基于成果導(dǎo)向的地方應(yīng)用本科院校《材料分析測試技術(shù)》課程教學(xué)改革

孫琳琳 盧國鋒 劉展晴 焦更生 鄭 博

成為國際本科工程學(xué)位互認(rèn)協(xié)議《華盛頓協(xié)議》正式會員意味著經(jīng)過專業(yè)認(rèn)證過的高等院校畢業(yè)生獲得進(jìn)入該專業(yè)領(lǐng)域國際市場的工作資格[1]。中國是工程教育大國，其中工科生人數(shù)的比例接近40%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他發(fā)達(dá)國家大體上在10%左右[2]。截至2018年底，我國共227所高校1 170 個專業(yè)包括機械、材料、化工與制藥等21 個工科專業(yè)類通過了工程教育認(rèn)證。工程教育專業(yè)認(rèn)證工作的開展同時為我國高等院校人才培養(yǎng)提供了明確的目標(biāo)和方向，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的革新及提高。近年來，以成果導(dǎo)向教育理念、以學(xué)生為中心及持續(xù)改進(jìn)理念等專業(yè)工程教育的三大基本理念的教學(xué)改革已經(jīng)在我國許多高等院校課程中推廣和應(yīng)用[3]。

普通地方應(yīng)用型本科院校的材料科學(xué)與工程專業(yè)旨在培養(yǎng)為適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，可從事材料科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)的科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)及經(jīng)營管理等方面工作，培養(yǎng)具有較強理論知識、工程實踐能力、勝任行業(yè)發(fā)展需求的應(yīng)用技術(shù)型人才。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，首先需要解決課程建設(shè)問題，而專業(yè)基礎(chǔ)課程的改革最為重要。其中，《材料分析測試方法》課程是一門材料類專業(yè)學(xué)生必修專業(yè)課程之一，是材料科學(xué)研究和工程技術(shù)人員了解材料微觀結(jié)構(gòu)和改進(jìn)性能的不可缺少的工具。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可具備正確選用現(xiàn)代分析技術(shù)方法開展不同類別材料組織、結(jié)構(gòu)鑒別的能力。而成果導(dǎo)向理念可以彌補傳統(tǒng)教學(xué)的不足，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考以及創(chuàng)新能力，將所學(xué)知識應(yīng)用到具體的工程實踐中。因此，本文基于成果導(dǎo)向理念對《材料分析測試方法》課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核方式等方面進(jìn)行初步改革。

1 教學(xué)現(xiàn)狀分析

《材料分析測試方法》課程的培養(yǎng)目標(biāo)是要求學(xué)生熟悉晶體結(jié)構(gòu)的特征、空間點陣以及晶向和晶面等晶體結(jié)構(gòu)理論知識，強調(diào)學(xué)生對課程中基本概念和分析測試方法的掌握。同時，由于本課程知識理論性強、深度深，傳統(tǒng)教學(xué)基本上以講授為主，理論知識成為授課的重點，工程實踐案例少，課堂參與度不高，易造成學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足等現(xiàn)象。此外，科研經(jīng)費不充足、硬件條件落后，無法安排大量的實踐教學(xué)并保證實踐與理論的同步。在實驗過程中，無法保證每位學(xué)生都能實際操作測試儀器，導(dǎo)致該課程的教學(xué)效果普遍較差。雖然在教學(xué)內(nèi)容上也安排了實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，但絕大多數(shù)實踐均以驗證性和演示性實驗為主，缺乏綜合設(shè)計性實踐內(nèi)容。此外，教材不同章節(jié)之間的內(nèi)容有較強的獨立性，缺乏連貫性，知識點零散，學(xué)生往往難以抓住重點，學(xué)習(xí)難度較大。雖然教學(xué)目標(biāo)最終希望學(xué)生通過對不同材料的表征測試方法和儀器設(shè)備和綜合分析選擇合適測試方法，具備對材料的結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行表征的能力。但在整個傳統(tǒng)教學(xué)中忽視了對學(xué)生利用所學(xué)理論知識分析和解決具體實際問題以及復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)。

2 教學(xué)內(nèi)容改革

對于地方應(yīng)用型本科院校，教師們應(yīng)該基于成果導(dǎo)向理念轉(zhuǎn)變教學(xué)思想觀念，深入企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，對于材料類專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后可能會從事的工作進(jìn)行梳理，反向設(shè)計教學(xué)，確立課程學(xué)習(xí)成果[4]。根據(jù)成果導(dǎo)向理念重構(gòu)課程，把學(xué)生在工作中最需要的知識點進(jìn)行統(tǒng)計，重新編寫適應(yīng)學(xué)生的項目化教材，把教材中煩瑣的理論知識進(jìn)行簡化。由于材料分析測試方法各個章節(jié)之間的連貫性不好掌握，各種分析方法易混淆，因此按照材料分析設(shè)備的類別將課程內(nèi)容分成四個模塊：

（1）晶體學(xué)及X射線的衍射原理部分。

（2）微觀組織形貌及結(jié)構(gòu)分析，觀察材料的形貌組織，主要設(shè)備為掃描電鏡和透射電鏡等。

（3）化學(xué)成分分析，判斷材料內(nèi)部組織及相關(guān)成分，包括了定量和定性分析，主要儀器為X 射線衍射儀、電子探針、俄歇普、XPS 等。

（4）材料熱物性能分析，分析材料熔點及相轉(zhuǎn)化溫度等，主要設(shè)備為熱分析儀DSC、DMA 等。

3 課堂教學(xué)方法的變革

（1）基于成果導(dǎo)向理念，轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念。成果導(dǎo)向教育強調(diào)注重將學(xué)生個人學(xué)習(xí)經(jīng)驗和生活實踐部分與理論教學(xué)相結(jié)合，鼓勵學(xué)生在教學(xué)中產(chǎn)生新思想及新觀點，重建知識結(jié)構(gòu)。此外，在課程教學(xué)中教師要實施靈活性的教學(xué)模式，采用引入相關(guān)材料零部件失效或斷裂發(fā)生事故的熱點新聞視頻或?qū)嶋H案例圖片等吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)思考。對于理論性、邏輯性較強的基礎(chǔ)內(nèi)容，對不同講授內(nèi)容的分析采用多種授課方式和方法，如電子束與固體樣品作用時產(chǎn)生的背散射電子、二次電子、吸收電子、透射電子等信號時，使用剖視動態(tài)圖向?qū)W生展示儀器工作原理動畫、視頻等方法幫助同學(xué)理解抽象概念及難懂的理論，然后由淺入深，通過提問、討論等“互動式”教學(xué)將材料科學(xué)基礎(chǔ)知識與測試分析內(nèi)容有效銜接。針對應(yīng)用性的知識，對不同類別材料如金屬材料、高分子材料及無機化合物等測試表征等內(nèi)容，采用“分組討論教學(xué)”“案例教學(xué)”及“比較教學(xué)”等方法，調(diào)節(jié)課堂氣氛，讓學(xué)生在討論中領(lǐng)會不同測試方法的區(qū)別及聯(lián)系[5]，最后通過思維導(dǎo)圖幫助學(xué)生建立各個章節(jié)之間的聯(lián)系。

（2）以學(xué)生為中心。處于互聯(lián)網(wǎng)+ 教育時代，為了方便學(xué)生和教師通過網(wǎng)絡(luò)電子資源進(jìn)行學(xué)習(xí)和總結(jié)，教師可將課程知識重、難點提前錄成的微課，或者將實驗、生產(chǎn)實況錄制成視頻及動畫，開展網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)。讓不同層次的學(xué)習(xí)者獲得資源和幫助，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，為學(xué)生獲得知識提供新途徑。同時也可以利用手機雨課堂及學(xué)習(xí)通等方式進(jìn)行點名和做題互動，大大節(jié)省了課堂時間，調(diào)節(jié)課堂氣氛。當(dāng)每個模塊學(xué)完之后，教師提出工程實踐問題，教師引導(dǎo)學(xué)生利用學(xué)校圖書館、網(wǎng)上教學(xué)資源平臺查閱相關(guān)資料，啟發(fā)學(xué)生思考提出解決方案，始終貫徹“以學(xué)生發(fā)展為中心”的理念，培養(yǎng)學(xué)生具有終身自主學(xué)習(xí)的能力以及理論聯(lián)系實際、分析解決問題能力。此外，讓大多數(shù)大三學(xué)生通過參與國家級、省級和校級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目，讓學(xué)生們自己動手完成實驗制備樣品，進(jìn)行基本分析儀器操作與數(shù)據(jù)整理分析。在課堂上通過翻轉(zhuǎn)課堂互動式，讓學(xué)生自己根據(jù)在科研過程中涉及的檢測方法進(jìn)行分析，準(zhǔn)備PPT 進(jìn)行講解匯報，增加學(xué)生實踐學(xué)習(xí)能力，同時加深理論知識的理解，實現(xiàn)教師與學(xué)生的共贏。

4 考核方式轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)課程考核方式基本上以卷面成績（70%）+ 平時成績（30%）為主，這種考核對學(xué)生學(xué)習(xí)效果難以評價。而成果導(dǎo)向教育理念下的評價是面向產(chǎn)出即學(xué)生學(xué)習(xí)成果的評價。因此，在教學(xué)過程中需采用多維角度評價學(xué)生學(xué)習(xí)成果。根據(jù)本課程特點，教師要掌握各種課程教學(xué)評價方法。開課前，制定考核環(huán)節(jié)，如課堂提問、問卷調(diào)查、作業(yè)評閱、翻轉(zhuǎn)課堂小組合作、總結(jié)分析報告等；然后制定量化標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)以學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向的教學(xué)過程[6]。因此，為培養(yǎng)學(xué)生實際問題解決能力，考核方式由傳統(tǒng)的閉卷轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄻踊己?；教師根?jù)學(xué)生表現(xiàn)給出每一環(huán)節(jié)成績，使學(xué)生積極參與其中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，強化教學(xué)過程考核并考查學(xué)生綜合學(xué)習(xí)情況，從而提高學(xué)生自學(xué)能力。

5 總結(jié)

基于成果導(dǎo)向為教育理念，針對應(yīng)用型本科院?！恫牧戏治鰷y試技術(shù)》課程存在的問題進(jìn)行全面變革。從培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，教師在教學(xué)過程中通過轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，反向設(shè)計課程教學(xué)，以學(xué)生為中心采用翻轉(zhuǎn)課堂、項目化教學(xué)、互動討論等靈活性的教學(xué)模式以及多樣化的考核方式，提高學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新以及解決復(fù)雜工程問題的能力。