以应用为导向的《材料分析方法》课程改革探讨

李忠磊，王 彤，田文明，刘巧宾

(北华航天工业学院，河北 廊坊 065000)

20世纪80年代以来，高等教育逐渐开始重视实践教学，加强应用技术人才的培养。近年来，人们越来越认识到实践教学是培养学生的实践能力和创新能力的重要途径，中国许多大学也将重点放在加强实践环节上，以提高学生的实际应用能力。“应用程序类型本科”是新型的本科教育和高等职业教育的一个新的标准，由部分省属普通本科院校和国家示范高职院校，国家大型骨干企业联合试点培养满足社会和经济发展的需要的应用技术的专业人才。2014年3月，教育部的改革方向已经明确：全国1200所普通本科高等院校中，600多所将逐步转为应用技术型大学，转型后的大学本科院校仅占高校总数的50%。我校是河北省重点建设应用技术型大学之一，要求各专业都要进行转型和改革[1]。

材料分析方法是材料专业本科的一门必修专业基础课[2]，主要讲授材料的测试方法：X射线衍射分析、电子显微分析和其他分析方法，课程以让学生掌握现代材料的各种测试方法为目标，了解各种测试仪器的基本原理、仪器结构、仪器工作原理、图谱分析解译等方法，并学会在材料研究中的应用。本课程理论性很强，涉及光学、量子力学、晶体学、电学等知识，即看不见又摸不着，所以内容比较抽象难懂。同时该课程又是一门实验方法课，要侧重于仪器的实际应用和动手能力的培养，但是这些仪器大多是大型贵重的仪器，在实际工作中不可能让大多数人亲自去操作，只有一些理论知识，所以学生普遍感到枯燥难学，不能将理论与实际应用相联系起来，学生的兴趣与主观能动性不能被充分调动起来，导致教学效果不理想[3-4]。因此我们以应用为导向，对课程进行改革，具体措施如下：

1 模块化突出应用

有关材料的分析测试方法有五六十种，术语概念较多，相关知识面较广，缺少严谨的系统性。各种书籍、教材主要介绍各种分析测试仪器的原理和使用方法，存在知识零散、各种分析手段自成一家的问题，以及测试方法的应用性并不突出的问题。

经过多年教学经验的积累，把材料分析方法按设备分成了3个模块：X射线部分、电子显微分析部分和其他分析方法部分，把每个模块进行归纳总结，点明每种方法的实际应用，以X射线部分为例说明如图1所示，X射线部分包含6章，开始讲课前，先用图1导图对学生说明X射线衍射的目标是什么，是通过什么设备实现的，设备每个重要组成部分的原理是什么，明确学习每部分的意义，最大程度的解决了学生不知道课程讲什么的问题，改善了以往由于盲目听课，学习一章忘一章，内容串联不起来的情况。

图1 X射线部分知识导图Fig.1 X-ray partial knowledge map

2 实际应用吸引学生兴趣

材料分析方法课程的理论性很强，应用性也很强，但是按照教材进行传统教学，应用性不突出，导致理论部分理解困难学生缺乏兴趣，因此我们采用案例讨论和邀请工程师进课堂两个方面来改善这个状况。

采用案例分析讨论来提高学生兴趣，加深对专业知识的理解[5]。例如“说明X射线连续谱应用，肺炎可以用CT(X射线)检测的，新冠肺炎造成的白肺是怎么形成的呢？”、“X射线衍射仪的应用，钢淬火后残余的奥氏体会影响钢的性能，那么有没有或有多少奥氏体该如何进行检测？”、“电子显微分析的应用，泉州方舱医院出现钢结构大楼倒塌事件，造成事故的原因该如何分析？纳米材料的尺寸该如何测量？”、“综合分析案例，国外发动机较我国先进，我们应该怎么提高国内发动机质量？”这些例子的引用。讨论的案例要注重对学生的启发性和引导性教育，引导学生利用已知知识去解决实际问题，吸引学生兴趣，提高成就感，培养学生综合素质。

邀请工程师进课堂，让课堂内容与社会生产相联系[7]。我们已经连续3年邀请企业专家进入课堂讲解工作中的材料分析实例，图2为石墨烯材料的不同倍数照片。2017年、2018年邀请莱卡公司的电镜应用专家，2019年邀请的新奥石墨烯公司的实验中心主任，工程师方面我们选择了行业比较权威的专家，工程师的讲解还可以带来就业方面的信息，特别是检测行业的就业前景及所需要的知识，甚至带来了在大公司实习的指标和就业机会，这样就大大增加了学生对该课程的理解程度，吸引学生投入比较大的精力去掌握知识。

图2 石墨烯在1万倍(a)和20万倍(b)的扫描电镜照Fig.2 SEM of graphene with 10000 x (a) and 200000 x (b)

3 分组实验，提高应用动手能力

分析方法的应用自然离不开实验的开展，由于课程所涉及的设备大多都属于大型贵重设备，实验常规采用演示型实验，带领整班参观X射线衍射仪或者扫描电镜，但这种方法弊端明显，为了提升实践效果，我们对实验进行了修订，将实验改为综合型实验，以教师的研究课题为应用实践内容，并细化分组(每组8人左右)-如X射线衍射仪的结构、原理、基本操作和应用实验，延长实验时间确保每名学生都能够动手参与，并指派两名实验教师同时进行指导，一个指导学生认识设备并指导每名学生亲自进行操作测试样品，另外一名教师提前将PDF软件包发给学生，讲授如何利用计算机软件对X射线衍射谱进行物相分析，要求学生课下完成物相分析部分(教师实际研究成果)。通过几年的实践教学，让学生分组亲自操作设备，对X射线图谱进行物相分析，很大程度提高了学生对课程的理解，并且提升了学生的动手能力。

4 应为为主的考核方式改革

分析方法课程主要应用是为了培养学生可以进入实验室工作或者满足深造后的研究的需要，特别是对于考研同学来讲，它是研究生复试笔试课程之一，面试的必问课程，针对这样情况我们对试卷题目进行了优化，选用各校研究生复试题目，采用综合分析题目和与实际应用有关的题目，增加试卷难度。但这也对教师提出了挑战，备课中必须要有足够的知识储备，教学方法上引导式教学也大量的增加。为了进一步加深学生对设备应用的理解，我们加入了项目式考核，要求学生分组跟着大四学生进行毕业设计的完成。因为学生对事物的认识是有过程的，仅仅靠课上时间要求学生掌握设备的应用是远远不够的，项目式考核要注意过程管理，定期询问学生进度并对其加强指导，项目式教学还可以加强学生对将来就业或考研的认识。为了避免出现因为课程考核过难导致学生掉队的情况，我们加强了过程管理，把作业、实验报告、平时成绩分开进行考核，作业是反应学生是否掌握知识以及在平时学习过程中学习态度的重要指标，作业要求学生在学习通提交，有严重错误的直接打回，并在课下询问学生错误原因，保证学生确实学懂相应的知识点。实验报告是实践和理论的桥梁，为避免出现学生课下抄袭的现象，要求学生课上必须完成实验报告的实践操作部分才可以离开，平时成绩我们采用学习通积分制，学生通过完成作业，回答问题，课题讨论等环节进行积分，积分直接作为平时成绩，这样既提高了学生的积极性，也避免了考试后学生由于不满意总评成绩而提出提高平时成绩的不合理要求。课程考核总评成绩为百分制，各考核方式所占分值比例：课程成绩=课堂表现/互动(10%)+课后作业(20%)+实验(10%)+课程实践报告(10%)+期末考试(50%)，通过对考试方式的改革明确了学习目标，经过几年的实践，学生还是挺满意的。

5 学习通、QQ群辅助教学

网络教学是课堂教学的一种有效补充，充分利用网络的及时性和便利性，可以大大提高教学效果。以上改革仅仅靠线下教学实现起来难度较大，材料分析方法课程本来理论性就很强，再加上要结合应用，学生会感到更难理解了，所以我们还在超星学习通进行了线上课程建设，将PPT、讲义、讲课视频、题库和试卷库等资料全部上传超星学习通系统，让学生可以随时进行查询，现在我们还在学习通进行讨论、随机提问、投屏、布置作业等模块，不仅活跃了课堂气氛更拉近了学生和教师的距离。QQ群主要用于学生的提问，现在学生更多习惯于用QQ提问。线上辅助教学突破了时间和地点的限制，最大程度的满足了师生交流的需要。

6 结 语

以应用为导向的材料分析方法改革，可以满足学生就业和深造的需求，对学生来讲需要付出较大的时间去学习去消化，教师也必须付出更多的精力去加强过程管理，经过多年的实践，也得到了学生的认可，今后我们将继续优化教学环节，深化改革。