基于成果导向的地方应用本科院校《材料分析测试技术》课程教学改革

孙琳琳 卢国锋 刘展晴 焦更生 郑 博

成为国际本科工程学位互认协议《华盛顿协议》正式会员意味着经过专业认证过的高等院校毕业生获得进入该专业领域国际市场的工作资格[1]。中国是工程教育大国，其中工科生人数的比例接近40%，远远超过其他发达国家大体上在10%左右[2]。截至2018年底，我国共227所高校1 170 个专业包括机械、材料、化工与制药等21 个工科专业类通过了工程教育认证。工程教育专业认证工作的开展同时为我国高等院校人才培养提供了明确的目标和方向，促进教学质量的革新及提高。近年来，以成果导向教育理念、以学生为中心及持续改进理念等专业工程教育的三大基本理念的教学改革已经在我国许多高等院校课程中推广和应用[3]。

普通地方应用型本科院校的材料科学与工程专业旨在培养为适应区域经济社会发展，可从事材料科学领域相关的科学研究、技术开发、生产及经营管理等方面工作，培养具有较强理论知识、工程实践能力、胜任行业发展需求的应用技术型人才。为实现这一目标，首先需要解决课程建设问题，而专业基础课程的改革最为重要。其中，《材料分析测试方法》课程是一门材料类专业学生必修专业课程之一，是材料科学研究和工程技术人员了解材料微观结构和改进性能的不可缺少的工具。通过本课程的学习，学生可具备正确选用现代分析技术方法开展不同类别材料组织、结构鉴别的能力。而成果导向理念可以弥补传统教学的不足，培养学生独立思考以及创新能力，将所学知识应用到具体的工程实践中。因此，本文基于成果导向理念对《材料分析测试方法》课程教学内容、教学方法以及考核方式等方面进行初步改革。

1 教学现状分析

《材料分析测试方法》课程的培养目标是要求学生熟悉晶体结构的特征、空间点阵以及晶向和晶面等晶体结构理论知识，强调学生对课程中基本概念和分析测试方法的掌握。同时，由于本课程知识理论性强、深度深，传统教学基本上以讲授为主，理论知识成为授课的重点，工程实践案例少，课堂参与度不高，易造成学生学习兴趣不足等现象。此外，科研经费不充足、硬件条件落后，无法安排大量的实践教学并保证实践与理论的同步。在实验过程中，无法保证每位学生都能实际操作测试仪器，导致该课程的教学效果普遍较差。虽然在教学内容上也安排了实践性教学环节，但绝大多数实践均以验证性和演示性实验为主，缺乏综合设计性实践内容。此外，教材不同章节之间的内容有较强的独立性，缺乏连贯性，知识点零散，学生往往难以抓住重点，学习难度较大。虽然教学目标最终希望学生通过对不同材料的表征测试方法和仪器设备和综合分析选择合适测试方法，具备对材料的结构及性能进行表征的能力。但在整个传统教学中忽视了对学生利用所学理论知识分析和解决具体实际问题以及复杂工程问题能力的培养。

2 教学内容改革

对于地方应用型本科院校，教师们应该基于成果导向理念转变教学思想观念，深入企业进行调研，对于材料类专业学生毕业后可能会从事的工作进行梳理，反向设计教学，确立课程学习成果[4]。根据成果导向理念重构课程，把学生在工作中最需要的知识点进行统计，重新编写适应学生的项目化教材，把教材中烦琐的理论知识进行简化。由于材料分析测试方法各个章节之间的连贯性不好掌握，各种分析方法易混淆，因此按照材料分析设备的类别将课程内容分成四个模块：

（1）晶体学及X射线的衍射原理部分。

（2）微观组织形貌及结构分析，观察材料的形貌组织，主要设备为扫描电镜和透射电镜等。

（3）化学成分分析，判断材料内部组织及相关成分，包括了定量和定性分析，主要仪器为X 射线衍射仪、电子探针、俄歇普、XPS 等。

（4）材料热物性能分析，分析材料熔点及相转化温度等，主要设备为热分析仪DSC、DMA 等。

3 课堂教学方法的变革

（1）基于成果导向理念，转变教学观念。成果导向教育强调注重将学生个人学习经验和生活实践部分与理论教学相结合，鼓励学生在教学中产生新思想及新观点，重建知识结构。此外，在课程教学中教师要实施灵活性的教学模式，采用引入相关材料零部件失效或断裂发生事故的热点新闻视频或实际案例图片等吸引学生的注意力，激发学习兴趣，引发思考。对于理论性、逻辑性较强的基础内容，对不同讲授内容的分析采用多种授课方式和方法，如电子束与固体样品作用时产生的背散射电子、二次电子、吸收电子、透射电子等信号时，使用剖视动态图向学生展示仪器工作原理动画、视频等方法帮助同学理解抽象概念及难懂的理论，然后由浅入深，通过提问、讨论等“互动式”教学将材料科学基础知识与测试分析内容有效衔接。针对应用性的知识，对不同类别材料如金属材料、高分子材料及无机化合物等测试表征等内容，采用“分组讨论教学”“案例教学”及“比较教学”等方法，调节课堂气氛，让学生在讨论中领会不同测试方法的区别及联系[5]，最后通过思维导图帮助学生建立各个章节之间的联系。

（2）以学生为中心。处于互联网+ 教育时代，为了方便学生和教师通过网络电子资源进行学习和总结，教师可将课程知识重、难点提前录成的微课，或者将实验、生产实况录制成视频及动画，开展网络课程建设。让不同层次的学习者获得资源和帮助，培养学生自主学习的能力，为学生获得知识提供新途径。同时也可以利用手机雨课堂及学习通等方式进行点名和做题互动，大大节省了课堂时间，调节课堂气氛。当每个模块学完之后，教师提出工程实践问题，教师引导学生利用学校图书馆、网上教学资源平台查阅相关资料，启发学生思考提出解决方案，始终贯彻“以学生发展为中心”的理念，培养学生具有终身自主学习的能力以及理论联系实际、分析解决问题能力。此外，让大多数大三学生通过参与国家级、省级和校级创新创业训练项目，让学生们自己动手完成实验制备样品，进行基本分析仪器操作与数据整理分析。在课堂上通过翻转课堂互动式，让学生自己根据在科研过程中涉及的检测方法进行分析，准备PPT 进行讲解汇报，增加学生实践学习能力，同时加深理论知识的理解，实现教师与学生的共赢。

4 考核方式转变

传统课程考核方式基本上以卷面成绩（70%）+ 平时成绩（30%）为主，这种考核对学生学习效果难以评价。而成果导向教育理念下的评价是面向产出即学生学习成果的评价。因此，在教学过程中需采用多维角度评价学生学习成果。根据本课程特点，教师要掌握各种课程教学评价方法。开课前，制定考核环节，如课堂提问、问卷调查、作业评阅、翻转课堂小组合作、总结分析报告等；然后制定量化标准，实现以学习产出为导向的教学过程[6]。因此，为培养学生实际问题解决能力，考核方式由传统的闭卷转变为多样化考核；教师根据学生表现给出每一环节成绩，使学生积极参与其中，激发学生的学习热情，强化教学过程考核并考查学生综合学习情况，从而提高学生自学能力。

5 总结

基于成果导向为教育理念，针对应用型本科院校《材料分析测试技术》课程存在的问题进行全面变革。从培养应用型人才为目标，教师在教学过程中通过转变教学观念，反向设计课程教学，以学生为中心采用翻转课堂、项目化教学、互动讨论等灵活性的教学模式以及多样化的考核方式，提高学生综合素质培养学生自主创新以及解决复杂工程问题的能力。