材料研究與測(cè)試方法的課程教學(xué)改革

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【摘要】根據(jù)材料研究與測(cè)試方法課程的特點(diǎn)，提出從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、課程考核評(píng)價(jià)方式等方面進(jìn)行改革創(chuàng)新，以提高材料研究與測(cè)試方法課程的教學(xué)效果。實(shí)踐證明，教學(xué)改革能顯著地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生解決問(wèn)題和分析問(wèn)題的實(shí)踐能力，能顯著提高教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】材料研究與測(cè)試方法；教學(xué)方法；教學(xué)改革

1前言

材料是二十一世紀(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，材料是當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展和現(xiàn)代文明的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，人類文明發(fā)展的里程碑中一直都伴隨著材料的重要突破。而隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們已經(jīng)對(duì)材料的性能和用途提出了越來(lái)越高的要求，而材料的性質(zhì)和用途是由材料的結(jié)構(gòu)和組成決定的，因而需要系統(tǒng)地研究材料的結(jié)構(gòu)和組成，只有充分了解材料的組成結(jié)構(gòu)與其性能之間的密切關(guān)系，才能根據(jù)人們的需求去設(shè)計(jì)和提高材料的性能。因此，在材料研究工作中，往往離不開系統(tǒng)的材料研究方法和測(cè)試手段，如X射線衍射分析（XRD）、透射電子顯微鏡分析（TEM）、掃描電子顯微鏡分析（SEM）、X熒光分析（XRF）等高科技測(cè)試分析方法。為了能更好地從事材料的研究工作，了解這些儀器設(shè)備的工作原理、構(gòu)造組成，掌握儀器設(shè)備的操作規(guī)程和數(shù)據(jù)分析處理是非常重要的。材料研究與測(cè)試方法這門課程主要研究材料的組成和結(jié)構(gòu)，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握各種分析測(cè)試方法的基本原理與應(yīng)用，使學(xué)生們的材料分析能力得以提高。然而，由于該課程涉及到的理論偏多以及受到傳統(tǒng)教學(xué)方法的束縛，使得這門課程的教學(xué)效果沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果。我們?cè)诓牧涎芯颗c測(cè)試方法這門課的教學(xué)過(guò)程當(dāng)中，進(jìn)行了一些改革探索，希望能為該課程教學(xué)質(zhì)量的提高起到拋磚引玉的效果[1]。

2課程教學(xué)中存在的一些不足

目前，材料研究與測(cè)試方法課程所使用的教材中涉及到的部分知識(shí)內(nèi)容已經(jīng)嚴(yán)重落伍。比如隨著計(jì)算機(jī)的普及及技術(shù)的快速發(fā)展，大量的材料分析數(shù)據(jù)都已使用電腦軟件進(jìn)行分析處理，但目前許多教材沒(méi)有及時(shí)更新，仍然介紹已經(jīng)落伍的手工處理數(shù)據(jù)的原始方法。比如X射線衍射分析中對(duì)晶體的晶面間距d值計(jì)算、物質(zhì)的物相及百分含量的確定、衍射譜峰面積的計(jì)算、晶體尺寸的計(jì)算等，現(xiàn)在均已經(jīng)采用軟件自動(dòng)進(jìn)行分析處理，但是目前學(xué)生所用的教材中依然介紹了已經(jīng)落伍的費(fèi)時(shí)費(fèi)力的原始分析方法。此外，教材中理論內(nèi)容偏多，尤其是X射線晶體學(xué)中包含了較多的高等數(shù)學(xué)、微積分、物理化學(xué)等知識(shí)，繁瑣枯燥，導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)熱情[2]。

3課程教學(xué)改革

為了提高該課程的教學(xué)效果，結(jié)合我校培養(yǎng)高級(jí)應(yīng)用型復(fù)合人才的目標(biāo)，進(jìn)而增強(qiáng)其就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。結(jié)合該課程具有的特點(diǎn)及學(xué)生的實(shí)際情況等，對(duì)材料研究與測(cè)試方法課程的授課內(nèi)容、教學(xué)方法進(jìn)行了改革和探索。

3.1教學(xué)內(nèi)容

結(jié)合無(wú)機(jī)非金屬材料的專業(yè)特色，選擇適合本學(xué)科本科生的教學(xué)內(nèi)容，確定了以X射線衍射分析、透射電子顯微鏡分析、掃描電鏡、電子探針與熱分析技術(shù)為主的教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)內(nèi)容要求既能反應(yīng)本學(xué)科的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，又要具有前沿性和前瞻性。同時(shí)合理安排教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，適當(dāng)精簡(jiǎn)純理論內(nèi)容，結(jié)合測(cè)試設(shè)備介紹實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的工作原理，重點(diǎn)突出數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用環(huán)節(jié)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生們熟練地使用各種測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試和數(shù)據(jù)分析的能力，為進(jìn)行材料學(xué)研究奠定重要的基礎(chǔ)[3]。

3.2教學(xué)方法

傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師處于主導(dǎo)地位，學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性不高，學(xué)習(xí)效果較差。因此，可以結(jié)合大學(xué)生參與的“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外作品競(jìng)賽項(xiàng)目，將挑戰(zhàn)杯項(xiàng)目研究所需的測(cè)試設(shè)備和檢測(cè)方法融入到課堂教學(xué)中。例如某大學(xué)生的“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外作品競(jìng)賽項(xiàng)目是鎢酸錳納米線的制備，粉體制備好后，如何對(duì)納米粉體的物相和形貌特征進(jìn)行表征分析呢?這時(shí)就用到材料研究與測(cè)試方法的知識(shí)。首先要通過(guò)X射線衍射分析，來(lái)得到學(xué)生們所制備出來(lái)的粉體的X射線衍射圖譜，并通過(guò)Jade軟件進(jìn)行物相分析，來(lái)確定是否為鎢酸錳純相，并可以利用Jade軟件計(jì)算出晶粒的大小和結(jié)晶度。完成XRD的分析之后，再通過(guò)透射電鏡對(duì)制備出的鎢酸錳粉末顆粒的形貌進(jìn)行分析，確定鎢酸錳粉末顆粒的外形輪廓、顆粒尺寸大小和粒度分布等。還可根據(jù)納米顆粒的襯度來(lái)估計(jì)粉末顆粒的厚度、空心或?qū)嵭?；并且?duì)有兩種以上物相組成的粉末顆粒，可以用選區(qū)電子衍射來(lái)確定晶體物質(zhì)的成份組成。通過(guò)這種授課方式，學(xué)生可以將課堂上所學(xué)到的材料分析測(cè)試?yán)碚撝R(shí)應(yīng)用到具體的科學(xué)研究之中，顯著提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)質(zhì)量，全方位有效地提升同學(xué)們的分析和解決實(shí)際科研問(wèn)題的能力。同時(shí)把本材料學(xué)科最先進(jìn)的測(cè)試方法、測(cè)試儀器和發(fā)展動(dòng)向融于到課堂教學(xué)之中，大大提高了教學(xué)效果[4]。

3.3多媒體的多樣化與板書相結(jié)合的教學(xué)方法

粉筆板書是一種比較枯燥的教學(xué)方法，多媒體的教學(xué)方式相對(duì)來(lái)說(shuō)比較生動(dòng)，容易吸引學(xué)生們的注意力，多媒體要實(shí)現(xiàn)文字、圖片和教學(xué)視頻的完美結(jié)合。并且因材料研究與測(cè)試方法課程涉及到的原理、公式等專業(yè)理論知識(shí)較多，涉及到的儀器結(jié)構(gòu)比較抽象，因此本課程需要改進(jìn)教學(xué)方法，適當(dāng)?shù)夭捎?D動(dòng)畫進(jìn)行生動(dòng)演示，對(duì)該課程涉及到的測(cè)試儀器的組成結(jié)構(gòu)、工作原理等內(nèi)容進(jìn)行更生動(dòng)形象的演示，使同學(xué)們的有更直觀的認(rèn)識(shí)。另外，加強(qiáng)教師與學(xué)生在課堂上互動(dòng)，來(lái)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行積極的思考。另外為提高學(xué)生的興趣，課堂上應(yīng)該給同學(xué)們適當(dāng)?shù)亟榻B一些名人軼事，例如，倫琴是如何發(fā)現(xiàn)X射線的，德布羅意是如何因電子的大膽假說(shuō)而獲得諾貝爾獎(jiǎng)的，勞埃和布拉格父子倆是如何從大膽的假設(shè)到進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)印證，從而獲得成功也相繼獲得諾貝爾獎(jiǎng)的故事等等。讓學(xué)生們?cè)诹私饪茖W(xué)家的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的思路和方法中獲得學(xué)習(xí)樂(lè)趣和靈感[5]。

3.4改善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力

材料研究與測(cè)試方法是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程，因此在本門課程中安排了適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，包含了X射線衍射實(shí)驗(yàn)、掃描電鏡實(shí)驗(yàn)和熱分析等實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，盡量讓學(xué)生們都有親自動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，例如制作X射線衍射測(cè)試的試樣及掃描電鏡測(cè)試的樣品，測(cè)試儀器的參數(shù)設(shè)置等，旨在培養(yǎng)學(xué)生的使用操作儀器的能力和分析測(cè)試能力，為學(xué)生接下來(lái)參加的開放實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)及畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的順利進(jìn)行奠定重要的基礎(chǔ)。尤其在最后一學(xué)期的畢業(yè)論文中，讓學(xué)生們經(jīng)歷材料研究的各個(gè)環(huán)節(jié)，接觸和使用到常用的材料研究和測(cè)試的儀器和分析手段，達(dá)到熟練掌握和運(yùn)用各種測(cè)試方法進(jìn)行材料分析研究的目的[6]。

3.5課程的考核評(píng)價(jià)

課程的考核和評(píng)價(jià)方式改革，由單一的閉卷考試改為多元化的考核，降低試卷成績(jī)的比重，增加如專題演講和討論、實(shí)驗(yàn)中動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)、平時(shí)課堂表現(xiàn)等考查環(huán)節(jié)，同時(shí)在試卷中增加解決實(shí)際問(wèn)題的圖譜解釋、圖譜測(cè)試分析、測(cè)試條件制定等，充分考查學(xué)生們利用所學(xué)到的材料分析測(cè)試方法來(lái)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

4結(jié)束語(yǔ)

總之，材料研究與測(cè)試方法課程的教學(xué)改革要圍繞本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，通過(guò)在教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、教學(xué)方法、考核方式等方面進(jìn)行大膽的改革探索，充分地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生在材料研究中的分析測(cè)試能力，有助于實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高級(jí)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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[6]賈鐵昆,付芳.《材料研究與測(cè)試方法》課程教學(xué)模式改革[J].輕工科技,2017(4):152-153.

作者：王永剛 楊琳琳 單位：洛陽(yáng)理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院