材料表征分析類課程建設(shè)新思考

林健

摘要：材料表征、分析類課程是材料科學(xué)與工程專業(yè)本科教學(xué)中的主干課程。該類課程具有信息量多、知識(shí)更新速度快等特點(diǎn)。采用廣與專、基礎(chǔ)理論教學(xué)和快速知識(shí)更新、理論必修課程與實(shí)驗(yàn)選修課程相結(jié)合的多媒體教學(xué)手段，有利于該類課程獲得較為理想的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：本科教學(xué)；材料分析表征；課程建設(shè)；材料科學(xué)與工程

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）50-0216-02

隨著科技與經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，由各種材料制造的物質(zhì)產(chǎn)品豐富著人類的生活。各種功能的新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，對(duì)于各種材料的需求不僅是量的增多，更是質(zhì)的飛躍，新材料的研究和開發(fā)已經(jīng)成為影響科技與生產(chǎn)發(fā)展的一個(gè)重要因素。為了滿足社會(huì)對(duì)新材料的渴求，開展材料科學(xué)與工程專業(yè)課程建設(shè)，培養(yǎng)符合現(xiàn)代科技發(fā)展需求的材料科學(xué)領(lǐng)域?qū)ｉT人才，成為該領(lǐng)域教育工作者的一項(xiàng)重要任務(wù)。

一、材料表征、分析類課程的特點(diǎn)

在材料科學(xué)領(lǐng)域，材料的組成、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用三個(gè)因素構(gòu)成了研究、制造和使用材料中的一個(gè)鐵三角關(guān)系，相輔相成。各類新材料的研究和開發(fā)，無不需要對(duì)材料結(jié)構(gòu)與各種性能進(jìn)行表征。因此，材料表征、分析類課程就成為材料類本科課程體系中的一門專業(yè)必修課程。如浙江大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等許多高校的材料類專業(yè)就分別開設(shè)了材料近代測(cè)試技術(shù)、材料研究方法、材料分析方法等同類課程，清華大學(xué)等校則分別開設(shè)了光學(xué)顯微分析、電子顯微鏡分析、X-光衍射分析等表征分析類專門課程。隨著材料研究的不斷深入，納米材料、生物材料、信息材料等一大批新材料大量涌現(xiàn)，各種新型分析、測(cè)試手段層出不窮，反映在材料表征、分析類課程教學(xué)中，存在廣、高、新等特點(diǎn)，具體反映在以下幾個(gè)方面。

（一）所涉材料研究領(lǐng)域廣

在材料研究與開發(fā)過程中，不斷細(xì)分出大量具有不同性質(zhì)和功用的各類材料。從材料組成、結(jié)構(gòu)來分，可分為金屬、無機(jī)非金屬、有機(jī)高分子材料和復(fù)合材料等；而如果按其功用來分，又可分為建筑材料、信息材料、生物材料等。這些不同門類的材料涉及到不同的分析、表征方法，各具特點(diǎn)而又相互交錯(cuò)。即使是同一種材料，又包含材料組成分析、結(jié)構(gòu)表征、微觀形貌觀察、相關(guān)性能測(cè)試等多種分析方法，造成材料分析檢測(cè)儀器種類繁多、而測(cè)試、分析原理及使用方法又各不相同，導(dǎo)致該類課程涉及面廣而雜，知識(shí)點(diǎn)眾多。

（二）專業(yè)背景知識(shí)要求高

材料表征與分析類課程教學(xué)不僅包括各類分析測(cè)試儀器介紹，更包含應(yīng)用這些儀器進(jìn)行各種材料的研究和分析。鑒于材料科學(xué)研究門類眾多、新材料層出不窮的特點(diǎn)，該課程所涉及的專業(yè)背景知識(shí)非常多，不僅包括材料專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，更涉及建筑材料、信息材料、生物材料、納米材料等專門知識(shí)。因此在教學(xué)過程中需要有大量的專業(yè)背景知識(shí)進(jìn)行鋪墊，學(xué)生所面對(duì)的信息量非常多。

（三）材料表征技術(shù)更新速度快

隨著材料研究的觸角不斷引向微觀，材料分析與表征儀器不斷增加和更新，大型分析儀器的價(jià)格昂貴，教學(xué)實(shí)驗(yàn)安排的困難導(dǎo)致課程教學(xué)中學(xué)生實(shí)際操作這些儀器的可能性較小，因此采用傳統(tǒng)的課程教學(xué)方法無法滿足該類課程教學(xué)的需求，課程建設(shè)的壓力不斷增強(qiáng)。

二、材料表征、分析類課程建設(shè)的幾點(diǎn)想法

針對(duì)材料表征、分析類課程教學(xué)的這些特點(diǎn)，只有通過加快課程建設(shè)，采用多種形式的教學(xué)手段開展該類課程的教學(xué)工作，才能滿足社會(huì)發(fā)展的需求。筆者通過多年開展國(guó)家精品課程“材料研究方法”的教學(xué)和教改工作，形成如下幾方面的課程建設(shè)設(shè)想。

（一）廣與專相結(jié)合

材料表征與分析類課程涉及的知識(shí)面之廣、應(yīng)用儀器之多，是其他一些專業(yè)課程所少見的，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難以消化吸收如此多的專業(yè)知識(shí)，因此課程教學(xué)中必須采用廣與專相結(jié)合的教學(xué)方法。

材料表征與分析過程中要涉及材料組成分析、結(jié)構(gòu)表征、形貌觀察、性能測(cè)定等各種不同的分析、測(cè)試方法，而金屬材料、無機(jī)非金屬材料、高分子材料等的表征分析方法又各有所不同，這樣就出現(xiàn)了各種材料領(lǐng)域的教學(xué)要求各不相同的問題。因此在教學(xué)過程中只有采用“求同存異”、廣與專相結(jié)合的方法才能有效地解決這個(gè)問題。如對(duì)于一些共用性較強(qiáng)的分析方法，如X射線研究分析、電子顯微分析、熱分析、光譜分析等，需要安排較多的課時(shí)教學(xué)，而其他一些專門性較強(qiáng)的儀器分析方法，則可以采用分方向教學(xué)或引入專家講座的形式進(jìn)行。針對(duì)本科學(xué)生所學(xué)的專業(yè)知識(shí)面不深的特點(diǎn)，在課程教學(xué)中應(yīng)注意以基礎(chǔ)教學(xué)為主、兼之以相關(guān)專業(yè)知識(shí)鋪墊，使學(xué)生在掌握各類材料基本分析方法的同時(shí)又大體了解新材料研究與分析領(lǐng)域的一些最新發(fā)展。對(duì)于一些專業(yè)性很強(qiáng)的儀器分析和應(yīng)用方法，可以安排在研究生教學(xué)階段深入進(jìn)行。

（二）基礎(chǔ)理論教學(xué)和快速知識(shí)更新相結(jié)合

材料表征與分析類課程教學(xué)兼有理論教學(xué)和應(yīng)用實(shí)踐兩方面的內(nèi)容，同時(shí)又面臨分析、測(cè)試儀器發(fā)展、更新速度很快的特點(diǎn)。課堂教學(xué)中，采用正式出版的教科書有利于系統(tǒng)而全面地開展理論教學(xué)，但其較長(zhǎng)的出版周期又無法滿足快速知識(shí)更新的要求。因此在課程教學(xué)過程中宜采用教科書和補(bǔ)充教材相結(jié)合的方法，在課內(nèi)外補(bǔ)充一些材料表征與分析領(lǐng)域的最新進(jìn)展文獻(xiàn)資料，通過課內(nèi)講座和課外閱讀等形式幫助學(xué)生把握材料科學(xué)及測(cè)試、分析領(lǐng)域的最新發(fā)展動(dòng)向。

（三）多種教學(xué)形式的綜合應(yīng)用

在材料表征與分析類課程教學(xué)過程中，涉及到大量的分析測(cè)試儀器，有些儀器分析原理深?yuàn)W而設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)的書本和課堂板書較難將一些知識(shí)點(diǎn)講清楚；而現(xiàn)代儀器分析的發(fā)展又與國(guó)際最新材料科學(xué)研究發(fā)展密切相關(guān)，為了培養(yǎng)具有一定國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和國(guó)際視野的學(xué)生，在專業(yè)課程教學(xué)中引入外語(yǔ)教學(xué)內(nèi)容也是一種重要手段。為此，同濟(jì)大學(xué)在“材料研究方法”國(guó)家精品課程建設(shè)中，針對(duì)該課程面廣、知識(shí)點(diǎn)多的特點(diǎn)，靈活開展中英文雙語(yǔ)教學(xué)改革，在各種儀器的基本理論、發(fā)展和應(yīng)用等知識(shí)點(diǎn)介紹時(shí)采用中英文結(jié)合課堂講解和英文電子教材相結(jié)合，保證學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握和運(yùn)用。同時(shí)在教學(xué)過程中引入大量的專家講座，并結(jié)合教學(xué)圖片、多媒體課件、參考文獻(xiàn)庫(kù)、教學(xué)圖譜集等手段，豐富了教學(xué)內(nèi)容，明顯提高了該課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握程度。

（四）課堂教學(xué)與實(shí)踐訓(xùn)練相結(jié)合

材料表征與分析類課程教學(xué)中涉及大量的儀器分析介紹，如果采用課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的手段，讓學(xué)生直接操作這些儀器設(shè)備，鞏固課堂教學(xué)知識(shí)，將明顯有利于課程教學(xué)質(zhì)量的提高。但由于該類課程所涉及的一些分析儀器多為大型儀器，許多高校都難以將這些儀器設(shè)備向本科教學(xué)完全開放。因此根據(jù)各校實(shí)際情況提供學(xué)生實(shí)踐機(jī)會(huì)不失為一種可行方法。筆者在訪問密蘇里科技大學(xué)期間，考察了其材料專業(yè)課程的設(shè)置和教學(xué)情況，發(fā)現(xiàn)盡管該系大型儀器的擁有量與復(fù)套數(shù)明顯高于國(guó)內(nèi)高校，但仍難以滿足所有本科學(xué)生的相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要，因此他們采用了課程教學(xué)與實(shí)驗(yàn)選修相結(jié)合的方式，除了開設(shè)必修課程Characterization of Inorganic Solids外，還開設(shè)了Characterization of Inorganic Solids Laboratory、X-Ray Diffraction Laboratory等后續(xù)實(shí)驗(yàn)課程，對(duì)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行分流，根據(jù)學(xué)生愛好有選擇地進(jìn)行儀器操作方面的培養(yǎng)，較好解決了實(shí)驗(yàn)設(shè)備方面的問題，值得借鑒。同濟(jì)大學(xué)在“材料研究方法”課程教學(xué)實(shí)踐中結(jié)合老師的科研工作，設(shè)立若干材料測(cè)試分析方面的小課題，讓學(xué)生按專業(yè)方向和研究興趣參與其中。同時(shí)課程教學(xué)過程中聯(lián)合學(xué)院測(cè)試中心，設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)，通過具體測(cè)試分析實(shí)驗(yàn)的觀摩、演示、操作指導(dǎo)等方式增進(jìn)學(xué)生在儀器分析過程中的實(shí)踐能力培養(yǎng)，對(duì)材料的各種測(cè)試分析方法有了更深層次的理解，取得了較好的教學(xué)效果。

材料表征與分析類課程是一門專業(yè)基礎(chǔ)而又時(shí)效性很強(qiáng)的課程，面對(duì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)、信息爆炸的今天，只有不斷適應(yīng)材料科學(xué)領(lǐng)域的最新發(fā)展、不斷開展課程建設(shè)和教學(xué)內(nèi)容更新，才能更好地滿足教學(xué)需求，不斷為國(guó)家輸送材料科學(xué)領(lǐng)域的有用之材。

參考文獻(xiàn)：

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