“新工科”背景下《无机材料现代分析测试技术》课程教学改革研究

耿 硕，刘 飞

（贵州大学 化学与化工学院，贵州贵阳 550025）

《无机材料现代分析测试技术》课程具有重要的理论价值和社会价值。《无机材料现代分析测试技术》是贵州大学化学与化工学院无机非金属材料专业的一门基础课程，旨在使学生掌握光学显微分析、X射线衍射分析、电子显微分析和热分析等分析方法的基本原理、实验技术和分析过程，同时了解光谱分析、色谱分析、扫描隧道显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱分析、穆斯堡尔谱分析和核磁共振谱分析的基本原理和实验技术。学生在学习本课程之后应具备以下能力：能够科学的选择分析测试方法、能独立分析简单典型的测试结果、能与专业的分析检测人员共同探讨有关材料分析研究的试验方案和分析较复杂的分析测试结果，以及具备掌握新的分析方法和测试技术的自学能力。在“新工科”背景下[1-2]，深入研究《无机材料现代分析测试技术》课程教学改革，有助于提高《无机材料现代分析测试技术》课程的教学效果，促进学生对《无机材料现代分析测试技术》课程中相关理论和方法的准确理解和深入把握，这对学生后续的毕业设计、工作及科研生涯产生深远的影响。2017年，为积极主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略，教育部积极推进“新工科”建设。“新工科”建设背景下，《无机材料现代分析测试技术》的课程教学改革，是一项全新的深化工科教育改革举措，着力于培养卓越工程师，以积极应对新一轮科技革命和产业结构变革。近年来，“新工科”建设已成为工科教育改革的理论和实践发展重点，优化培养目标和知识结构成为“新工科”人才培养的重中之重。在“新工科”这一背景下，《无机材料现代分析测试技术》课程教学改革迎来了新的挑战与机遇，并对高校工科人才培养提出了新的要求。本文深入分析了“新工科”建设背景下贵州大学化学与化工学院《无机材料现代分析测试技术》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 《无机材料现代分析测试技术》课程教学中存在的问题

1.1 教学内容的优化不足

目前，贵州大学化学与化工学院无机非金属材料专业主要选用张颖、任耘和刘民生等主编的《无机非金属材料研究方法》作为《无机材料现代分析测试技术》课程的教材。该教材一共分为7个章节，主要内容涉及以下四个方面[3]。

（1）X射线衍射分析：主要讲述X射线的物理基础、X射线衍射的几何条件、X射线的衍射强度、X射线衍射方法、X射线在物相分析及其他方面的应用。

（2）电子显微分析：主要涉及电子光学基础知识、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和电子探针X射线显微分析的工作原理、物理结构和样品的制备方法及初步分析。

（3）热分析：主要介绍了热分析的测定方法及其专业名词，并根据方法的不同介绍了差热分析、差示扫描量热分析、热重分析和热膨胀分析的基本原理及其在无机非金属材料分析中的应用。

（4）主要涉及红外光谱和拉曼分析的基本原理及其在无机非金属材料分析中的应用。教材内容非常丰富，但教学过程中应结合不断变化的教学实际而进一步改进教学内容。

近年来，随着无机非金属材料研究方法专业培养计划的修订，该课程的教学课时量减少到32课时，因此教师不得不对某些内容进行删减，同时对一些内容仅作简要介绍以及部分内容作为学生的自学内容。此外，大部分学生对《材料化学基础》《无机材料科学基础》和《晶体学与结晶化学》等选修课程的理论知识掌握不牢，同时该课程还包含许多跨学科知识和描述性的抽象知识，加大了学生的学习难度，从而导致学生存在上课注意力不集中、学习兴趣低、不能合理运用所学知识对材料进行分析等问题，课程的教学效果不尽如人意。因此，在“新工科”概念背景下，必须根据新的教学实际及时优化教学内容，以在有限课时内达到更佳的教学效果，以夯实学生的理论基础和提升学生的素养、思维能力和实验操作能力。

1.2 教学方式单一

在过去的20多年里，高校教师的教学方式仍是以PPT和板书讲授为主的“填鸭式”教学，导致《无机材料现代分析测试技术》课程的教学方式也比较单一。在这种教学过程中，教师占主体地位，学生作为被动接受者，难免被迫陷入被动接受知识的困境之中，缺乏充分参与教学全过程的自主性和创造性，从而影响学生对所学知识的理解和运用；其次，《无机材料现代分析测试技术》课程涉及的分析测试方法的基本原理、概念和公式较多，教学中普遍存在照本宣科的教学方式，这种方式虽然也能传授知识，但这种方式下的课堂非常沉闷，加之课时少、知识点多，很难有效激发学生的学习兴趣，不利于激发学生参与课堂教学的积极性，继而影响学生对知识点的吸收和理解。最后，“填鸭式”的教学方式会导致学生知识体系过于单一，不利于培养学生的综合能力，很难达到高校培养工科人才的目的。因此，在“新工科”概念背景下，为在有限课时内提升教学效果，必须发展多元化的教学方法，采取适合当下学生成长的教学方式。

1.3 实验尚未开展

目前，贵州大学化学与化工学院《无机材料现代分析测试技术》课程由于课程少、内容多等原因，尚未开展学生实验及分析测试仪器认识和操作，而《无机材料现代分析测试技术》课程又是一门实践能力很强的课。当前教师主要是在课堂上通过PPT和视频播放等展示材料样品的制备方法和分析仪器的操作过程。虽然这能在一定程度上加深学生对所学知识的理解和掌握，基本认识分析仪器的外观和型号。但是缺乏样品制备和分析仪器操作等实践机会，不能有效提升学生的实际操作能力，且不利于学生更好地掌握所学知识，难以达到本专业的培养目标。此外，仅仅通过PPT和视频播放展示仪器分析的操作过程不利于培养学生的探索能力和创新思维。因此，在“新工科”概念背景下，为提高学生的实践能力，培养学生的创新思维和探索能力，必须开展实验教学内容，使每位学生都能直接参与试样制备—分析测试—数据收集与整理—结果讨论与分析这一实验的完整过程。

2 “新工科”概念背景下《无机材料现代分析测试技术》课程的教学改革

针对以上三个方面的问题，将从教学内容、教学方式、实验课程三方面深入改革，以提升教学效果，夯实学生的专业基础知识，提升学生的思维和实践能力，为实现中华民族伟大复兴培育本专业的合格人才。

2.1 根据专业需求，优化教学内容

《无机材料现代分析测试技术》作为贵州大学化学与化工学院无机非金属材料专业的一门极为重要的基础课程，为达到良好的教学效果和人才培养目标，必须根据无机非金属材料专业的特点和需求[4-5]，以人才培养方案为导向，对教学内容进行优化，以提高教学质量，让学生更深入地把握本专业相关的基础知识和重要理论。本专业学生主要学习材料科学与工程方面的基础理论和基础知识，掌握材料的制备、组成、组织结构与性能之间关系的基本规律，接受各种无机非金属材料的制备、结构与性能检测分析、设计与开发的基本训练，掌握开发新材料、研究新工艺、提高和改善材料性能和提高产品质量的基本能力。因此，在《无机材料现代分析测试技术》授课过程中应增加无机非金属材料显微结构分析的内容，减少热分析和光谱分析的内容，仅将其作为了解性的内容。

另外，学生在《大学物理》《晶体学与结晶化学》和《电工学》等课程内容中已经学习了X射线的物理学及光学等基础知识。因此，在《无机材料现代分析测试技术》课时较少的情况下，对《无机材料现代分析测试技术》课程的内容进行优化，适当压缩“X射线的物理基础”和“电子光学基础”的课程内容，同时将“光学显微分析”内容作为自学部分和汇报内容。此外，通过在课程学习过程中引入与专业相关的检测分析案例以及结合研究热点来巩固学生对《无机材料现代分析测试技术》课程中介绍的相关研究方法的掌握，既能巩固学生的基础知识，又能锻炼学生分析问题和解决问题的能力，同时可以激发学生的学习兴趣和科研兴趣，增强学生的科研创新能力。除此以外，还应增加X射线光电子能谱的基本原理和应用等内容，提高学生理解无机非金属材料的电子结构影响其材料性能这方面的内容。通过优化上述《无机材料现代分析测试技术》的课程内容，以期提高本课程的教学效果，实现本专业的人才培养目标。

2.2 教学相长，丰富教学方式

根据《无机材料现代分析测试技术》课程的教学目的和人才培养目标，在教学过程中要以学生为主体，教师为主导，重点关注学生的想法和需求，根据学生学习效果的反馈进一步调整教学进度和教学方式。采用多元化的教学方式可以激发学生的学习兴趣，同时积极引导学生在课前通过视频学习、资料查阅、文献阅读、参与讨论和问卷答题等方式提前了解课堂内容，提高学生的自主学习积极性，以适应本门课的课时少、内容多的客观情况，同时，促进教学相长，提高学生的学习效果。此外，教师可以通过课前的问卷调查和小组讨论等方式评估学生的自学效果，分析教学知识的重难点，改进教学方案，进而合理地设计、组织课堂教学；还可以采用讨论式教学，逐步引导学生理解和掌握重难点，以期提高教学质量，达到教学目标。

在“新工科”概念背景下，为进一步提高学生结合运用所学知识分析材料的能力，以及理解非金属材料的显微结构表征，在教学过程中需采用启发式教学。如二氧化硅有多种变体：石英、方石英和鳞石英等，用一般的化学分析或光谱分析不能进行区分，此时可以抛出“如何利用X射线衍射分析法区分二氧化硅的多种变体及对混合材料中物相进行定量分析”这一启发性问题，引入讨论教学，让学生主动学习X射线衍射分析法，利用所学知识分析二氧化硅的多种变体，引导学生积极参与学习、主动思考物相分析方法。通过这种方法既能保证教学效果，还能锻炼学生运用材料分析知识和分析材料的能力。

2.3 科学开展实验课程

在“新工科”概念背景下，《无机材料现代分析测试技术》作为一门实践能力很强的课，为进一步提高学生对仪器的认识和实际操作能力[6-8]，对本课程新增实验教学内容，开展小组分析材料的综合科学实验：为每一小组提供不同的无机非金属材料，让其运用所学知识对材料进行分析定性，整个实验包括试样制备、检测分析、数据处理和结果分析。首先，针对材料微观形貌的分析，如扫描透射电子显微镜和透射电子显微镜，由学生制备相关样品，并由专业教师进行仪器操作指导，由学生选择其需要的形貌图片；其次，针对物相的定性分析，经专业教师对学生进行培训指导后，由学生自己制备样品、操作仪器测试并分析实验结果。通过开设实验内容，可以加深学生对分析原理的理解，提高学生实践操作能力。此外，分配给每组同学的样品是不同的，避免了学生实验报告相互抄袭、消极对待和敷衍了事等问题，同时培养学生的沟通以及团队协作能力，强化学生发现问题、分析问题以及解决问题的能力。

3 结语

《无机材料现代分析测试技术》是贵州大学化学与化工学院无机非金属材料专业的一门基础课程，在“新工科”概念背景下，总结了贵州大学化学与化工学院《无机材料现代分析测试技术》课程在教学中存在的主要问题，通过对教学内容优化、丰富教学方式和开展实验教学等措施提高本课程的教学效果和完成人才培养目标。同时，在后续的教学活动中仍需不断总结和调整课程的教学内容和方式。