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[2] 張豪，多樹旺，施江，等. 案例教學結合因材施教在《材料研究測試方法實驗》課程中的應用與思考[J]. 山東化工，2021，50（02）：201-204.

[3] 張興華，牛牧野，李惠，等. 材料分析測試方法課程的幾點思考[J]. 國際公關，2019（05）：111.

[4] 王永剛，楊琳琳. 材料研究與測試方法的課程教學改革研究[J]. 輕工科技，2019，35（06）：177-178.

[5] 可丹丹，蔡穎，布林朝克，等. 《材料現代分析方法》課程教學改革研討[J]. 教育教學論壇，2019（18）：136-137.

基金項目：內蒙古科技大學課程思政教學改革研究項目（項目編號：SZY2020045）。

作者簡介：王雨霏（1987—），女，博士，內蒙古科技大學材料與冶金學院（稀土學院）講師，研究方向為功能高分子合成、高分子復合材料的合成與應用;葛鑫（1984—），男，滿族，博士，內蒙古科技大學材料與冶金學院（稀土學院）講師，研究方向為天然高分子復合材料;邢瑞光（1982—），男，博士，內蒙古科技大學材料與冶金學院（稀土學院）副教授，研究方向為石墨烯功能化及其復合材料;潘高飛（1991—），男，博士，內蒙古科技大學材料與冶金學院（稀土學院）講師，研究方向為有機合成、功能高分子合成、均相催化劑的合成與應用。