“現代材料表征技術”課程實踐教學改革

霍文霞+張磊

摘 要 “現代材料表征技術”實踐教學是結合大型儀器設備開設的課程，該課程的開展有利于學生掌握現代分析儀器檢測方法，提高學生對樣品表征分析能力，針對目前實驗教學過程中出現的問題，研究了建立以公開講座、具體試樣測試、網絡平臺相結合的方式向學生開放的實驗教學模式，優(yōu)化整合實驗教學資源，豐富實驗內容，通過實際證明，學生的動手能力及學習熱情得以提高。

關鍵詞 現代材料表征技術 實踐教學 網絡平臺

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.10.041

Abstract The “modern materials characterization technology” practice teaching is a combination of large instruments and equipment to open courses，This course is good for the students to master modern analytical instrument detection method，Improve students ability in characterization of the sample analysis， Aiming at the problems appeared in the process of experiment teaching，Studied the practice teaching mode in establish a public lecture， the specific combination of sample testing， the network platform is open to all students . To optimize and integration of experimental teaching resources， Enrich experiment contents， Through the actual show，？improve students practical ability and learning enthusiasm.

Keywords Modern Material Characterization Technology； practice teaching； network platform

0 前言

材料是人類賴以生存的重要物質基礎，隨著科技的飛速發(fā)展，材料的發(fā)展日新月異。材料的成分、結構決定其性質和用途，因而研究探索材料內部結構與組成是發(fā)展新材料的前提和關鍵，“現代材料表征技術”課程是一門有關材料晶體學、物理學、力學等多學科的交叉學科，主要包括：近代材料學科常用的幾種分析測試方法，內容包括X射線衍射技術、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、電子探針、能譜波譜儀等儀器設備的原理以方法應用。“現代材料表征技術”是我校金屬材料、無機非金屬材料、冶金等專業(yè)本科和研究生的專業(yè)基礎和必修課程，主要由課堂教學和實驗教學組成，該課程的學習是提高上述專業(yè)理論認知和實踐能力的重要基礎。具備必要的材料分析測試能力對學生的就業(yè)、后續(xù)的科研和工作都具有重要的推動作用。目前我校“現代材料表征技術”實踐教學部分由分析測試中心舉辦，其主要內容是以參觀和觀摩的形式，對掃描電鏡、透射電鏡、X射線衍射儀、電子探針等分析儀器的構造、成像原理、樣品制備做一定的介紹，此課程由于自身的特點和傳統(tǒng)實踐教學方法的局限，使得這門課程的教學效果欠佳。因此，文章結合學校的實際情況，重點論述此課程實踐教學部分的改革，對學生動手與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提高其教學效果和完善課程體系，對實現理工科學生的全面發(fā)展等方面有著重要的意義。

1 “現代材料表征技術”課程在實踐教學過程的現狀分析

1.1 理論知識與實踐環(huán)節(jié)的脫節(jié)

在以往“現代材料表征技術”實踐教學過程中，學生只是觀察別人的實驗與數據處理，在后期自己的課題研究中，缺乏對實際問題的靈活應用及數據結果的正確分析，不懂得應用所學的知識理論，并且這種知識的脫節(jié)導致學生在理論學習后不能及時去消化理解。

1.2 學生動手能力較差

按照大綱的要求，學生在掌握基本原理以外，要求具備一定的實驗技能。但是作為此課程的實驗教學課程，占總學時的不足1/10，在這種較少的課時情況下，希望對學生進行實踐能力的培養(yǎng)，必定會造成學生在課后自我完成大量的學習工作，并且在實驗環(huán)節(jié)學生動手能力普遍較差，對于樣品制備，數據結果的分析較模糊。

1.3 大型儀器在教學中存在的問題

“現代材料表征技術”課程的實踐教學部分在分析測試中心開展，所涉及的儀器屬于大型精密設備，例如一臺X射線衍射儀價值數百萬，屬于教學設備，同時也屬于重要的科研儀器，這些大型設備在日常工作中承擔了大量的科研測試任務，因此在時間上無法滿足大量的本科生進行上機實驗操作，此外，大型儀器設備的價格比較昂貴，儀器在測試過程中的消耗品及儀器的維修費用相對較高。這些客觀因素決定了這門課程實踐教學部分不可能每人擁有一臺進行操作，所相關的實踐教學部分的內容只能以參觀其演示過程進行，因此給學生只是一個表象，深層次來說，影響其對該課程內容原理的理解與掌握，在這種情形中，制約了學生對大型表征儀器設備的認識與技能的掌握。

2 實踐教學改革方案探討

2.1 舉辦講座

實踐教學課程前舉辦公開講座，講座首先由不同儀器負責人PPT而講授，每人時間約20分鐘左右，分別針對授課班級的專業(yè)方向選擇講授內容，內容包括具體樣品的制備過程、測試的內容、數據結果的分析與處理，其次授課教師做總結將同一種樣品在不同儀器設備中的檢測結果進行綜合分析，最后由學生提出問題，授課教師做出解答。針對金屬亞共析鋼，在SEM下檢測組織組成，在TEM下檢測其中珠光組織中碳化物的結構類型，在XRD下檢測組織組成中各項所占比例等。

2.2 實踐教學授課過程以相關專業(yè)的實際科研測試任務為主要背景

分析測試中心每周預約的實驗中有不同材料、不同檢測項目，在進行實踐教學授課前，針對一周內委托試樣中選取與所學課程班級的專業(yè)方向接近，檢測項目涵蓋當前儀器的所有功能，進行講授，每個儀器在實驗開始前具有抽真空預熱時間，在設備抽真空的時間里講述設備的組成系統(tǒng)、具體部件、基礎理論知識，在試樣測試過程中，進行原理的介紹、儀器參數的設置、以及參數調整后對試樣的影響，最后根據檢測結果進行分析，能夠得到哪些信息。針對學生的疑問做出解答。以掃描電鏡為例，表征合金鋼中的稀土夾雜物，綜合其表面形貌的二次電子像和原子序數的背散射電子像，以及電子探針能譜進行綜合分析。

2.3 構建“現代材料表征技術”實驗教學的網絡開放平臺

在內蒙古科技大學的分析測試中心網頁中設計網絡開放平臺，上課學生以學號姓名班級進行實名注冊及登陸，個人用戶須填寫電話郵箱等注冊登錄，網絡教學平臺的設計如下：

“現代材料表征技術”實驗教學的網絡平臺，主要包括教師簡介、教學資源、實驗預約、答疑討論、在線交流、資源投遞。其中教師簡介包括相關實驗教師的基本情況及聯系方式，方便學生在課前對相關教師情況進行了解；教學資源中上傳大量與實驗教學相關的視屏資料，如：實驗教學教案、實驗教學日歷、實驗教學大綱、具體樣品的制備過程、具體實驗設備的介紹及使用、針對不同材料的測試過程，實驗數據的處理、實驗教學活動等，學生根據自身情況不受時空的限制去觀看學習；實驗預約包括限定一定時間范圍內，授課班級對實驗教學的預約；答疑討論包括學生在實驗學習過程中遇到的問題，都可以與相應的設備指導教師在答疑討論區(qū)以類似于郵件形式反應或交流，答疑討論區(qū)和在線交流區(qū)為師生間提供一個實時溝通平臺；資源共享中上傳PDF文獻，包括不同儀器設備在不同材料領域中的應用，并且按照由簡單到難進行歸類，學生可以在線學習或者下載學習，實現資源共享。網絡教學平臺中對資源的安排難易程度由簡單到深，從不同專業(yè)背景上劃分，滿足學生的個性化培養(yǎng)和差異性培養(yǎng)。

“現代材料表征技術”實踐教學的學時少，在較少學時下完成對學生綜合能力的培養(yǎng)，勢必要求學生在“現代材料表征技術”課后自行完成大量知識的學習和儲備，教學資源零散，學生很難進行有效的學習，網絡教學平臺的建立解決了學生受有效的學時限制，使學習過程不受時空的限制。

3 結論

建立以公開講座、具體試樣測試、網絡平臺相結合的方式向學生開放的實驗教學模式，優(yōu)化整合實驗教學資源，豐富實驗內容，通過在授課前舉辦講座、授課過程中以實際委托測試為背景、課下網絡平臺的學習與交流，改變了過去傳統(tǒng)的學生被動接受知識的模式，從而把學生作為實踐教學的主體，激發(fā)學生的學習興趣，提高學習效率，培養(yǎng)學生的實踐動手能力，使學生在主動思考、實踐、探索的過程中培養(yǎng)學生創(chuàng)造精神與能力，同時也有利于實驗教學資源的優(yōu)化整合。

將“現代材料表征技術”實驗課程放入到實際的委托測試工作中，發(fā)揮實驗室的人力和物力等資源的最大效益，同時建立網絡共享平臺，順應時代發(fā)展的趨勢，網絡平臺對實驗教學資源實現分層次、分類別管理，改變了以往實踐教學課程“大綱統(tǒng)一、內容一致、方法一貫”的面貌，建立了“資源分類、在線交流”的實驗教學體系，使學生不受有效學時、不受時空的限制，在開放的時間、開放的環(huán)境中向著拓展知識、提高能力、注重質量的方向轉變，從而激發(fā)學生的學習興趣，促進學生個性發(fā)展，為拔尖學生成才創(chuàng)造條件，有利于學生綜合能力的培養(yǎng)，為將來盡快地勝任工作、服務于社會打下良好的基礎。

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