无机非金属材料测试方法课程教学改革探索

左从玉 郑林义

安徽理工大学材料科学与工程学院 安徽淮南 232001

无机非金属材料测试方法（以下简称“测试方法”）是无机非金属材料工程专业的一门专业基础课，课程中主要介绍了有关材料科学分析测试仪器的原理与使用、无机材料的表征以及测试数据的处理与分析等内容[1]。本课程的目的是通过教学使学生了解无机非金属材料领域常用的测试方法，了解相关仪器的结构和功能，掌握仪器的基本操作以及如何选用合理的测试方法检测、表征材料的组成和结构，再对所获得的信息进行正确的处理和解释等。

这门课程的学习对该专业的本科生构建相应的知识结构体系起了重要的作用，也为他们以后开展生产实践、毕业论文和材料专业的研究等奠定必要的基础，但是课程内容涵盖面大，涉及的知识十分零散，课程整体缺乏系统性，导致学生学习起来比较困难。因此，如何组织教学内容，理清知识的内在联系，把握好讲授内容的深度和广度，选用恰当的方法进行教学，将决定本课程教学效果的好坏。鉴于此，为进一步提高该门课的教学质量，有必要对课程教学进行改革，包括教学内容、教学方法、教学手段和教学实践等方面的探索和改进，以期获得更好的教学效果。

1 教学内容和教学要求的改进

材料的分析测试方法已经发展有五六十种之多，它们的原理不尽相同，其实多数各自独立，在当前出版的教材中也多是一个章节介绍一种方法，这种相互间缺乏逻辑性联系的知识给学生的学习带来一定的障碍。为此，首先，根据学校的具体情况和非金属专业的要求，选择合适并且必要的测试方法作为教学内容；其次，将这些零散且宽泛的知识进行系统总结和分类，将这些看似相互独立的测试手段通过一定的方式联系起来；最后，在教学中还要轻重分明，详略得当，将重点突出，以便于学生的理解和掌握。

在实际教学中，将这些材料分析方法按其功能进行分类，主要有物相分析、成分分析、形貌分析及组织结构分析四部分。这种分类让学生一开始就对每一种测试方法的用途有所了解，增强了教师教学和学生学习的针对性。下一步是对每一类分析方法在教学过程中再安排三级教学目标，第一级为对基本原理和设备结构的了解，第二级为对使用技术的掌握，第三级为对所得结果的分析和运用[2]。教学中通过对仪器工作原理和结构的介绍，让其了解仪器是如何工作的，实验数据是如何得来的；通过对样品制备和仪器操作的介绍，让学生掌握材料表征的基本技术；通过研究实例的分析，让学生掌握分析方法的原理，学会基本的数据处理技术，进而得出实验结论。

分析测试使用到多种仪器，它们的工作原理往往不同，涉及量子力学、晶体学、电学、磁学、光学、声学等多种知识。对于材料科学与工程专业的学生而言，学习这门课程的主要目的是学会利用仪器测出数据和结果，再对其进行一定的分析。因此，在具体的教学内容上，对每种仪器的原理和结构只作一般性了解，其目的是让学生不仅知其然，还要知其所以然，即测出的数据和结果是如何得到的；而教学的重点则放在各种仪器的使用、样品的制备以及如何处理和分析实验数据上，让教学目标由一般的“以仪器为中心”真正转到“以材料为中心”上。

2 案例教学法的实施

所谓案例教学，就是在教师的指导下，根据教学目的和教学要求，组织学生通过对案例的调查、阅读、思考、分析、讨论和交流等活动，教给学生分析问题和解决问题的方法或道理，进而提高他们分析问题和解决问题的能力，加深对基本概念和原理的理解的一种特定的教学方法[3]。

“测试方法”这门课程虽然涉及的知识和理论很多，但实践性很强，所以采用案例教学方式可能会取得更好的教学效果，为此做了一定的探索和尝试。比如在讲授X射线荧光分析的应用时，有意选取贴近生活的案例：如何确定购买的金戒指是24K。这个案例突出X射线荧光分析的元素定性定量分析和无损检测特点，同时也激起学生学习的兴趣。在学生学完全部测试方法之后，结合本院教师的科研课题，拿出一个综合案例来进行教学。例如，取出一种新制备的纳米粉体，向学生发问：如何确定它的成分和物相？怎么确定该粉体颗粒的粒度、形貌和结构？让学生开动脑筋，灵活应用所学的分析测试手段，通过分组讨论，设计实验方案，仔细进行测试，进行合理分析，最后得出实验结论。又如，拿出一种陶瓷块体材料，要求分析影响其力学性能的因素。这个案例要结合“无机材料的物理性能”等其他学科的知识，首先要知道通常影响材料力学性能的因素有哪些，比如物相、成分以及组织断口形貌等；其次是设计方案利用相应的仪器对这些因素进行检测，再进行系统分析，以得出正确的结论。

实践证明，通过案例教学，充分调动了学生学习的积极性和主动性：通过对所学知识的运用，深化了对理论的理解；通过对实际问题的解决，培养了他们的创新能力；通过学生间、师生间的相互交流和讨论，还培养了他们与人沟通的能力以及团队合作的精神。在案例教学中，学生还了解了材料研究的一般性思维与方法，锻炼了综合运用无机材料的基本知识和分析方法进行科学研究的能力。

当然在实施这种教学方法时，需要注意师生角色的变化。学生是教学活动的主体，由他们独立查阅资料和思考问题，也由他们集体讨论，相互交流，最后拿出最优方案；教师只是在各个环节中起着启发指导的作用。另外要注意案例教学与举例教学的区别，案例教学是一个学生运用知识、培养能力的过程，而举例只是辅助教师说明问题的一种手段。

3 多媒体教学手段的运用

多媒体教学是利用多种媒体设备和软件对文本、声音、图形、图像、动画等信息进行综合处理，教师在授课时配合屏幕上文字、图片的显示，动画、视频以及声音的播放，利用形、声、色、动、实等手法，将教学内容用丰富多彩的形式表现出来的一种教学手段。

“测试方法”是一门具有多学科交叉性的学科，其教学内容庞杂、信息量大，既有抽象的微观理论需要介绍，又有复杂具体的分析仪器需要呈现。为适应在有限的课时内达到更好的教学效果，有必要采用多媒体这种表现力强的现代教育技术装备来进行教学。

多媒体教学的好处是易于调动人的多种感官来接受信息，该设备能在很短的时间内将大量的内容以图文并茂、有声有色的形式展现出来，大大增加了课堂教学的信息量，也容易激发学生的学习兴趣。对于复杂仪器的介绍，多媒体具有独特的优势，可以把无法拆卸的大型精密仪器通过PPT电子幻灯片或Flash动画的形式，直观形象地显示出内部结构以及它的工作原理；对于仪器操作流程的教学，则可以播放事先制作的视频资料，放在公共网络平台上，学生可以随时下载观看。显然，这比课堂上教师的文字描述甚至到实地观看的效果也要好。

此外，多媒体还可以使微观模型宏观化、抽象概念具体化。例如，在讲解电子束与物质的相互作用时，对于二次电子、背散射电子、透射电子、特征X射线和俄歇电子等各种信号产生的原理，如果仅仅口述，学生很难理解；但通过Flash形式，将每种信号的产生过程演示出来，整个过程将变得直观明了[2]。教学中，在讲授透射电镜、扫描电镜时，还涉及很多材料的电镜照片；学习X射线衍射、热分析以及红外光谱、拉曼光谱时，要用到一些材料的图谱，有了多媒体，则可以直接把它们显示在屏幕上，教师就可以很方便地引领学生去观看和分析。

当然，多媒体教学并不万能。例如，在讲解X射线衍射的基本原理时，涉及一些公式的推导，这时最好的教学方法还是传统的板书，因为在板书的间隙学生刚好可以思考；若将公式直接闪现，学生难以跟上节奏。因此，在使用多媒体时还要间或运用传统式教学，将两者有机地结合起来，才能取得最佳的教学效果。另外，在使用多媒体教学时，容易造成教师站在操作台前操作鼠标而不动，变成“播放员”，也容易造成照屏宣读，变成“播音员”，从而忽视与学生的互动和交流，同时也限制了教师形体语言的运用；学生方面，更易被屏幕吸引，这是好事，但容易忽视教师的形体和表情，结果是师生间在课堂上缺乏情感上的交流，这些都势必对教学效果造成一定的影响。因此，在使用多媒体教学时，为避免这种情况的出现，教师首先要熟悉教学内容，其次是要使用翻页激光笔，让教师摆脱鼠标，从操作台前站出来，必要时还要走到学生中去。

4 理论与实验教学的联系

“测试方法”是一门理论与实际联系紧密的课程。实践证明，课程内容仅仅通过口头讲解，很难达到好的教学效果。如果在介绍每一种仪器的基本结构和工作原理的基础上，再去观察真正的仪器，并且上机操作，学生的积极性将会变得更加高涨，印象也会更为深刻。为此，根据学院和学校的现有条件设立X射线衍射、扫描电镜、粒度分析、热分析及红外光谱等实验教学内容，让理论去指导实践，由实践来强化对理论的理解。

实验教学可以先安排针对某个测试方法的验证性实验，其目的是让学生了解每种仪器的构造和原理，掌握仪器的操作，学会对实验结果的分析；然后在此基础上再设置一些综合性、设计性实验。后者在具体操作时可以结合一些教师的科研课题，样品由教师提供，而如何去表征是在教师的指导下由学生分组讨论，自行拟定实验方案，分别对所测样品的物相、成分、形貌及结构进行测试，并对结果进行分析[4]。通过这种综合性实验的锻炼，让学生了解到各种测试手段既相互独立又有机联系，它们往往具有互验性，前一个实验的结果可能就是下一个实验的佐证；通过设计性实验的练习，让他们体会到实验不只是验证，更多的是探索、创造和发现，而各种测试的最终目的是去了解材料的内部成分和微观构造以及它们与宏观性能的联系，找出其中的规律，从而为进一步设计合成具有更优性能的材料奠定基础。同时，这些实验过程的完成也是理论知识加深理解和灵活运用的过程，而这正是“测试方法”课程的教学目的。

5 结语

在“测试方法”课程的教学中，首先要根据现有的条件和专业的要求精心选择教学内容，然后对其合理编排，让庞杂的知识变得更有逻辑性和系统性。针对理论性较深同时实践性又较强的课程特点，采用案例教学法结合实验教学，尤其是设计性实验教学的进行，辅之以多媒体教学手段的运用，让难以理解的内容变得易被接受，让枯燥抽象的理论变得形象生动，让学生由被动接受知识转化为自觉主动地学习。在学习知识的同时，更注重理论在实践中的灵活应用；在技能得到培训的同时，更注重研究性思维和创新能力的培养，以期真正实现大学生知识、能力、素质三者的协调发展。

[1]杨南如.无机非金属材料测试方法[M].武汉:武汉工业大学出版社,1993.

[2]杨英歌,陈飞,曾冬梅,等.“现代材料分析方法”教学改革探讨[J].新课程研究,2011(8):75-76.

[3]张家军,靳玉乐.论案例教学的本质与特点[J].中国教育学刊,2004(1):48.

[4]田俐,刘胜利,申少华,等.教学与科研互动培养创新型应用人才[J].当代教育理论与实践,2011(7):70-72.