《现代材料分析与测试技术》教学改革与实践

胡忠良 刘伟建 梁耀华 冷琪 李雪锋

摘要：《现代材料分析与测试技术》是材料学专业的一门核心课程。本文针对该门课程的特点，提出了3个方面的改革与实践，即案例教学的运用、基础知识的复习和实践教学的强化。通过这几方面的教学改革，增强了学生的学习兴趣，收到了良好的教学效果。

关键词：教学改革；实践教学；案例教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）24-0159-02

《现代材料分析与测试技术》是一门分析、检测和表征材料组成及微观结构的课程。该门课程主要介绍了现代材料分析与测试技术的各测试方法的相关基础知识，包括X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、电子能谱分析、电子衍射、热分析、有机波谱分析等测试技术的基本原理、仪器构造、工作原理及其在材料科学中的应用。它是我校金属材料工程、无机非金属材料等专业的一门必修的主干课程，在整个材料学知识体系中起着至关重要的作用。

随着材料科学的不断发展，新材料逐渐趋于纳米化、智能化、复合化，对其结构和性能的研究越来越依赖于先进的材料表征及检测手段，传统的教学模式已经不能很好地适应该门课程的教学要求，必须加以改进。本人从事该门课程的教学多年，并且在国外从事了两年多的博士后工作，对国外该课程的教学有一定程度的了解，获得了一些有益的经验，并取得了一定的成绩，现将本人对该门课程的一些改革措施及实践做简单介绍。

一、案例教学的灵活运用

案例教学效果的好坏，关键在于案例的选取。一个合适的案例是实施案例教学的前提条件，也是教学质量的保证。在选取案例时，要尽量选取和科研结合紧密、贴近生活、结合生产实际的例子。例如在讲到X射线性质和应用及重要作用时，运用飞机场和火车站安检机案例，讲述安检机就是利用X射线的透射影像性能的工作原理，并解释了为什么液体物品不能通过安检机检测的原因。了解到这些知识背景后，学生们对X射线的重要性的认识油然而生，增强了学习的积极性。又如在讲授X射线定量分析时，就以钢厂采用X射线定量分析钢中奥氏体和马氏体的含量的案例使学生在学校就能实现与工程实践的接触。通过这个案例讲解，学生们不仅知道了X射线衍射定量分析的有关原理、方法和步骤，同时案例紧密结合学生们的专业知识和在钢厂生产实习获得的实践知识，又提高了他们毕业后适应工作的能力以及学习的主动性。再如在讲述热分析时，结合本人研究的课题，通过对比分析石墨、氧化石墨及还原氧化石墨烯的TG、DTA曲线，研究这几种材料在受热分析过程中发生的物理、化学变化，进一步推导出材料的结构、微观组织及包含的功能基团；同时进一步讲述了材料进行热分析的条件，联系到学生们在初中化学课堂上用酒精灯加热KClO3制备氧气的实验，明确热分析和加热制备材料的区别，通过这个案例分析，学生们加深了对热分析的条件、作用、应用及热分析曲线分析的理解，收到了很好的效果。

《现代材料分析与测试技术》包含内容较多，且各章节间联系不太紧密，理论较抽象，各种仪器设备结构及相关原理千差万别，不少学生刚开始对该门课程有畏难情绪，而通过案例教学能够拉近和学生之间的距离，加深学生对相关知识点的理解，增强学生的学习兴趣和学好这门课程的信心。

二、前期基础知识的复习

《现代材料分析与测试技术》包含的内容广泛，要求对不同测试仪器涉及到的光学、电磁学、热学、化学、晶体学、数学、量子学等学科知识有所了解与掌握。该门课程有一些知识点和前期课程有较密切的联系，往往对前面基础知识的简要讲解会起到事半功倍的效果。如在讲述电子透镜成像原理时，通过简要复习光学显微镜的相关知识，比较电磁透镜和光学透镜的聚焦、结构异同，再来讲述透射电镜的成像、工作原理，学生们会觉得原来很深奥的东西其实和他们以前学习的知识是类似的，在理解相关知识的同时，增强了他们学习的主动性和积极性，同时对该门课程的学习兴趣大大增强了，也有助于他们克服对学好该门课程的畏难情绪。又如，在讲述特征X射线、俄歇电子、光电效应时，复习大学化学中有关核外电子能级填充等知识，再来讲述这些新知识，就水到渠成了，而这些知识点又是以后讲述俄歇电子谱、二次萤光分析的理论基础。

现代科技研究的范围不断拓展，研究的内容不断加深，各研究领域相互交叉，这就要求科技工作者具有较广泛的知识面，而《现代材料分析与测试技术》这门课程就体现了这一趋势，学好这门课程需要具备一定的物理、化学及材料学等学科的相关知识。现代科学知识体系具有系统性、完整性及交叉性等特点，由于受版面、课时等条件限制，《现代材料分析与测试技术》教材不可能包含各种知识体系的方方面面，这就要求教师必须根据学生的专业知识结构，在讲述某些新知识点时，灵活选取一些前期知识点的复习，这会为学好相应的现代材料表征及分析相关知识提供十分有益的帮助，同时通过复习使学生们明白当今科技各学科间联系越来越密切，懂得学好本课程、打好基础的重要性。

三、实践教学的强化

实践教学在《现代材料分析与测试技术》中起着重要的作用，本科生学习该门课程的主要目的之一就在于在今后的工作和科研中能正确选择分析测试方法来获得所需的数据，进行科学研究分析。本人在日本进行了两年多的博士后研究发现，日本的本科生理论知识并不比国内大学生学得扎实多少，但他们的实验动手能力却很强，对于绝大多数的仪器、设备大都能够独立操作，并且对所得的数据结果具有较强的分析能力。根据本人的考察，日本对学生的实验动手能力的培养是十分重视的，对于本科生来说，对《现代材料分析与测试技术》所涉及到各主要仪器设备要求能够亲自动手操作，掌握操作仪器设备的方法、步骤及各个注意事项。

本人从事《现代材料分析与测试技术》教学多年，借鉴国外学到的一些经验，结合本校的实际，对于该门的实验教学进行了一些改革，并收到了较好的效果。本课程实验所涉及的大型仪器多，且使用率高，因此在实验项目的设定上，要结合本单位所具备的大型仪器设备条件，使学生尽可能近距离地接触课堂上所讲述的各种大型仪器设备。另外，实践教学可与大学生科技创新项目相结合，学生利用自己制备的样品，进行对材料的物相组成、微观结构及性能等进行分析，让学生在完成科技创新项目的过程中学会使用仪器，在仪器使用过程中注重领会其适用范围、优缺点，学会数据处理的方法。同时，让有兴趣的学生参与到教师的项目、课题研究中，对课题中有关材料表征及相关的测试尽量安排他们去做，让学生在参与课题研究的过程中掌握相关仪器的使用方法、用途及相关理论知识。学生们通过这些实验教学不但掌握了相关的知识，增强了对科研的兴趣，同时创新性能力也得到了一定程度的提升。本人的实践性教学目前已经取得了阶段性成果，在社会上引起了一定的反响，某著名媒体对本人进行了专访，事迹在该媒体进行了报道。

通过以上改革措施，学生学习该门课程的热情大大提高了，同时激发了他们的科研兴趣，创新性能力也得到了明显提升，部分学生甚至申请了国家发明专利，发表了SCI收录的科技论文，学生们的学习成绩普遍得到了提高，近两年全部通过了该门课程的考试，考研通过率在全校名列前茅。

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