于景媛，李 強，齊義輝，劉偉東

(遼寧工業(yè)大學 材料科學與工程學院，遼寧 錦州 121001)

材料測試方法課程教學改革與實踐

于景媛，李 強，齊義輝，劉偉東

(遼寧工業(yè)大學 材料科學與工程學院，遼寧 錦州 121001)

基于材料測試方法課程本身和教學對象的特點，改革該課程教學內(nèi)容和教學方法。教學內(nèi)容補充工程實踐的知識，同時建立綱領(lǐng)性知識框架結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學生綜合運用知識解決工程實際問題的能力。教學方法采用啟發(fā)式、案例式以及問題鏈教學模式，提高課堂教學質(zhì)量。改革實驗教學內(nèi)容，增強學生的動手能力和獨立分析能力。通過教學過程的嘗試，在提高該課程的教學質(zhì)量的同時，培養(yǎng)了學生的獨立思考能力和工程實踐能力。

教學改革；材料測試方法；教學方法；教學內(nèi)容

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，人們對材料性能的要求日益廣泛和苛刻，對材料性能與其組成和微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系越來越感興趣，因而不斷發(fā)展新的研究方法，測試手段也越來越多樣化。在科研生產(chǎn)實踐中需要X射線衍射儀、電子顯微鏡等先進分析手段的工作越來越多，因此了解這些設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)、工作原理，熟悉設(shè)備的操作規(guī)程以及數(shù)據(jù)處理與分析具有非常重要的作用，為本科生日后走上工作崗位或繼續(xù)學習深造奠定堅實的基礎(chǔ)。材料測試方法這門課程在當代材料科學研究中占有重要的地位，是材料科學的重要組成部分。通過該課程學習，學生可以掌握研究材料的晶體結(jié)構(gòu)、微觀組織、化學成分、物相組成與材料制備工藝、材料性能間關(guān)系的理論知識和研究方法。針對材料測試方法這門專業(yè)基礎(chǔ)課的重要性，國內(nèi)有許多高校對材料測試方法進行了教學改革[1-6]，如內(nèi)蒙古工業(yè)大學馬文等人對無機非金屬材料測試方法課程教學方法進行改革，江蘇省鹽城工學院王旭等人對現(xiàn)代材料測試方法課程的教與學進行探討，濟南大學材料科學與工程學院楊中喜等人對現(xiàn)代材料測試方法實驗課程進行改革。

1 該課程存在的問題

1)材料測試方法涉及光學、電磁學、熱學、晶體學、數(shù)學、物理、量子學等學科，概念抽象，原理復雜，理論知識偏深偏難，學生學習起來比較吃力。一些理論知識偏向于專業(yè)的科學研究，遠離學生的工程實踐應(yīng)用。

2)《材料測試方法》教材各個章節(jié)間獨立為政，彼此之間缺乏明顯的有機聯(lián)系，導致學生進行割裂式學習，沒有將教材中相關(guān)知識點進行融會貫通，當遇到綜合應(yīng)用問題時束手無策，沒有能力去解決。

3)教學方法手段較單一，傳統(tǒng)的板書式教學難以將復雜晶體衍射、晶體衍襯像、倒易點陣、測試設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理清晰地展示出來。授課時教師采用一言堂及填鴨式的講課方式，導致學生的積極性不高，互動性不強。

4)實驗教學內(nèi)容過多介紹設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作原理，缺乏儀器的應(yīng)用、樣品的制備以及實驗數(shù)據(jù)的分析處理方面的內(nèi)容。由于實驗所涉及的測試設(shè)備均屬于昂貴設(shè)備，一般只有一臺，教師進行演示性實驗，學生無法動手、學習熱情不高，實驗報告雷同，抄襲現(xiàn)象嚴重，實驗教學效果不理想。

2 改革教學內(nèi)容，補充工程實踐的知識

為了提高課程教學質(zhì)量，結(jié)合我校培養(yǎng)具有較強實踐能力、創(chuàng)新精神的應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才和管理人才的目標，進一步提升學生的實踐動手能力和創(chuàng)新精神，進而增強其就業(yè)競爭力。根據(jù)課程的特點并結(jié)合學生的實際情況，對授課內(nèi)容、教學方法進行改革和探索。

針對材料測試方法課程的理論知識較多較深，部分知識點偏于科學研究，遠離學生工程實踐應(yīng)用需求，學生難以掌握的現(xiàn)象，調(diào)整教材內(nèi)容去繁取精，適當刪減一些較難偏科學研究、遠離工程實踐應(yīng)用的知識點，同時注意結(jié)合學生參與的大學生創(chuàng)新項目或?qū)熕芯康恼n題，將項目研究所需的相關(guān)檢測設(shè)備和檢測方法融入課堂教學中，并增加材料測試方法在工程領(lǐng)域中的實際應(yīng)用。

案例1 某學生的大學生創(chuàng)新項目是氧化鎳粉體的制備，粉體制備后，如何對粉體的形貌特性進行表征呢？這時就用到材料測試方法的知識。通過電鏡對粉末顆粒的形貌特性進行觀察分析，確定粉末顆粒的外形輪廓、輪廓清晰度、顆粒尺寸大小和厚薄、粒度分布和聚焦或堆疊狀態(tài)等。如果用透射電鏡進行分析，不但可以觀察到分散在碳加強支持膜上的粉末顆粒試樣，還可以用復型法制得的粉末顆粒的表面復型。觀察粉末顆粒試樣時，還可根據(jù)象的襯度(透明程度)來估計粉末顆粒的厚度、空心或?qū)嵭模粚τ袃煞N以上物相組成的粉末顆粒，可以用選區(qū)電子衍射逐個顆?；蛑鸱N形態(tài)確定晶體物質(zhì)的物相及晶體取向，觀察粉末顆粒的表面復型并了解顆粒表面的細節(jié)特征。

通過這種講授，使學生將所學的理論知識應(yīng)用到實處，使學生學到的不再是抽象的理論，而是到工作崗位解決實際問題的方法和能力。同時把本材料學科發(fā)展最前沿的新信息、發(fā)展動向融于課堂教學之中，大大提高了教學效果。

3 建立綱領(lǐng)性知識框架結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學生綜合運用知識解決工程實際問題的能力

針對學生對材料測試方法各章節(jié)割裂式學習，難以綜合運用知識解決工程實際問題的現(xiàn)象，改變傳統(tǒng)授課僅重視知識傳授，忽視學生邏輯思維培養(yǎng)的情況，建立課程綱領(lǐng)性知識體系。培養(yǎng)學生對知識點全面把握和融會貫通的能力，提高學生解決復雜工程實際問題的能力。在授課時，教師先初步介紹各章節(jié)的內(nèi)容，使學生明白本章學習的主要內(nèi)容以及學習目的，了解該章與前面章節(jié)關(guān)系。每次授課都將本節(jié)課的關(guān)鍵知識點寫在板書左側(cè)，授課結(jié)束后對主干知識點進行回顧，同時闡述各個知識點間的邏輯關(guān)系，意在培養(yǎng)學生的邏輯思維能力。每章結(jié)束后會建立該章節(jié)主要內(nèi)容框架圖(如案例2)，整門課程結(jié)束建立各章節(jié)關(guān)系的框架圖，讓學生明白各章節(jié)之間的有機聯(lián)系。結(jié)合工程應(yīng)用的實際案例，讓學生在知識框架內(nèi)抽取相關(guān)知識點，通過對知識點的整合來解決實際問題，提高學生解決復雜工程實踐問題的能力(如案例3)。

案例2 在學習《材料測試方法》中X射線衍射線方向一章，當本章內(nèi)容結(jié)束，將本章內(nèi)容建立框架，如圖1所示。

圖1 第3章X射線衍射線方向內(nèi)容框架示意圖

案例3 某學生協(xié)助導師研究Ni(OH)2加熱水化分解反應(yīng)，導師希望該學生能很好地了解加熱分解反應(yīng)后生成物的特性。該學生根據(jù)所掌握的框架知識體系，綜合利用所學的電子顯微鏡和X射線衍射分析等知識來解決實際問題。通過電鏡可以觀察到加熱反應(yīng)起始物質(zhì)為Ni(OH)2，它的外形呈六方片狀。將Ni(OH)2加熱到493K后，反應(yīng)物仍保持六方片狀外形，但每一六方晶片巳分解成許多非常細小的顆粒，并成為多孔結(jié)構(gòu)。對這些小顆粒進行選區(qū)電子衍射，結(jié)果表明Ni(OH)2六方晶片已分解為許多NiO小單晶，形成“馬賽克”結(jié)構(gòu)，但仍保持原來的Ni(OH)2外形。此外將加熱分解前后的樣品進行X射線衍射測試，通過對圖譜進行分析，也可以驗證加熱前后樣品的晶體結(jié)構(gòu)分別為Ni(OH)2和NiO。

4 采用啟發(fā)式、案例式以及問題鏈教學模式，提高課堂教學質(zhì)量

針對傳統(tǒng)教學模式單一，學生上課積極性不高的現(xiàn)象，由以傳授知識為主要特征的“教學型”教學向以培養(yǎng)認知能力和應(yīng)用能力為主要特征的“探究+應(yīng)用型”教學轉(zhuǎn)變。通過“學習、探究、實踐”互動，提高學生的學習熱情和課堂的授課質(zhì)量。

改變傳統(tǒng)的板書式教學模式，采用多媒體輔助板書設(shè)計。既讓學生對抽象問題有形象認識，又可保證教師對重點難點問題能進行詳細講解。避免傳統(tǒng)教師一言堂和填鴨式教學方式，采用啟發(fā)式、案例式以及問題鏈教學模式。以學生為主，通過精心設(shè)計問題情景，引導學生按照“發(fā)現(xiàn)問題—分析問題—解決問題”的思維發(fā)展過程，通過問題的提出，探索解決問題的方法，引發(fā)學生的學習興趣，提高課堂教學質(zhì)量。

案例4 在講述布拉格方程一節(jié)時，首先介紹布拉格父子的科學假設(shè)——他們認為X射線的衍射方向不是任意的，只有在滿足與入射線呈鏡面反射方向才會有衍射線產(chǎn)生。根據(jù)假設(shè)引導學生設(shè)計布拉格所做的實驗，通過對實驗的講解引出布拉格實驗的結(jié)果，引導學生比較實驗結(jié)果與預先設(shè)想的結(jié)果。通過理論推導來解釋實驗現(xiàn)象，最終得到布拉格方程。通過對布拉格方程的解析后設(shè)計例題，讓學生通過預先講解的知識點，自己動手結(jié)題，教師從旁指導，學生通過這次課的學習可以更好地掌握布拉格方程。

5 改革實驗教學內(nèi)容，增強學生的動手能力和獨立分析能力

針對傳統(tǒng)實驗課程內(nèi)容枯燥，激發(fā)不了學生學習興趣的問題，對實驗教學內(nèi)容進行改革。將授課內(nèi)容從介紹儀器的原理和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向儀器設(shè)備在工程上的實際應(yīng)用，從傳統(tǒng)教師演示性實驗轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生動手參與、學生動手分析數(shù)據(jù)，教師輔助指導的模式，調(diào)動學生學習的主觀能動性。實驗授課教學目標由以往的“以介紹儀器為中心”轉(zhuǎn)化到“如何運用儀器分析材料為中心”，以介紹儀器的原理和結(jié)構(gòu)為輔，重點放在儀器的應(yīng)用、樣品的制備以及數(shù)據(jù)的分析處理上。減少教師的演示性實驗，增加學生動手參與環(huán)節(jié)，設(shè)計綜合性實驗，要求學生結(jié)合所參與的創(chuàng)新性項目從樣品選擇，試樣制備、測試條件確定，到測試數(shù)據(jù)分析以小組為單位獨立進行。這種實驗模式既增加了學生對未知實驗內(nèi)容的興趣，又避免了實驗報告抄襲和雷同的現(xiàn)象，提高實驗教學的質(zhì)量，同時為學生日后的畢業(yè)設(shè)計和工作奠定基礎(chǔ)。

案例5 在進行物相分析實驗時，不再采用教師獨立操作的演示實驗，而是要求每組學生預先尋找一個樣品，金屬材料、陶瓷材料不限制，要求學生獨立自主制備X射線衍射所需的樣品，并獨立進行樣品的測試操作和結(jié)果分析。通過這種訓練，學生可以減少懼怕心理，更好地操作設(shè)備，同時結(jié)合所查閱的文獻資料，選擇合適的測試條件，并可以獨立運用軟件對物相組成進行分析。

6 結(jié)束語

通過上述的課程改革，激發(fā)了學生學習的熱情和主觀能動性，提高了學生獨立思考、分析問題、解決問題和實際動手的能力。讓學生從被動接受知識轉(zhuǎn)化為主動自覺地學習知識，提高了授課質(zhì)量。教學改革提高了材料類專業(yè)畢業(yè)生材料測試方法方面的實驗技能、工程應(yīng)用與實踐能力，提高了學生的就業(yè)競爭力。

[1]馬文,白玉,王俊,等.“無機非金屬材料測試方法”鏈式教學法初探[J]. 科技信息, 2012(33):4-5.

[2]左從玉，鄭林義.無機非金屬材料測試方法課程教學改革探索[J]. 中國教育技術(shù)裝備, 2012(33):14-16.

[3]王旭，張霞，管浩，等. 材料測試方法課程的教與學的探討[J]. 成功(教育)，2013(16) :191-192.

[4]楊中喜，陶文宏，師瑞霞, 等. 《現(xiàn)代材料測試技術(shù)》設(shè)計性實驗教學的改革與探索[J]. 實驗室科學, 2008(4):40-41.

[5]王現(xiàn)英. 《現(xiàn)代材料分析方法》課程教學改革探索與研究[J]. 教育教學論壇, 2013(20):65-66.

[6]楊英歌，陳飛，曾冬梅, 等. 現(xiàn)代材料分析方法教學改革探討[J]. 新課程研究：高等教育, 2011(4):75-76.

Reform and Practice on the Course of Material Test Methods

YU Jingyuan, LI Qiang, QI Yihui, LIU Weidong

(College of Materials Science and Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China)

Based on the characteristics of the course and teaching objects, the teaching contents and methods of Material Test Methods are reformed. The knowledge on engineer practice is added and the programmatic knowledge frame structure is established, which contributes to improve the abilities of solving the engineering practice problems according to comprehensive knowledge. The teaching modes of elicitation method, case, and problem chains are applied and the teaching quality is improved. The experiment teaching contents are reformed in order to strengthen the manipulative ability and independent analysis ability. The teaching quality of this course is improved and independent analysis and engineering practice abilities of students are improved through the teaching reforming.

teaching reform;material test methods; teaching methods; teaching content

2014-11-21；修改日期:2014-12-25

2014年遼寧省普通高等學校本科教育教學改革研究項目(UPRP20140482)；遼寧工業(yè)大學2014年教改立項(2014019)；遼寧工業(yè)大學2012年教改立項(2012010)。

于景媛(1979-)，女，博士，副教授，主要從事材料教學和科研方面的研究。

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.06.030