“材料现代研究方法”应用式教学探索与实践

马红萍（浙江科技学院机械与能源工程学院）

材料科学是当今科学技术的三大支柱之一，其发展水平已成为一个国家综合国力的重要标志。现代的材料分析与检测技术是对材料的成分、物相、组织形貌和微观结构进行观察表征的主要手段，在材料科学研究中占有举足轻重的地位。

“材料现代研究方法”是材料科学与工程一级学科下设的专业必修课和学位课，也是实用性最强的一门技术基础课。该课程的教学目的是让学生学习和掌握各类常用的材料分析测试方法，包括测试原理、仪器构造、操作方法和分析方法等，从而具备一定的运用各类测试技术的能力，为学生日后的学习与工作奠定良好的基础。由于教学内容包括了多种分析测试技术，综合了材料、物理、化学和数学等多学科知识，该课程具有内容丰富、范围广、实用性强，但知识点分散，理论概念抽象难理解等特点，这使得学生学习起来难度大，兴趣低，学习效果不佳，难以将理论学习转换为实际应用。因此，如何提高教学质量，帮助学生掌握这门课程，并能在未来的实际工作中进行应用，是本课程教学面临的首要难题。

该课程传统的教学模式是教师单纯利用ppt讲授基本概念和理论、推导公式等，学生仅仅是被动接受知识，无法发挥其主动性和创造性，难以提高学生的创新意识和研究能力。应用式教学模式是让学生在解决实际问题的过程中进行学习，激发学生自主学习和探索的意识，培养学生将知识实用化的能力。自2010年以来，课程组对本课程的教学模式和方法进行了积极探索，研究了应用式教学模式、“大班上课小班研论”授课方式、网络平台和实验课程辅助教学等方式对改善教学质量的影响，并针对上述教学方式进行了初步的课程标准化建设。本文就上述教学研究过程中的一些心得体会与大家分享探讨。

1 采用“大班上课小班研讨”的方式进行应用式教学

采用大班上课小班研讨的方式进行教学。大班上课时，首先由教师提出精心准备的实际问题，如科学研究、工业生产、社会生活中存在的材料领域问题，以激发学生的学习兴趣和探索欲望。然后，教师指出解决该问题可用到的分析测试手段，对该技术的原理、构造和分析方法等内容依次进行介绍。在教学过程中，要强化“原理—构造—应用”的教学思路。对于抽象的原理和复杂的仪器构造，在课堂上先用多媒体动画，吸引学生的注意力，同时结合空间模型和黑板绘图板书，让学生较轻松地接受并理解复杂的知识内容（如倒易点阵、厄瓦尔德图解等），解决课程中部分内容过于抽象枯燥、学生难以理解的问题。最后，将知识反演到实际问题的解决，检验学生是否能将知识进行实际应用。在整个教学过程中，要注重培养学生的反思能力和逻辑思维能力，为其今后的职业发展奠定基础。

小班研讨时，教师通过展示材料科学研发与生产中的各种实践案例，如最前沿的科技报告视频、科普视频、专题讲座或TOP期刊论文等；请学生找出其中所涉及的各类材料检测仪器和分析方法，阐述其原理和特点；进一步兼顾其他方法的引入，对比不同方法的异同，这样有助于克服授课过程中各种测试手段按章节分开授课，联系较少的缺点，让学生能更宏观地掌握知识；最后给出1～3个关联议题进行深化讨论和答疑。比如，在关于X射线光电子能谱仪（XPS）的小班研讨课上，结合当下我国的大气污染形势异常严峻的现实问题，请学生阐述如何利用XPS技术来分析所收集的PM2.5的成分和表面吸附物质。通过上述方法，确保学生将所学知识点融会贯通，由理论扩展到实际，加强学生运用知识解决实际问题的能力。

2 采用网络平台讨论与答疑等方式辅助教学

在网络平台(如Blackboard平台)上设置讨论社区和答疑社区，在每章课程结束后发布相关议题供学生互动探讨，并定期在网上开展教师与学生的讨论和答疑。同时，学生作业全部上网，老师网上点评，以此促进师生间的互动以及学生间的交流，有利于提高学生学习的积极性和学习效果。

通过上述教学方式，一方面可敦促学生在平时认真学习，及时掌握知识点，提高学习效率；另一方面也可加强学生与老师之间的互动交流，有利于教师动态掌握每个学生的学习情况与学习特点，因材施教，促进教学质量的提高。

3 加强实验教学，实现课堂教学和实验教学的相互促进

本课程的教学目标之一就是让学生能理论联系实际，具备运用各种重要的材料现代分析手段的能力，因此在教学过程中设置实验教学是必不可少的。本校配备有X射线衍射仪、场发射扫描电镜、场发射透射电镜、傅里叶红外光谱仪、紫外-可见吸收光谱仪和各类热分析设备等多种大型仪器设备。根据这些设备我们设置了相关实验课程，帮助学生理解抽象的知识内容，将理论学习与实际应用有效联系起来。

具体的实施过程如下：将学生预先分组，教师根据所准备的测试样品，对各组学生提出测试要求；然后由教师简单回顾设备的测试原理、仪器构造、操作方法等内容；再让学生通过组内交流讨论，制订实验方案；教师给予适当指导后，学生完成实验，并最终提交实验报告。这个过程使学生通过进行具体的材料科学实验，更形象地理解课程的基本理论，并学会运用理论知识去分析解释实验现象，对提高学生学习积极性和动手能力具有重要意义。

4 “材料现代研究方法”应用式教学标准化建设

为促进上述多元化教学方法的实施，提高“材料现代研究方法”课程的教学质量，进一步引入了教学标准化建设。主要包括两个方面的内容：

（1）教学计划与内容标准化：在深入探讨应用式教学模式的实践过程中，对清华大学、浙江大学、厦门大学等高校进行调研，以提高学生工程素质和知识水平为根本，结合教学研究成果，对教学内容进行整合和标准化。以应用—原理—装备—案例分析为教学主线，帮助学生清晰掌握各类重要材料现代分析测试方法的相关知识。

（2）教学考核标准化：为了解决学生只在期末考试前突击学习的问题，督促学生平时课程学习与思考，改变单一的期末考试评价方式，增加了小班讨论、平时测验的评价比例。总体成绩为百分制，小班讨论、平时测验、期末考试的考核分别占总体成绩的30%、30%、40%。同时，考试内容减少记忆型知识点试题，增多运用实践型试题，强化学生自主运用理论知识解决问题的能力。

5 结语

实践证明，应用式教学模式的教学质量优于传统的教学模式，促进了学生的学习兴趣和学习效果的提升，考试合格率和优秀率相应提高，获得了学生的广泛欢迎和认可。近五年，生评教平均分数由原来的90分提高到97分。并且，它不仅可用于“材料现代研究方法”的教学，也能应用于其他课程的教学。应用式教学模式和课程标准化建设的实践和完善是一项长远而系统的工作，我们还处在初步探索阶段，需要以学生为中心，进一步总结教学经验，挖掘应用式教学模式和标准化建设的积极作用，持续提高教学质量和学生满意度。