现代材料测试与分析技术教学改革——以河南科技学院为例

李勇峰，张亚奇，吴婷婷，赵红远，张明明

（河南科技学院 机电学院，河南 新乡 453003）

随着我国研究生招生规模的不断扩大，专业硕士研究生的人数日益增多，招生数量与培养质量之间的矛盾日益突出，高层次创新型技能人才的培养越来越受到影响。为提高教学质量和研究生的科研素养，一些院校在学科建设和课程改革方面进行了深入探索，提出了一些具体可行的实施方案［1-3］。

现代材料测试与分析技术是研究材料内部的物相组成和微观结构的一门专业基础课，也是综合性和实践性都很强的学位必修课［4-6］。该课程与提高研究生的专业素养和专业创新能力密切相关。为了提高专业研究生的培养质量，很多学校都进行了教学改革［7-9］，并取得了一定的成效，但它们关注的对象都是材料类专业的研究生，而针对机械工程专业研究生进行的教学改革还未见报道。

无论是在前期材料学基础知识储备方面，还是在科学研究需求方面，机械工程专业研究生与材料类专业研究生都存在明显的不同。我们以河南科技学院机械工程专业研究生为例，分析了近几年现代材料测试与分析技术教学中存在的问题，改革了教学内容、授课方式、教学模式和考核机制，加强了实践教学环节，突出了专业特色，为学科建设和人才培养提供有价值的参考。

1 教学中存在的问题

现代材料测试与分析技术的教学目标是要求学生掌握各类现代材料测试方法的基本原理，熟悉各类仪器设备的操作过程，了解各类分析测试技术在材料研究领域中的应用，并能针对科研需要开展相应的测试与分析工作。

在近几年的现代材料测试与分析技术教学中，我们发现存在以下问题。

1.1 教材的理论较深 学生难以熟练掌握

现代材料测试与分析技术涉及的专业知识面较广，其中的测试仪器涉及光学、电磁学、热学、化学、晶体学、数学和量子学等学科知识。该课程给学生的印象是抽象和枯燥，这给学生学习、理解和掌握相关知识带来了较大的困难，难以激发学生的学习兴趣，教学效果也不是很理想。

在教学过程中，我们使用的教材是由东南大学出版社出版的朱和国主编的《材料科学研究与测试方法》，该教材内容全面，几乎涵盖了当前所有的材料测试方法，涉及的测试材料包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料、非晶态材料、金属间化合物和复合材料等。为了提高教学质量，我们在备课过程中查阅了大量的文献资料，还参考了郭立伟等编写的《现代材料分析测试方法》，该书介绍了X射线衍射分析、电子显微分析和其他常用的近代物理检测分析等方法，这些方法包括分析材料的表面形貌、组织、结构、成分、物相转变及其能量变化等。

这两本书比较适合材料科学与工程专业的研究生使用，但对于机械专业的研究生来说，由于书中很多专业知识没还没有学到，没有前期的知识储备，他们很难理解和掌握。对于非材料类机械工程专业的硕士研究生来说，他们要做的实验包括表面形貌、显微硬度、耐磨耐腐、力学性能、组织结构、物相的定性定量分析等，这些实验很少涉及光谱分析、核磁共振分析、热分析和色谱分析等方法，相关内容很难让机械工程专业研究生熟练掌握，不太适合机械工程专业的研究生学习。

1.2 教学以理论为主 学生难以提高动手能力

现代材料测试与分析技术虽然实践性很强，但也涉及了一些理论性很强的内容，其中仪器的工作原理及测试技术就包含了很多理论性内容，这就要求学生掌握很多基础概念与理论知识。因此，在教学过程中，我们往往采用讲授为主、实验为辅的教学模式。另外，一些测试技术涉及的理论较深，需要教师花费更多的时间来讲解相关的理论知识，这就缩短了学生做实验的时间，也影响了学生动手能力的培养。

讲授为主、实验为辅的弊端在于课堂讲授的理论缺少实际操作支撑，枯燥的授课方式难以支撑达到学以致用的教学目标。单纯的理论讲授导致学生缺乏对实验的感性认知，不能很好地完成实验，最终失去学习的兴趣。另外，部分教材理论陈旧，与实验存在较大差异，授课内容包括不少陈旧的检测手段和实验方法，学生学到的知识难以应用到实验中，这很难提高学生的动手能力。

1.3 大型仪器设备较少 难以满足教学需要

现代材料测试与分析技术的教学需要使用大量的仪器设备，但大型仪器设备比较贵重，学校购买的数量往往很少，教师常常采用参观的形式开展教学，学生实际操作的机会很少，很难熟悉设备的操作流程，无法锻炼动手能力，因此，教学的实用性和应用性效果不佳，难以实现教学目标。

目前，先进设备都由学校实验中心统一管理，专人负责，专人测试。由于设备数量和指导教师人数有限，无法满足学生的实验需要，虽然部分设备给学生提供了操作的机会，但多数设备的操作都是按固定流程进行的，许多功能没有得到开发和利用。因此，学到的理论无法得到验证，实验操作能力无法得到提高。

1.4 教学内容繁杂 难以满足学生的需求

对于机械工程专业的研究生来说，由于他们学习的材料内容比较少，基础比较薄弱，感觉该课程比较抽象、枯燥，他们在理解相关知识方面遇到较多的困难，而在课题研究和今后工作中会常常用到这些知识。

机械工程专业研究生的需求与材料专业研究生的不同，他们不需要深入研究材料内部的物相组成、结构以及复杂材料的制备，而只需要用到与机械工程材料测试与性能表征方面的知识。

现有的教材内容体系庞大、知识面广、理论较深，还涉及一些大型实验设备的工作原理、操作方法和实际应用。对机械工程专业的研究生来说，这些繁杂的内容既增加了他们学习的难度，又难以满足机械工程专业的科研需要。

2 改革措施及对策

随着材料科学的发展，材料测试与分析技术的应用越来越普及。为了适应科学研究和未来工作的需要，我们根据几年的教学经验和学生的反馈意见，结合机械工程专业硕士研究生的学习特点和科研需求，在以下几个方面进行了改革。

2.1 加强实践教学环节 提高实际操作能力

在教学方式上，我们简化有关仪器原理及理论推导方面的内容，加强了实践教学环节。在实践教学环节，我们先对实验进行演示，然后安排学生独立完成试样的制备、设备的安装及工艺参数的设定。如果用到常规的实验设备，我们就采用任务驱动的教学模式开展教学，给学生提供实验耗材，让学生自己设计实验和完成实验，自主分析实验结果，独立完成实验报告。

实践教学环节能激发学生的学习兴趣，巩固学生所学知识，锻炼学生的动手能力和综合分析能力，提高学生解决科学研究和实际工程中问题的能力。

6年来，我国GDP平均增长8.5%，国防费平均增长9.3%，高于GDP增长率0.8个百分点。其中，2018年国防费为11069.51亿元人民币，增长率为8.1%，高于6.5%左右的GDP增长率1.6个百分点。在国防费的支撑和保障下，国防和军队建设有了长足进步，武器装备更新换代，生活条件得以改善，训练水平不断提高，深化改革顺利进行，精神面貌焕然一新，人民军队履行新时代使命任务的能力有了大幅提高。这一阶段，可称为国防和军队建设“全面发展阶段”。

2.2 拓展学习方式 发挥网络和媒体教学的优势

随着计算机和网络技术的发展，网络和媒体教学显示出巨大的优势。为了适应网络教学的需要，我们开发了网络教学资源，建立了完善的课程保障体系。

在教学过程中，我们借助网络视频、Flash动画和图片系统讲解材料测试与分析方法，将实验设备的内部结构和操作流程制成短视频或微课，让学生更为直观地获取相关知识，并根据教学需要对相关内容进行更新，以进一步提高教学效果。

2.3 调整教学内容 突出专业特色

在课程建设方面，我们通过调查问卷和毕业生座谈等方式收集教学效果的反馈意见，结合本专业特点，调整教学内容，以满足研究生的需要。

我们在编写《现代材料测试与分析简明教程》时，以机械专业研究生科研需要为依据，以够用、实用、简单易学、简练易懂为原则，弱化理论分析与推导内容，强化实验操作内容，以培养学生分析和解决问题的能力。

我们在安排教学内容时，精简理论和实验仪器介绍等内容，强调实验和应用内容，增加应用分析与实践教学环节。在教学中，每个章节都通过一定的案例引出，以通俗易懂的方式讲解仪器设备的基本原理、结构性能和操作流程，讲解实验结果的表征与分析。通过学习，学生能够运用相关设备进行测试与分析。

2.4 引入课题 以任务驱动开展教学

为了提高学生的学习兴趣，培养学生的创新精神和科研素养，我们将部分教师的科研课题融入教学过程，将研究生的科研方向与所学测试分析技术结合，以调动学生的学习积极性，提高课程教学质量。

在教学过程中，我们鼓励学生参与科学研究，让他们参与教师的项目或课题研究，给他们分配适当的科研任务，这不仅培养了学生的科学素养，而且为他们以后参与研究工作奠定了基础。

2.5 完善考核机制 突出实际应用

现代材料测试与分析技术具有很强的实践性，在课程考核中应减少理论考核内容，增加实践考核内容。因此，我们根据该课程的特点，制定了实验教学的考核内容。考核时给学生提供实验耗材，让学生独自完成相应的测试与分析，以此考核学生的动手能力和实践技能。

3 结束语

现代材料测试与分析技术的教学改革对于提高机械工程专业和材料科学与工程专业硕士研究生的创新能力和培养质量具有重要意义。通过教学改革，学生能更好地学习现代材料测试技术与分析方法，提高学习兴趣和实践能力。针对教学中存在的一些问题，我们提出了一些合理的教学方法，为培养学生的综合素质尽了一份努力。