以學生為中心的《材料表征技術(shù)》教學改革探討*

周瑞莎，宋江鋒，王金霞

(中北大學理學院，山西 太原 030051)

近些年，“以學生為中心”的理念越來越受重視[1-2]。我們也希望把這一理念貫穿于本科生的《材料表征技術(shù)》課程中。

材料表征技術(shù)是高等院?；瘜W，化工，材料等相關(guān)化學專業(yè)高年級學生的一門專業(yè)課。是當代化學和材料工作者必須掌握的一種重要工具。 掌握電子顯微技術(shù)、光譜分析和熱分析的基本理論，各種電子光譜與有機化合物結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，電子顯微技術(shù)的深刻理解，并具有對材料結(jié)構(gòu)進行綜合分析的能力，是該課程的主要教學目標。同時，它的實用性很強[3-5]，作為一名化學工作者，無論是做研究，還是做分析鑒定，都必不可少[6]。

但是材料表征技術(shù)課程內(nèi)容龐雜，涉及到的理論知識多且抽象，每一種表征技術(shù)相對獨立等特點，教和學都存在一定的困難。第一，本課程內(nèi)容涉及到一些先修課程如無機化學、有機化學等多學科的知識，學習起來困難重重，學生常常感覺越往后越難學，很難把這門課學好。第二，目前對于理論課的課題教學模式基本采用的是教師主講的講授式教學法，學生在學習中的主導地位得不到具體體現(xiàn)，對于知識點采用死記硬背的方式而不是充分理解，從而導致不能靈活運用各類表征技術(shù)，導致學習的積極性不高。第三，材料表征技術(shù)作為大三的一門課程，其最迫切的應用是一年后，即大四畢業(yè)論文的書寫中，對于各類表征結(jié)果的分析，學生最深的感受往往是似曾相識，卻又無從下手。而重新翻閱原來學習的內(nèi)容，又不知從何學起，給畢業(yè)論文的書寫帶來很大的困難。

因此，我們希望通過對教學現(xiàn)狀進行分析并結(jié)合多年的教學經(jīng)驗，采用“以學生為中心”的材料表征技術(shù)課程教學改革，首先優(yōu)化教學內(nèi)容，同時大力進行教學方法的改革，進而對課程考核體系進行深度改革，培養(yǎng)高素質(zhì)，綜合能力強的學生。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

1 優(yōu)化教學內(nèi)容

材料表征技術(shù)課程的課程目標是讓學生掌握電子光譜法和顯微技術(shù)的基本原理及其應用。但我們的課程學時數(shù)少(32個學時)，因此合理安排課時，優(yōu)化教學內(nèi)容顯得尤為重要，而且優(yōu)化教學內(nèi)容不能是簡單地補充和增刪，而應以學生為中心，合理安排。

1.1 合理安排各章節(jié)課時

在課程結(jié)構(gòu)上，雖然電子顯微技術(shù)涉及到的理論知識復雜，但在本科階段，只安排2課時，使同學們對這部分內(nèi)容有整體上的概括性的了解，能夠簡單的應用即可。相對簡單、內(nèi)容較少的紫外部分開設為2學時，紅外和質(zhì)譜這兩個表征方法分別開設6 學時，而對于今后在進一步學習和科研中用的比較多的核磁共振氫譜和核磁共振碳譜共開設12學時。

1.2 簡化原理性內(nèi)容，增加圖譜解析

盡管各種表征方法相互獨立，但基本上也是由簡入難，一般是先講紫外、紅外，再講核磁、質(zhì)譜，之后進入顯微技術(shù)的初步認識，最后是熱分析的學習。教學內(nèi)容的整合上，首先理論性的知識需要簡化為學生能夠理解的內(nèi)容，再將各個獨立的表征方法通過對比、歸納等方法進行聯(lián)系和總結(jié)，引導學生按照自己的方法和思路進行各類表征方法的總結(jié)對比，找出易混淆和共性之處，使各類表征方法內(nèi)化為學生自己的知識。例如，在紅外，紫外和核磁共振波譜的章節(jié)中，都涉及到各類影響因素，可以把這三類譜的影響因素放在一個表格中進行綜合分析，深化對這三類譜的理解，也能避免混淆。其次，為了學生能夠應用所學知識，需要準備大量的譜圖給學生進行練習，而課時也大部分用在解析譜圖上。同時通過反復的練習來加深知識的理解，并掌握譜圖特征與結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系與規(guī)律。例如，在核磁共振氫譜的解析時，對每一類有機化合物的氫譜圖進行分析，并對圖譜進行總結(jié)。再比如，在熱分析中，對各類材料，包括硅酸鹽材料，配合物等的差熱和熱重進行分析，使學生從中掌握圖譜解析的規(guī)律，從而不再懼怕解析。

1.3 引入與學生相關(guān)的實例化材料表征圖譜解析

(1)引入科研實踐中的實例

《材料表征技術(shù)》課程的學習目的是使學生能夠?qū)Σ牧系谋碚鹘Y(jié)果進行分析，從而得到有關(guān)該材料或者該物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息。因此，如何充分調(diào)動學生的學習熱情，解決學生的學習困難，并最終能夠?qū)W以致用，值得我們思考與研究。鑒于此，除了基本理論知識的學習外，結(jié)合所在理學院應用化學專業(yè)的特點，在教學中，把本學科部老師在從事科研工作中的材料表征的圖譜或圖片作為課堂或課后的練習題，讓學生們切實感受到課程內(nèi)容并非只是理論，而是在科研中具有舉足輕重的作用和地位，從而激發(fā)學生學習的積極性。

(2)引入本科畢業(yè)論文中的實例

當然，最切合實際的是優(yōu)選近三年本科畢業(yè)論文中較好的圖譜作為例子，讓學生能夠感受到其最為迫切的應用，也切身感覺到是以學生為中心的教學，極大的提高了學習的積極性。

2 多元化的教學方法

在教學中，要更多的采用啟發(fā)式教學。對材料的表征，更多的是考查學生的綜合素質(zhì)，對學生的邏輯思維能力提出了較高的要求。因此，在教學中，采用多元化的教學方法，更多的采用啟發(fā)式教學，培養(yǎng)學生獨立思考問題、解決問題的能力。

2.1 充分利用現(xiàn)代多媒體技術(shù)手段

材料表征技術(shù)內(nèi)容比較抽象，有大量的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，初學者容易感到枯燥難懂。可以利用多媒體計算機輔助教學：(1)采用微視頻，形象生動地展示各類儀器的基本原理；(2)向?qū)W生靈活演示圖譜的綜合解析過程，增加學生對圖譜解析的感性認識。使抽象的理論知識的教授和學習不再枯燥，提升教學效果。

2.2 在習題課上，采用“以學生為中心”的分組討論形式

對于習題的講解，采用學生分組討論的形式，教師采用啟發(fā)式教學，進行引導和總結(jié)，并與學生一起討論譜圖及特征峰，課堂氣氛活躍，有利于激發(fā)學生學習興趣，提升學生思考問題，解決問題的能力。充分實施“以學生學習為中心”的教以及學的情況。

2.3 QQ群的有效使用

建立QQ群，把多年積累的資料上傳至QQ群，利于大家課后深入學習。分別將“ppt” “有關(guān)材料表征技術(shù)的文章”“課外習題”“優(yōu)秀作業(yè)”等上傳至群文件中。

QQ群最大的優(yōu)勢還在于，課下隨時可以討論，所有人都可以參與討論。另外，有好的資源可以隨時共享。對于有更高要求的學生，著眼于未來的更高學歷的學習或?qū)嶋H工作需要，在QQ群里介紹計算機輔助軟件，幫助學生掌握原始數(shù)的處理方法。

3 科學的考核評價方式

材料表征技術(shù)的課程目標，是能夠初步對材料的表征結(jié)果進行分析。對學生的基本理論知識的掌握情況，分析能力、推導能力等提出了較高的要求。因此，在考核評價方式上，以學生為中心，對課程的考核評價方式進行改革，使考核和評價貫穿在整個教學過程。

3.1 每一種表征方法單獨測試

每一種表征方法學習完后就進行單獨測試。主要考察學生對剛學習完的表征方法中理論知識和概念性內(nèi)容的掌握程度。測試可以選用傳統(tǒng)的選擇、判斷、填空，簡答等題型，簡單的材料表征的推導題必不可少，涉及到的知識點全面，有一定的難度。例如在紅外光譜章節(jié)的學習結(jié)束后，考核學生對各類化合物的紅外特征峰的掌握情況，以及內(nèi)部和外部因素對紅外特征峰的影響。該部分占總成績的30%。

3.2 期末考試(開放性試題)

以學生為中心，使學生學有所用，期末考試時，不再設置知識性的試題，而是以開放性試題為主，考查學生對各類表征方法的綜合解析能力和靈活應用能力。必須對各類表征技術(shù)基礎知識靈活掌握的前提下，進行多方面的考慮，認真的分析，科學的推導，才能得出足夠的結(jié)構(gòu)信息，綜合分析出化合物的化學結(jié)構(gòu)。期末考試時，學生可以參考課本、查閱各種工具書。但這部分開放性試題有較大的難度，用到的材料表征方法也比較多，是全面的綜合解析題，學生綜合利用所學表征方法方能對譜圖進行解析。因此，沒有扎實的基礎知識和分析判斷能力難以完成。該部分占總成績的60%。開放性試題，可以提高學生的學習興趣，避免大量數(shù)據(jù)的記憶而產(chǎn)生的抵觸情緒。

3.3 應用論文寫作

在材料表征技術(shù)課程中，鼓勵學生對材料表征方法的內(nèi)容進行深入和廣泛的學習。例如紫外光譜的學習中，除了課堂關(guān)于紫外吸收光譜的學習，教師還提到了固體紫外漫反射技術(shù)，引起了部分學生的興趣。教師引導其查閱相關(guān)文獻，并進行簡短論文的寫作。應用論文的寫作這一要求在學習完紫外和紅外光譜之后，進行布置，即學生對材料表征技術(shù)有了一定的了解后，但還未學習其他表征技術(shù)之前，以便給學生能夠自由選擇，題目自擬。期末考試前完成即可。論文內(nèi)容要體現(xiàn)材料表征技術(shù)的新方法、新技術(shù)、新應用?？梢苑中〗M合作完成，但小組人數(shù)不能超過5個，并需要說明每一位組內(nèi)成員的分工。論文的成績從格式、內(nèi)容的完整性、和所學表征技術(shù)之間的聯(lián)系，邏輯性、新穎性等方面來劃分為不同的等級。該部分占總成績的10%。

綜上所述，通過以學生為中心的教學改革，進行教學內(nèi)容的優(yōu)化，多元化的教學方法和科學的考評方法的改革，材料表征技術(shù)課程教和學的質(zhì)量一定會大幅提升。但各類表征技術(shù)和方法一直在發(fā)展，這就要求教師要與時俱進，終身學習，不斷提高自身的專業(yè)素養(yǎng)，并時刻進行教學改革。讓材料表征技術(shù)成為學生喜歡學，老師喜歡教，學有所用，真正成為當代化學工作者必須掌握的一種重要工具。