“复合材料研究与测试方法”教学改革探索与实践

王雨霏 葛鑫 邢瑞光 潘高飞

摘  要：为优化教学资源，提高课堂教学效率，培养研究与应用双型复合人才，文章结合内蒙古科技大学材料与冶金学院（稀土学院）复合材料与工程专业的教学改革，从“复合材料研究与测试方法”课程特点、学生情况以及教学环境出发，对“复合材料研究与测试方法”课程的教学目标与内容、教学方法与模式、考核方法与形式，以实践探究的方式进行改革探索研究，以期达到激发学生对课程的兴趣，促进学生的学习主动性，提升学生的思考能力，扩展学生的知识结构，强化学生的实践能力之目的。

关键词：“复合材料研究与测试方法”;教学探索;教学改革

中图分类号：G642.0    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2022）11-0120-04

科学技术的发展與创新对材料的性能提出了更高更复杂的要求，复合材料应运而生，显示出了某些超越传统材料的优势以及更为广泛的应用前景[1]。为了满足国家对复合材料人才的需求，内蒙古科技大学开设了复合材料与工程专业。该专业要求毕业生具有非常扎实的理论基础和很强的实践能力，掌握复合材料的设计与制备加工方法，熟知组成结构与性能之间的基本规律，具有对复合材料的分析检测的基本技能。“复合材料研究与测试方法”课程是学生系统掌握复合材料的设计制备及结构性能、测试方法的重要专业课程，能使学生对复合材料常用测试方法的基本原理、测试设备及方法、测试结果处理与分析具有较全面的理论知识以及实践操作能力。所以，对“复合材料研究与测试方法”课程进行改革，在教学过程中应在注重培养研究型人才的同时兼顾应用型人才的培养，以适应我国社会经济与科学技术的发展，培养具有创新能力和实践能力的应用型创新人才。

一、“复合材料研究与测试方法”课程特点和学习目标

“复合材料研究与测试方法”课程是建立在多学科基础上的一门专业课程，课程内容涉及广泛，包括物理学、化学、材料学等多种学科，要求学生具有较为广博的知识储备。课程安排在三年级第二学期，在学生学习了高等数学、大学物理、高分子化学、高分子物理、材料科学基础、材料表面与界面等一系列专业课程，具备了大量知识储备之后开设本课程。课程系统介绍了常用复合材料微观分析的基本知识，详细介绍了红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、热分析、动态力学热分析等分析测试方法的基本原理、仪器结构及工作原理、仪器使用、测试数据的处理和分析以及测试方法的应用。另外，该课程是理论与实践紧密结合的一门课程，随着科学技术的发展进步，仪器测试手段日益更新，因此课程教学也需要紧跟科学前沿不断发展。

“复合材料研究与测试方法”课程的学习目标是使学生对复合材料研究与测试方法具有一个全面的认知，并且了解这些微观分析手段的特征和用途，掌握复合材料常用微观测试方法的基本知识，具有进行微观分析的理论知识和基本技能，能够根据测试目的、实验需求、材料特征等正确选择分析测试方法，并且可以熟练处理测试数据并进行分析，具有作为研究型人才或应用型人才开展复合材料研究或者分析解决复合材料工程实际问题的能力。

二、“复合材料研究与测试方法”课程教学现状

“复合材料研究与测试方法”课程在教学中普遍存在学生难以彻底理解、貌似听懂，一旦遇到实例就不会的情况，在考核中的反映就是即便开卷考试仍有部分学生找不到答案。造成这种现象的原因有：1. 教学内容单一。“复合材料研究与测试方法”课程是理论与实践紧密结合的一门课程，然而“复合材料研究与测试方法”课程中所学习的测试方法的基本原理、仪器结构及工作原理等理论知识较难，涉及知识面广，而教学课时有限，所以更多的教学内容偏重于理论教学，而削减了应用性和创新性内容。造成的结果就是学生感觉课程难，逐渐丧失学习兴趣与学习主动性，限制了对学生应用能力和创新能力的培养。2. 教学方法和教学手段过于传统。“复合材料研究与测试方法”课程中涉及了很多测试仪器的结构、工作原理、仪器使用、分析方法以及应用等较为抽象的知识内容。而传统的“课本+PPT+板书”教学方法并不能帮助学生很好地理解晦涩难懂的理论知识和掌握材料研究测试方法及建立三维的知识体系，也不能激发学生课堂学习兴趣。3. 开放实验教学缺乏。实验教学的缺乏是学生不能完全掌握复合材料研究与测试方法的重要原因。“复合材料研究与测试方法”课程担负着培养学生知识应用与创新能力的双重重任，学以致用是关键，最终还是要落脚于实践。而开放实验教学的缺乏恰恰导致教学中学生实践不足，一定程度上造成了学生貌似学会了却不会用的结果。4. 考核体系不够全面。全面的考核体系可以实时、多维度、全方面反映学生对课程的掌握情况，可以根据反馈及时调节教学内容与教学方法，帮助学生更快更好地掌握知识。考核体系不够全面导致不能及时、全面地发现学生学习中所存在的问题，无形中给研究型与应用型创新人才的培养设置了障碍。

三、改革教学，提升质量

为了提升教学质量、实现教学目标，该校根据课程特点和教学内容，对“复合材料研究与测试方法”课程的教学改革进行了一系列探索与实践。依据“复合材料研究与测试方法”课程本身的特点，在教改的探索中，主要集中于以下几方面：1. 根据本专业学生的学习背景，理解能力等针对性调整教学素材、教学模式以及评价考核体系，促使学生可以正确、全面地理解课程内容中的重点、难点，掌握专业知识，具有专业素质。2. 培养学生独立的学习探索能力以及创新意识。

（一）课程内容的构建与教学内容的调整

教材是学生获取知识最直接的途径，所以教材的选择至关重要。1. 教学内容的安排对激发学生对课程的兴趣、构建知识结构具有举足轻重的作用。叶圣陶先生说“教材无非是个例子”。例子选取得典型，非常有助于学生理解、掌握与应用，能起到事半功倍的效用。在教材的选择上，经过该专业教师长期在教学中的探索和总结，发现现有的教材各有侧重，与学生背景、课程目标并不能完全匹配，所以，该专业教师以吴刚主编的《材料结构表征及应用》为主，将陈厚等人编著的《高分子材料分析测试与研究方法》、王富耻主编的《材料现代分析测试方法》以及过梅丽主编的《高聚物与复合材料的动态力学热分析》等教材进行整合，系统性地对红外光谱、X射线衍射分析、扫描电子显微镜、材料热分析、动态力学热分析等复合材料常用分析测试方法的基本原理、仪器使用、分析方法、应用等方面给予全面的知识构建。“复合材料研究与测试方法”课程的特点是理论密切联系实践，以应用为主的，并且具有前沿性。在传统教材的选择之外，可以适当增选电子教材，以便于多次修订。将不断发展的前沿性实例与教材相结合，对于扩展学生构建该课程前沿性研究的知识体系、激发学生该课程的学习兴趣、提高该课程的教学质量大有裨益[2]。

该课程理论学习与操作实验紧密结合，实践成为获得课程知识的最佳手段。传统课程的教学都是以课本为主，系统而全面地讲授知识内容。然而，基于“复合材料研究与测试方法”课程的特点和学习目标，教学内容必然需要进行调整。除了对基本原理、仪器使用、分析方法、应用等内容的学习，大量实例是迅速掌握本门课程的有效途径，通过对大量实例的分析，能增加学生对课程知识的理解能力，达到熟练处理测试数据并进行分析的学习目的。此外，随着科学技术的发展，在测试研究方法中利用各种数据处理软件进行数据分析可以实现大量数据的快速、准确处理与分析，例如XPS分析方法中数据的处理。但是在本科课程甚至于研究生课程中都没有有关分析软件应用的学习，这种弊端在学生做毕业设计时就会体现出来，所以在学生掌握某一研究与测试方法课程内容后再加入简单的数据处理软件的使用，既能提升学生学习的兴趣，也能促使达成教学目的。

“复合材料研究与测试方法”具有综合性的特点。在学习过程中涉及多学科课程知识。这些多学科课程知识学习掌握的程度，直接会影响到“复合材料研究与测试方法”的学习效果。这些课程方面知识的缺失，会对“复合材料研究与测试方法”课程的学习造成很大困难，甚至会使学生产生厌学情绪。针对这种情况，该校在讲学“复合材料研究与测试方法”每一章节前，增列“导学提示”，列出学习本章节所用到的有关课程知识，让学生在进入本课程的学习之前，提前温习到位，补足缺失的知识。教学过程中，有了相关课程及相关知识的支撑，对于达成教学目的，使学生理解掌握课程知识、构建知识体系就变得容易得多，学习进程也能够顺利推进。

（二）教学模式的改革

教学内容是课程的基石。“复合材料研究与测试方法”课程内容涉及学科范围广，且理论性强，教学中更容易偏向理论而忽视对实践能力的培养，致使教学模式相对单一，课堂教学枯燥，学生学习兴趣缺乏[3]。所以，推动教学模式的改革是提高教学质量的重要途径。改变教学模式，使课堂生动有趣，提高学生的积极性，能促进学生对知识的吸收。结合多媒体教学，可以将“复合材料研究与测试方法”课程中枯燥深奥的理论知识进行形象展示;将仪器结构的平面绘图由立体化的图像、视频所代替。例如在红外光谱学习中，教师讲述基本原理时加上动画辅助，可以让学生直接、快速、深入地理解红外光谱的基本原理，之后无论是分析方法、应用等知识内容都是建立在其基本原理基础之上，在深入理解了基本原理之后，分析方法、应用等知识的学习就更加的游刃有余。立体化的教学模式可以帮助学生理解晦澀难懂的理论知识，直观地理解材料研究测试方法，激发学生课堂学习兴趣、快速形成永久记忆。

课堂教学应以学生为中心，以学定教。立体化多媒体教学可以使课堂教学内容生动有趣味性，吸引学生注意力，激发学生的学习兴趣。为更进一步提升学生学习主动性，培养学生的理解应用能力，可以在课堂教学中开展以学生为中心的教学模式，采用探究式教学法，教师提供问题情景，引导学生通过问题调研，进行讨论、解答、交流等等，打开学生思路，碰撞出思维的火花，促使学生主动积极进行思考，培养学生发现问题解决问题的能力。学习过程不再是讲授式灌输，而是学生主动参与课堂完成知识的学习、积累和应用，有利于学生对新知识的理解、吸收[4]。

随着线上教学的发展，“雨课堂”等线上课堂所独有的优势可以促进学生进行“碎片化”的学习，帮助教师了解学生的学习情况。例如在上课前教师可以在雨课堂上放一段小视频、提一些思考题、或者前沿知识，提升学生的学习兴趣，并带着思考听课，促使学生主动积极完成课堂学习。线上教学与课堂教学相结合，多元化的教学模式可以提升学生的学习主动性，实时掌握学生对课程内容的理解情况，可以有针对性地调整课堂教学，保证学生对重难点的掌握。例如教师可在雨课堂中设置问题，从答题人数、正确率判断学生听课情况以及知识掌握情况，进而对课堂教学进行调整。

（三）教学与科研相结合

“复合材料研究与测试方法”课程教学不仅要理解复合材料的研究与测试方法其原理等内容，测试仪器的使用以及测试结果的分析也是教学的重要部分。然而测试仪器的使用仅凭课堂教学是难以掌握的，“测试方法”教学，重在实践。学生可通过亲自动手，经过实践——认识——再实践——再认识的过程，掌握“测试方法”。因而，“测试方法”教学最好的方法是“习得”，巩固所学知识的最好方法是“反复”。教师带领学生参观仪器、动手操作，对理解巩固学习内容，掌握新知识大有裨益。然而在科研仪器使用紧张的情况下，为本科教学空出大量教学时间有实际难度，尤其是扫描电镜等大型仪器，仅凭单次参观又难以达到教学目的。因此，通过学校协调，在教师、实验员进行科研的同时开放本科生观摩学习、现场演示，涉及本学科的知识，让学生去实践，教师给予指导[5]。这样可将教学与科研相结合，激发学生学习兴趣，帮助学生理解所学知识，对所学知识融会贯通。

让本科生参与到科研中，可在潜移默化中让学生了解到科研的严谨性、团队协作性，培养学生的工匠精神，让学生认识到团队合作和互利共赢的意义，促使学生成为身心健康发展的研究型与应用型创新人才。

（四）多元化考核体系

“复合材料研究与测试方法”课程的考核，通常平时成绩占30%，期末考试成绩占70%。对于占比较大的期末考试，目前学生更多是通过考前集中复习、死记硬背来取得成绩，而忽视了平时的学习与积累，导致学生在考试时形成临时记忆，“应付”考试。虽然，部分学生在考试中取得了合格甚至优秀的考试成绩，然而并没有形成知识体系，甚至在考试结束后遗忘知识点。虽然考试合格，但学生并不能将所学知识应用到之后的科研、生产实践中，难以达成教学目的，学生也会丧失学习兴趣;这样的考核方式还会导致学生不重视这门课程的学习，追求不挂科，考试临阵磨枪，过关拿学分。在本次教改探索与实践中，改变平时成绩的评价方法，增加平时成绩占比，不再以作业成绩与考勤为主，而是改为以课堂表现、前沿报告、小论文、实验报告等形式，形成多元化考核体系，激发学生的学习主动性，并依靠多元化考核体系实时、多维度、全方面检测学生对于课程的掌握情况，可以根据考核体系的反馈及时调节教学内容与教学方法，帮助学生更快更好地掌握知识，督促学生反复复习、整理，将所学知识融会贯通，构建知识体系。在期末考试中，丰富试题种类，加入一定比例的前沿知识，避免学生抄袭作业、死记硬背、应付考试，提高学生学习主动性，引导其注重平时积累，形成长期记忆，有利于学生搭建知识体系。

四、结论

教学改革为的是优化教育资源，提高教学效率与质量。“以生为本”是教学改革的出发点。学生乐学、知识易学，化复杂为简易，融理论于实践，是教学改革的目标。本研究通过对“复合材料研究与测试方法”课程教材、教学内容、教学模式、考核体系改革的探索与实践，基本达到了教学改革的目的，课堂教学效率显著提升，激发了学生对课程的学习兴趣，促进了学生的学习主动性，提升了学生的思考能力，培养了学生的实验能力。

参考文献：

[1] 司利平. 《复合材料》教学过程中的难点剖析与教学方式探索[J]. 广东化工，2021，48（07）：281-283.

[2] 张豪，多树旺，施江，等. 案例教学结合因材施教在《材料研究测试方法实验》课程中的应用与思考[J]. 山东化工，2021，50（02）：201-204.

[3] 张兴华，牛牧野，李惠，等. 材料分析测试方法课程的几点思考[J]. 国际公关，2019（05）：111.

[4] 王永刚，杨琳琳. 材料研究与测试方法的课程教学改革研究[J]. 轻工科技，2019，35（06）：177-178.

[5] 可丹丹，蔡颖，布林朝克，等. 《材料现代分析方法》课程教学改革研讨[J]. 教育教学论坛，2019（18）：136-137.

基金项目：内蒙古科技大学课程思政教学改革研究项目（项目编号：SZY2020045）。

作者简介：王雨霏（1987—），女，博士，内蒙古科技大学材料与冶金学院（稀土学院）讲师，研究方向为功能高分子合成、高分子复合材料的合成与应用;葛鑫（1984—），男，满族，博士，内蒙古科技大学材料与冶金学院（稀土学院）讲师，研究方向为天然高分子复合材料;邢瑞光（1982—），男，博士，内蒙古科技大学材料与冶金学院（稀土学院）副教授，研究方向为石墨烯功能化及其复合材料;潘高飞（1991—），男，博士，内蒙古科技大学材料与冶金学院（稀土学院）讲师，研究方向为有机合成、功能高分子合成、均相催化剂的合成与应用。