以学生为中心的《材料表征技术》教学改革探讨*

周瑞莎，宋江锋，王金霞

(中北大学理学院，山西 太原 030051)

近些年，“以学生为中心”的理念越来越受重视[1-2]。我们也希望把这一理念贯穿于本科生的《材料表征技术》课程中。

材料表征技术是高等院校化学，化工，材料等相关化学专业高年级学生的一门专业课。是当代化学和材料工作者必须掌握的一种重要工具。 掌握电子显微技术、光谱分析和热分析的基本理论，各种电子光谱与有机化合物结构之间的关系，电子显微技术的深刻理解，并具有对材料结构进行综合分析的能力，是该课程的主要教学目标。同时，它的实用性很强[3-5]，作为一名化学工作者，无论是做研究，还是做分析鉴定，都必不可少[6]。

但是材料表征技术课程内容庞杂，涉及到的理论知识多且抽象，每一种表征技术相对独立等特点，教和学都存在一定的困难。第一，本课程内容涉及到一些先修课程如无机化学、有机化学等多学科的知识，学习起来困难重重，学生常常感觉越往后越难学，很难把这门课学好。第二，目前对于理论课的课题教学模式基本采用的是教师主讲的讲授式教学法，学生在学习中的主导地位得不到具体体现，对于知识点采用死记硬背的方式而不是充分理解，从而导致不能灵活运用各类表征技术，导致学习的积极性不高。第三，材料表征技术作为大三的一门课程，其最迫切的应用是一年后，即大四毕业论文的书写中，对于各类表征结果的分析，学生最深的感受往往是似曾相识，却又无从下手。而重新翻阅原来学习的内容，又不知从何学起，给毕业论文的书写带来很大的困难。

因此，我们希望通过对教学现状进行分析并结合多年的教学经验，采用“以学生为中心”的材料表征技术课程教学改革，首先优化教学内容，同时大力进行教学方法的改革，进而对课程考核体系进行深度改革，培养高素质，综合能力强的学生。具体体现在以下几个方面：

1 优化教学内容

材料表征技术课程的课程目标是让学生掌握电子光谱法和显微技术的基本原理及其应用。但我们的课程学时数少(32个学时)，因此合理安排课时，优化教学内容显得尤为重要，而且优化教学内容不能是简单地补充和增删，而应以学生为中心，合理安排。

1.1 合理安排各章节课时

在课程结构上，虽然电子显微技术涉及到的理论知识复杂，但在本科阶段，只安排2课时，使同学们对这部分内容有整体上的概括性的了解，能够简单的应用即可。相对简单、内容较少的紫外部分开设为2学时，红外和质谱这两个表征方法分别开设6 学时，而对于今后在进一步学习和科研中用的比较多的核磁共振氢谱和核磁共振碳谱共开设12学时。

1.2 简化原理性内容，增加图谱解析

尽管各种表征方法相互独立，但基本上也是由简入难，一般是先讲紫外、红外，再讲核磁、质谱，之后进入显微技术的初步认识，最后是热分析的学习。教学内容的整合上，首先理论性的知识需要简化为学生能够理解的内容，再将各个独立的表征方法通过对比、归纳等方法进行联系和总结，引导学生按照自己的方法和思路进行各类表征方法的总结对比，找出易混淆和共性之处，使各类表征方法内化为学生自己的知识。例如，在红外，紫外和核磁共振波谱的章节中，都涉及到各类影响因素，可以把这三类谱的影响因素放在一个表格中进行综合分析，深化对这三类谱的理解，也能避免混淆。其次，为了学生能够应用所学知识，需要准备大量的谱图给学生进行练习，而课时也大部分用在解析谱图上。同时通过反复的练习来加深知识的理解，并掌握谱图特征与结构之间的联系与规律。例如，在核磁共振氢谱的解析时，对每一类有机化合物的氢谱图进行分析，并对图谱进行总结。再比如，在热分析中，对各类材料，包括硅酸盐材料，配合物等的差热和热重进行分析，使学生从中掌握图谱解析的规律，从而不再惧怕解析。

1.3 引入与学生相关的实例化材料表征图谱解析

(1)引入科研实践中的实例

《材料表征技术》课程的学习目的是使学生能够对材料的表征结果进行分析，从而得到有关该材料或者该物质的结构信息。因此，如何充分调动学生的学习热情，解决学生的学习困难，并最终能够学以致用，值得我们思考与研究。鉴于此，除了基本理论知识的学习外，结合所在理学院应用化学专业的特点，在教学中，把本学科部老师在从事科研工作中的材料表征的图谱或图片作为课堂或课后的练习题，让学生们切实感受到课程内容并非只是理论，而是在科研中具有举足轻重的作用和地位，从而激发学生学习的积极性。

(2)引入本科毕业论文中的实例

当然，最切合实际的是优选近三年本科毕业论文中较好的图谱作为例子，让学生能够感受到其最为迫切的应用，也切身感觉到是以学生为中心的教学，极大的提高了学习的积极性。

2 多元化的教学方法

在教学中，要更多的采用启发式教学。对材料的表征，更多的是考查学生的综合素质，对学生的逻辑思维能力提出了较高的要求。因此，在教学中，采用多元化的教学方法，更多的采用启发式教学，培养学生独立思考问题、解决问题的能力。

2.1 充分利用现代多媒体技术手段

材料表征技术内容比较抽象，有大量的经验数据，初学者容易感到枯燥难懂。可以利用多媒体计算机辅助教学：(1)采用微视频，形象生动地展示各类仪器的基本原理；(2)向学生灵活演示图谱的综合解析过程，增加学生对图谱解析的感性认识。使抽象的理论知识的教授和学习不再枯燥，提升教学效果。

2.2 在习题课上，采用“以学生为中心”的分组讨论形式

对于习题的讲解，采用学生分组讨论的形式，教师采用启发式教学，进行引导和总结，并与学生一起讨论谱图及特征峰，课堂气氛活跃，有利于激发学生学习兴趣，提升学生思考问题，解决问题的能力。充分实施“以学生学习为中心”的教以及学的情况。

2.3 QQ群的有效使用

建立QQ群，把多年积累的资料上传至QQ群，利于大家课后深入学习。分别将“ppt” “有关材料表征技术的文章”“课外习题”“优秀作业”等上传至群文件中。

QQ群最大的优势还在于，课下随时可以讨论，所有人都可以参与讨论。另外，有好的资源可以随时共享。对于有更高要求的学生，着眼于未来的更高学历的学习或实际工作需要，在QQ群里介绍计算机辅助软件，帮助学生掌握原始数的处理方法。

3 科学的考核评价方式

材料表征技术的课程目标，是能够初步对材料的表征结果进行分析。对学生的基本理论知识的掌握情况，分析能力、推导能力等提出了较高的要求。因此，在考核评价方式上，以学生为中心，对课程的考核评价方式进行改革，使考核和评价贯穿在整个教学过程。

3.1 每一种表征方法单独测试

每一种表征方法学习完后就进行单独测试。主要考察学生对刚学习完的表征方法中理论知识和概念性内容的掌握程度。测试可以选用传统的选择、判断、填空，简答等题型，简单的材料表征的推导题必不可少，涉及到的知识点全面，有一定的难度。例如在红外光谱章节的学习结束后，考核学生对各类化合物的红外特征峰的掌握情况，以及内部和外部因素对红外特征峰的影响。该部分占总成绩的30%。

3.2 期末考试(开放性试题)

以学生为中心，使学生学有所用，期末考试时，不再设置知识性的试题，而是以开放性试题为主，考查学生对各类表征方法的综合解析能力和灵活应用能力。必须对各类表征技术基础知识灵活掌握的前提下，进行多方面的考虑，认真的分析，科学的推导，才能得出足够的结构信息，综合分析出化合物的化学结构。期末考试时，学生可以参考课本、查阅各种工具书。但这部分开放性试题有较大的难度，用到的材料表征方法也比较多，是全面的综合解析题，学生综合利用所学表征方法方能对谱图进行解析。因此，没有扎实的基础知识和分析判断能力难以完成。该部分占总成绩的60%。开放性试题，可以提高学生的学习兴趣，避免大量数据的记忆而产生的抵触情绪。

3.3 应用论文写作

在材料表征技术课程中，鼓励学生对材料表征方法的内容进行深入和广泛的学习。例如紫外光谱的学习中，除了课堂关于紫外吸收光谱的学习，教师还提到了固体紫外漫反射技术，引起了部分学生的兴趣。教师引导其查阅相关文献，并进行简短论文的写作。应用论文的写作这一要求在学习完紫外和红外光谱之后，进行布置，即学生对材料表征技术有了一定的了解后，但还未学习其他表征技术之前，以便给学生能够自由选择，题目自拟。期末考试前完成即可。论文内容要体现材料表征技术的新方法、新技术、新应用。可以分小组合作完成，但小组人数不能超过5个，并需要说明每一位组内成员的分工。论文的成绩从格式、内容的完整性、和所学表征技术之间的联系，逻辑性、新颖性等方面来划分为不同的等级。该部分占总成绩的10%。

综上所述，通过以学生为中心的教学改革，进行教学内容的优化，多元化的教学方法和科学的考评方法的改革，材料表征技术课程教和学的质量一定会大幅提升。但各类表征技术和方法一直在发展，这就要求教师要与时俱进，终身学习，不断提高自身的专业素养，并时刻进行教学改革。让材料表征技术成为学生喜欢学，老师喜欢教，学有所用，真正成为当代化学工作者必须掌握的一种重要工具。