“双一流”建设背景下《材料近代分析方法》课程教学改革研究与实践

彭红兵 孟广彬 崔祥水 汪晓勇 周超洋

（江苏科技大学冶金与材料工程学院，江苏 张家港 215600）

《材料近代分析方法》是江苏科技大学冶金与材料工程学院冶金、材料、焊接、新能源材料与器件等专业的一门基础课程，旨在使学生了解X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电子探针等设备的作用与功能，掌握X射线、电子显微分析等的基本理论、基本知识以及应用，并能与专门从事X射线与电子显微分析工作的人员共同制定试验方案与分析试验结果[1]。因此，《材料近代分析方法》课程的教学效果以及学生掌握的程度对后续毕业设计乃至工作与科研生涯将产生深远的影响。

此外，为加快我国高等教育强国建设，党中央、国务院做出了加快世界一流大学和世界一流学科建设这一重大战略决策和部署。课程是本科教育的基本依据，而一流的本科教育又是“双一流”建设的重要内涵与核心任务[2]。因此，“双一流”建设为课程的教学改革带来的新的挑战与机遇。本文深入分析了“双一流”建设背景下我院《材料近代分析方法》课程在教学中存在的主要问题，并探讨了该课程教学中的改革举措与具体实践。

1 教学中存在的问题

1.1 内容多、课时少

目前，我院选用哈尔滨工业大学周玉、武高辉老师主编的《材料分析测试技术》（第2版）作为《材料近代分析方法》课程的主讲教材。该教材分为16个章节，主要内容涉及如下两个方面[3，4]：①X射线衍射：主要涉及X射线的物理学基础、X射线的衍射方向、衍射强度、多晶体分析方法以及X射线在材料分析中的应用等；②电子显微分析：主要介绍了电子光学基础、透射电子显微镜、扫描电子显微镜以及电子探针等设备的结构、工作原理以及在材料显微分析方面的应用等。近年来，随着培养计划的持续修订，该课程的教学时数由缩减后的40课时进一步减少至24课时。因此，内容多、课时少这一现状迫使教师只能对某些内容做简要介绍。此外，大部分学生对《大学物理》《材料科学基础》等先修课程知识掌握不牢，导致学生上课跟不上，学习兴趣低，应用所学知识解决实际问题的能力明显不足。为在有限的课时内，达到良好的教学效果，在“双一流”建设背景下，必须及时优化、重组教学内容。

1.2 教学方式单一

随着科技的发展，教学方式和手段越来越多元化，然而，目前高校教师的教学方式仍采用以PPT讲授为主的“填鸭式”教学。我院《材料近代分析方法》课程的教学方式也是如此，然而该课程内容抽象、理论性较强、概念多、公式推导复杂，教师照本宣科的情况仍然存在，加之课时紧张，每次课的知识点较多，导致学生对知识点的掌握不足，使学生在课程学习过程中感到枯燥、无趣，更谈不上学生的个性发展。如此单一的教学方式也导致了学生的知识体系单一，达不到人才培养的目的。为了提升教学效果、实现人才培养目标，在“双一流”建设背景下，必须采用多元化的、更合理的教学方式，使每位学生都能从中受益。

1.3 实验内容固化

目前，我院《材料近代分析方法》课程的课内实验内容仍为“X射线衍射仪的结构及物相分析”“扫描电子显微镜结构、微观组织及断口分析”以及“扫描电子显微镜能谱及成分分析”这三个基本的演示、验证性实验。虽能一定程度上加深学生对所学知识的理解和掌握，然而，缺乏对学生探索能力的培养以及创新思维的训练。同时，实验学时的严重不足，也造成了学生的实践机会大打折扣。此外，实验报告相互抄袭的现象依然严峻，学生对数据处理和实验结果的分析能力严重不足。为了提高学生实践能力，培养学生创新思维和探索能力，在“双一流”建设背景下，必须优化实验教学内容，使每位学生都能亲自参与从试样制备－检测分析－数据处理－结果分析这一全过程。

2 “双一流”建设背景下《材料近代分析方法》课程的教学实践

2.1 基于需求、力求精练实用，优化教学内容

《材料近代分析方法》作为我院冶金、材料、焊接、新能源材料与器件等专业的基础课，为实现教学目的和人才培养目标，必须根据专业特点和需求，以精炼、实用为导向，对教学内容进行优化，这样才能在有限课时内让学生汲取到与本专业密切相关的知识[5，6]。如我院冶金、材料、焊接专业主要关注的是金属等结构材料中的微观组织结构与显微成分等信息的检测分析。因此，在授课过程中可以强化金属结构材料的显微分析内容，弱化新能源相关的功能材料等的检测分析内容，仅将这部分内容作为了解性内容，让冶金、材料、焊接专业的学生在有精力的条件下进行自我学习。对新能源材料与器件专业的学生则相反，应强化与其专业相关的功能材料的检测、表征内容，弱化结构件的显微分析。

此外，学生前期已修完了《大学物理》《电工电子技术》等课程，这些课程部分内容已涉及了X射线的物理学基础以及电子光学基础等知识。因此，在课时不断缩减的背景下，对本课程的内容进行了优化，如对“X射线的性质”“X射线的衍射方向”“电子光学基础”的课时进行了适当的压缩，在此基础上，引入了一定量的与专业相关的检测分析案例以及科学前沿知识，既巩固了基础知识又提升了学生分析、解决问题的能力以及科研创新能力。另外，对冶金、材料、焊接专业，引入了新金属材料分析试样的制备及表征等教学内容；对新能源与器件专业，引入了新能源相关功能材料分析试样的制备与表征等教学内容。通过上述教学内容的优化，本课程的教学目的以及各专业人才培养目标得以良好实现。

2.2 以“学”为中心，丰富教学方式

根据本课程的教学目标和实际需求，在整个教学过程中要突出学生的中心地位，关注学生“学什么”和“怎么学”，注重学生学习兴趣的培养，而不是教师“教什么”和“怎么教”。因此，为丰富教学方式，提高学生的学习兴趣，本课程充分、合理地利用了MOOC、超星等线上的优质教学资源，提前安排学生在规定的时间内通过视频学习、资料查阅、参与讨论以及问卷答题等形式完成相应的线上学习任务，不但提升了学生自主学习的积极性，也拓展了课程教学的时间和空间维度，一定程度上缓解了内容多、课时少这一痛点。此外，上课前，教师对线上平台提供的视频学习情况，讨论、答题情况等数据进行分析，预估学生对相关知识点的掌握程度，以便更为合理地设计、组织线下的课堂教学，如针对错题率较高的知识点，会引入具体的检测、分析案例以及科研案例，采用互动性较强的讨论式教学，逐步引导学生去理解和掌握该知识点。

另外，在“双一流”建设背景下，为进一步提高学生应用所学知识解决具体实际问题的能力，课堂中仍需进行启发式教学。如钢铁材料在连铸、轧制等热加工过程中不可避免地会发生氧化，氧化层大体会有Fe2O3、Fe3O4以及FeO三种氧化物（均含Fe和O两种元素）组成，氧化层的厚度、各层形貌以及所占比例对钢铁性能会产生较大影响，此时可抛出“如何对钢的氧化层厚度、各层形貌、成分以及所占比例进行有效表征？”这一启发性的问题，引入研讨环节，让学生主动思考、积极参与，既能保证教学质量，还能锻炼学生应用所学知识的能力，课后可引导学生继续查阅最新文献资料，验证课堂上的讨论结果，进一步巩固所学知识，同时也能强化学生查阅文献、分析问题、解决问题的能力，让学生从被动接受向主动学习转变。

2.3 以能力培养、思维创新为导向，科学设置实验

在“双一流”建设背景下，为进一步提升学生的实验实践能力，培养学生的创新思维[7-9]，对本课程的实验进行了如下科学设置。首先，将原来由教师主导操作的演示、验证性实验改为由学生全程主导的综合性实验，即教师在讲解了实验原理、目的以及操作要求等必要内容外，整个实验从试样制备－检测分析－数据处理－结果分析均由每组学生独立完成。其次，实验内容不再局限于“X射线衍射仪的结构及物相分析”“扫描电子显微镜结构、微观组织及断口分析”以及“扫描电子显微镜能谱及成分分析”这三个基本的演示、验证性实验，而是在此基础上增加了“XRD定量分析之外标曲线库的建立实验”“透射电子显微镜的结构、样品制备及观察实验”以及“织构的电子背散射衍射分析实验”，每组学生可根据自身情况任选三个实验，这样既能在有限的实验学时内丰富实验内容、增加实践机会，还能避免部分学生重复实验、消极对待。最后，实验材料也不局限于实验室统一配备的演示用材料，而是可以选用自己本创项目、参加的开放选修实验以及教师科研项目中的材料，这样即杜绝了实验报告相互抄袭、敷衍了事的现象，还能够培养学生的沟通以及团队协作能力，同时也强化了学生发现、分析以及解决问题的创新思维。

3 结语

《材料近代分析方法》是我院冶金、材料、焊接、新能源材料与器件等专业的基础课，在“双一流”建设背景下，笔者分析和总结了该课程教学过程中存在的问题，通过对教学内容、教学方式以及实验设置三个方面的改革和实践，使教学内容更加精炼、实用，符合专业需求；教学方式更加丰富，提高了学生的学习兴趣；实验设置更加科学、合理，提升了学生运用所学知识解决实际问题的能力以及学生的创新思维能力。在以后的教学活动中，为实现本课程的教学目的和人才培养目标仍需不断进行总结和调整。