熊焰　陳艷林　嚴(yán)明

[摘 要]現(xiàn)代測試技術(shù)由于其課程內(nèi)容抽象的語言形式與復(fù)雜的物理學(xué)基礎(chǔ)使學(xué)生對其敬而遠(yuǎn)之，教學(xué)效果不理想。要改變這種狀況，首先需要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。我國的高等教育正在全面推進(jìn)素質(zhì)教育，努力培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神與實踐能力的大學(xué)生。當(dāng)代大學(xué)生個性鮮明，對新鮮事物的好奇心、求知欲更加強(qiáng)烈，他們對傳統(tǒng)單一的大學(xué)授課模式早已感覺“索然無味”，他們渴求的是“無圖無真相”、“我也要試試”這樣更為熱情的學(xué)習(xí)模式。把科研融入教學(xué)中是一種有效的嘗試，也是高校教師更好兼顧教學(xué)、科研與社會服務(wù)三大社會職責(zé)的有益探索。

[關(guān)鍵詞]現(xiàn)代測試技術(shù)；教學(xué)探索；科研融合

[中圖分類號] G640 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）03-0058-02

一、前言

隨著試聽新媒體的迅速發(fā)展，當(dāng)代大學(xué)生的信息接收方式也從傳統(tǒng)的章節(jié)性文字越來越多地轉(zhuǎn)移到圖片、動畫、短片等新興載體。在傳統(tǒng)大學(xué)的教育課本、課堂中，大段單純性的文字描述輔以簡單示意性的圖片這種受教模式早已無法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與熱情。

現(xiàn)代測試技術(shù)不僅是材料學(xué)科本科教學(xué)中的核心必修課程，更是材料學(xué)科各種科研高頻使用設(shè)備的入門引導(dǎo)。但是，現(xiàn)代測試技術(shù)相關(guān)課程教材的更新嚴(yán)重滯后，教材的編排模式中仍然存在大量抽象的文字表述，其中相關(guān)儀器設(shè)備的物理學(xué)基礎(chǔ)更是設(shè)計大量的理論公式推導(dǎo)，這些內(nèi)容會對學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情會造成不小的沖擊。此外，現(xiàn)代測試技術(shù)相關(guān)課程也受到教學(xué)條件的限制。課程主要是對于一些先進(jìn)測試儀器，如X射線衍射儀（XRD），掃描電子顯微鏡（SEM）等大型常用科研設(shè)備的教授。雖然教學(xué)框架中安排了實驗課程部分，但是由于設(shè)備昂貴，參與的本科生人數(shù)眾多，對這些設(shè)備僅僅側(cè)重于外觀與結(jié)構(gòu)的簡要介紹，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果并不理想。此外，對于課程學(xué)習(xí)的考試考查題目設(shè)計也相對單一，偏重于理論的死記硬背，或是復(fù)雜公式的推導(dǎo)。學(xué)生學(xué)習(xí)的目的往往是單一的應(yīng)付考試檢查。筆者在一些舊書店中往往能夠找到幾乎全新的教材，這也從側(cè)面反映出學(xué)生對課程的漠視。作為材料學(xué)科的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，現(xiàn)有的教學(xué)方法與模式值得廣大從教工作者反思。

二、案例設(shè)計與分析

1969年美國麻省理工學(xué)院通過設(shè)立“The Undergraduate Research Opportunity Program”（UROP）計劃，鼓勵本科生通過參與教師的科研項目培養(yǎng)其實踐能力與創(chuàng)新精神?！秶抑虚L期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展綱要2006-2020》也明確提出鼓勵大學(xué)生參與科研工作，在實際中培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生的探索興趣、科學(xué)精神和創(chuàng)新精神。當(dāng)代大學(xué)生對新鮮事物的嘗試興趣與接受能力正在不斷提升，對教師的相關(guān)的科研工作充滿了好奇與學(xué)習(xí)沖動。例如，我校每學(xué)期開展的“本科生走進(jìn)實驗室”的相關(guān)活動都有吸引了大量的本科生參與其中?，F(xiàn)代測試技術(shù)所講授的內(nèi)容正是材料學(xué)科科研高頻使用設(shè)備。并且，現(xiàn)代測試技術(shù)課程開設(shè)一般在大學(xué)三年級，其最終目的也是為了讓學(xué)生能夠在日后的工作與繼續(xù)學(xué)習(xí)中使用相關(guān)設(shè)備，解決實際問題。如果能夠?qū)?fù)雜、抽象的理論教學(xué)融入趣味性更強(qiáng)的科研實踐，將會大大提高課程的教學(xué)質(zhì)量。于是筆者結(jié)合自身科研工作，通過對設(shè)置同一具體命題，兩種不同教學(xué)模式進(jìn)行了實際教學(xué)初探。

命題詳述如下。

兩種教學(xué)方法分別是：1.采取單純課堂理論授課，講述阿基米德定律與掃描電子顯微鏡相關(guān)知識，然后采用相關(guān)ZrO2-30wt%Al2O3復(fù)合材料樣品進(jìn)行掃描電鏡觀察實驗，課程結(jié)束后進(jìn)行考試；2.相同內(nèi)容純課堂授課后，馬上進(jìn)行補(bǔ)充實驗教學(xué)，分別采用同一塊樣品進(jìn)行阿基米德排水法實驗與掃描電鏡觀察實驗，課程結(jié)束后采用同一命題進(jìn)行考查。

從事無機(jī)非金屬材料相關(guān)專業(yè)的相關(guān)人員可以看出，密度與微觀結(jié)構(gòu)觀察是相關(guān)領(lǐng)域?qū)嶋H科研中最為基礎(chǔ)與普遍的工程命題，也是諸多進(jìn)一步材料性能測試與表征的基礎(chǔ)。那么這一命題如何能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣呢？其原因就在“阿基米德排水法測算的材料密度”的相關(guān)題設(shè)上。

阿基米德排水法測算的材料相對密度R的內(nèi)容十分簡單，其公式如下：

其中m1，m2分別為樣品的干重與液體中稱重，ρm與ρt分別為樣品測量密度與理論密度。其相關(guān)內(nèi)容學(xué)生在中學(xué)時代就已經(jīng)有所涉及，因此課堂講授時并沒有太多的理解障礙。

但是，給學(xué)生的復(fù)合材料測試樣品為非完全密實化材料，這也是實際科研與工程普遍遇到的實際問題。學(xué)生在實際排水法測量密度時就發(fā)現(xiàn)：當(dāng)樣品浸入水中后，樣品表面有氣泡逸出，而且在水中稱量時質(zhì)量在發(fā)生一段時間增長后才能趨于穩(wěn)定。更加令學(xué)生吃驚的是，他們測量的樣品密度與計算的理論密度比值，即相對密度，居然大于100%。反常的實驗結(jié)果引起了學(xué)生們的討論與思考，這種反常的實驗結(jié)果產(chǎn)生的原因是什么？

學(xué)生帶著疑問進(jìn)行掃描電子顯微鏡的觀察實驗，這時候教師進(jìn)行輔助講解：掃描電子顯微鏡能夠采用不同的電子信號進(jìn)行樣品的表征觀察，利用二次電子能夠進(jìn)行細(xì)節(jié)的形貌觀察，利用背散射電子能夠?qū)?fù)合材料的成分進(jìn)行區(qū)分。然后進(jìn)行設(shè)問，掃描電子顯微鏡中Compo模式下圖像有明顯的襯度對比，是利用的哪一種電子信號？明暗襯度產(chǎn)生的原因又是什么？學(xué)生在SEM觀察實驗中可以清楚地發(fā)現(xiàn)，樣品中能夠明顯觀察到三種不同襯度：分別是亮色（代表ZrO2），灰色（代表Al2O3）與黑色（代表氣孔）。這不僅加深了其對于電鏡相關(guān)理論知識的認(rèn)識，更重要的是使得學(xué)生意識到原來他們測量的樣品中存在著大量的殘余的開口氣孔，樣品并沒有完全的密實化燒結(jié)。再次回到阿基米德排水法測算材料密度的實驗，學(xué)生意識到原來浸入水中樣品表面氣泡的逸出原因是因為水浸入到了樣品中；而相對密度大于100%的原因是由于水的浸入造成樣品濕重測量偏大所致。如果對命題進(jìn)一步加深，你對材料的燒結(jié)制度如何進(jìn)行優(yōu)化建議？結(jié)合學(xué)生在材料科學(xué)基礎(chǔ)核心課程的學(xué)習(xí)中曾經(jīng)講授過的內(nèi)容：材料的三個典型燒結(jié)階段模型完全閉合氣孔形成的經(jīng)驗相對密度為大于93%，且燒結(jié)體中形成完全的閉合氣孔是燒結(jié)進(jìn)入燒結(jié)后期的典型標(biāo)志。那么，通過這一道題目的理解與解答，學(xué)生不僅能夠?qū)Ξ?dāng)下的學(xué)習(xí)課程有更加深刻的理解，而且能夠?qū)ο刃拚n程所學(xué)的內(nèi)容加深認(rèn)識，構(gòu)筑材料學(xué)科良好的學(xué)習(xí)框架體系。

通過對兩組不同教學(xué)模式學(xué)生學(xué)習(xí)效果的考試檢查，筆者發(fā)現(xiàn)“純課堂理論講授”學(xué)習(xí)組的學(xué)生在考試成績上要略低于“理論與科研并重”學(xué)習(xí)組的成績；但是對比參與“本科生走進(jìn)實驗室”項目的學(xué)生，筆者發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷過“理論與科研并重”學(xué)習(xí)組的大多數(shù)學(xué)生能夠在實驗室順利開展相關(guān)的科研實驗，而且對于實驗技能與數(shù)據(jù)結(jié)果的分析遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于“純課堂理論講授”學(xué)習(xí)組的學(xué)生；而“純課堂理論講授”學(xué)習(xí)組的學(xué)生在面臨類似科研問題的解決時往往需要重新查閱相關(guān)資料或者是教師的再次講授?！氨究粕哌M(jìn)實驗室”項目開設(shè)時間一般是在學(xué)期末尾或下一個學(xué)期，這一結(jié)果表明，參與“純課堂理論講授”學(xué)習(xí)組的學(xué)生僅僅能夠適應(yīng)較短時間的課程考試考察，學(xué)習(xí)的效果無法較長時間的進(jìn)行保持，教育僅僅達(dá)到了“授人以魚”效果。而通過“理論與科研并重”學(xué)習(xí)組的學(xué)習(xí)，通過自己動手與觀察實驗，學(xué)生不僅對于課堂所講授的掃描電鏡原理知識有了更加清楚的理解，把書本上大量深奧抽象的文字進(jìn)行了具象化，而且這也對他們?nèi)蘸罄^續(xù)進(jìn)行實際生產(chǎn)與科研工作產(chǎn)生了良好的指引效果，在某些程度到達(dá)到了“授人以漁”的良好效果。

三、總結(jié)

目前，我國的高等教育正在全面推進(jìn)素質(zhì)教育，努力培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神與實踐能力的大學(xué)生。當(dāng)代大學(xué)生個性鮮明，對新鮮事物的好奇心、求知欲更加強(qiáng)烈，他們對傳統(tǒng)單一的大學(xué)授課模式早已感覺“索然無味”，他們渴求的是“無圖無真相”、“我也要試試”這樣更為熱情的學(xué)習(xí)模式。把科研融入教學(xué)中是一種有效的嘗試，也是高校教師更好兼顧教學(xué)、科研與社會服務(wù)三大社會職責(zé)的有益探索。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 胡璋劍.應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式新論[M].北京：中國社會科學(xué)出版社，2009.

[2] 邵士權(quán).我國高等學(xué)校教學(xué)方法創(chuàng)新研究[J].高等教育研究，2013（6）.

[3] 曲明貴，張靜武.“材料現(xiàn)代分析測試方法”精品課程建設(shè)實踐[J].教育與教學(xué)研究，2010（1）.

[4] 周艷軍.提升學(xué)生實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)途徑的探索[J].實驗技術(shù)與管理，2011（11）.

[責(zé)任編輯：陳 明]