材料微觀分析測(cè)試方法類課程的教學(xué)改革探討與實(shí)踐

[摘 要] 材料微觀分析測(cè)試方法類課程是高等院校材料科學(xué)與工程專業(yè)的一門主干課程，微觀表征是材料、冶金、化學(xué)、物理、生命等科研領(lǐng)域的重要研究手段。結(jié)合目前該類課程中存在的問題和專業(yè)課思想政治教育的重要性，從教學(xué)專業(yè)內(nèi)容優(yōu)化、思想政治教育元素融入專業(yè)教學(xué)、教學(xué)方式和方法改變（包括科研案例研討、翻轉(zhuǎn)課堂、課程網(wǎng)站建設(shè)）角度對(duì)這類課程的教學(xué)改革進(jìn)行探討，對(duì)提出的一些措施進(jìn)行實(shí)踐，有助于提高這門課程的教學(xué)質(zhì)量，有利于學(xué)生知識(shí)、能力、品格和素質(zhì)的全面發(fā)展。

[關(guān)鍵詞] 微觀分析測(cè)試方法;課程教學(xué);教學(xué)改革

[作者簡(jiǎn)介] 張景懷（1981—），男，河北吳橋人，博士，哈爾濱工程大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院副教授，博士生導(dǎo)師（通信作者），主要從事新型鎂合金材料研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2021）44-0062-05? ? [收稿日期] 2021-07-21

一、引言

新材料是決定國家高端制造及國防安全的關(guān)鍵因素，已成為國際競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)領(lǐng)域。目前，新材料及相關(guān)技術(shù)已滲透到國民經(jīng)濟(jì)、國防建設(shè)和社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，支撐著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，更高性能的結(jié)構(gòu)材料和功能材料是材料工作者追尋的不變目標(biāo)。材料微觀結(jié)構(gòu)決定其宏觀性能是自然界的永恒規(guī)律，通過控制材料的微觀結(jié)構(gòu)可獲得滿足性能要求的新材料。為了研究開發(fā)新材料，須在不同微觀層次（微米至原子級(jí)）觀測(cè)和分析材料在制備、加工及服役條件下微結(jié)構(gòu)和微區(qū)成分的變化，揭示材料成分—工藝—微結(jié)構(gòu)—性能之間的關(guān)系，建立、豐富和發(fā)展材料科學(xué)基本理論。可見，材料微觀分析在新材料研究中至關(guān)重要，是現(xiàn)代材料研究中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。目前，材料分析測(cè)試技術(shù)已應(yīng)用到材料、冶金、固體化學(xué)、固體物理、機(jī)械、生物醫(yī)學(xué)、電子信息、地質(zhì)礦物等多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域。材料微觀分析測(cè)試方法類課程是材料、冶金學(xué)科本科生和研究生的必修課程，也是其他相關(guān)學(xué)科學(xué)生的專業(yè)選修課?？茖W(xué)技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)材料分析手段不斷提出新要求，也促進(jìn)了新分析方法的不斷出現(xiàn)。因此，材料微觀分析測(cè)試方法這類課程的教材建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容和方式要與時(shí)俱進(jìn)，不斷革新。另外，在全面深化教育改革環(huán)境下，為踐行“立德樹人”教學(xué)理念，須把思想政治教育有機(jī)融入材料微觀分析測(cè)試方法課程的教學(xué)全過程，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授、價(jià)值塑造和能力培養(yǎng)的多元統(tǒng)一，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，充分發(fā)揮教書育人的作用。因此，從課程思政角度看，材料微觀分析測(cè)試方法這門課程也需要深化課程目標(biāo)、內(nèi)容、結(jié)構(gòu)、模式等方面的改革。本文作者近年來承擔(dān)材料微觀分析測(cè)試方法課程的教學(xué)，在教學(xué)實(shí)踐中總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)，有了一些體會(huì)，希望有助于該類課程教學(xué)質(zhì)量的提高。

二、課程概況和教學(xué)目標(biāo)

材料微觀分析測(cè)試方法類課程的主要內(nèi)容是講述材料研究中用到的各種分析測(cè)試方法，包括X射線衍射分析（XRD）、透射電子顯微分析（TEM）、掃描電子顯微分析（SEM）、電子探針分析（MPMA）、掃描隧道顯微分析（STM）、原子力顯微分析（AFM）、原子探針層析（APT）、X射線光電子能譜分析（XPS）、熱分析（TG、DTA、DSC、DMA）、紅外光譜（FT-IR）、紫外-可見光吸收光譜（UV-VIS）、核磁共振譜（NMR）、質(zhì)譜（MS）等的基本原理、檢測(cè)過程與測(cè)試結(jié)果解析方法和典型應(yīng)用。不同高校的該類課程具體內(nèi)容略有不同，其中X射線衍射分析、透射電子顯微分析和掃描電子顯微分析是其中核心內(nèi)容。課程學(xué)習(xí)預(yù)期達(dá)到如下目標(biāo)：第一，熟練掌握現(xiàn)代測(cè)試儀器的構(gòu)造、工作原理及實(shí)驗(yàn)方法，具有進(jìn)行材料組織和結(jié)構(gòu)分析的能力;第二，能夠根據(jù)科研和工程實(shí)際問題，合理選擇現(xiàn)代分析測(cè)試設(shè)備用于材料的微結(jié)構(gòu)和性能分析，并據(jù)此提出實(shí)際問題的解決方案;第三，了解現(xiàn)代分析測(cè)試方法的發(fā)展趨勢(shì)，不斷追蹤材料分析測(cè)試領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，能夠在科研和工程實(shí)踐中不斷學(xué)習(xí)，并利用現(xiàn)代分析測(cè)試手段的新成果。

該類課程的主要特點(diǎn)是：涉及內(nèi)容面廣且雜，知識(shí)點(diǎn)眾多，因?yàn)槿缟纤?，材料分析測(cè)試儀器繁多，每一種儀器的工作原理、操作過程、數(shù)據(jù)解析方法和適用范圍都不相同;課程理論性較強(qiáng)，需要學(xué)生具有材料物理化學(xué)、晶體學(xué)、光學(xué)、高等數(shù)學(xué)、量子力學(xué)、電磁學(xué)等知識(shí)儲(chǔ)備。同時(shí)，該類課程應(yīng)用性非常強(qiáng)，要培養(yǎng)學(xué)生能夠正確運(yùn)用材料微觀分析測(cè)試的技術(shù)和方法，為今后開展有關(guān)科學(xué)研究奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

三、課程教學(xué)中存在的一些問題

（一）課程設(shè)置問題

材料微觀分析測(cè)試方法類課程可涉及十余種儀器的表征技術(shù)，不同儀器的分析測(cè)試原理和數(shù)據(jù)解析方法各不相同。同時(shí)，這類課程學(xué)科交叉性強(qiáng)，且兼具理論性和實(shí)踐性。由于專業(yè)課受學(xué)時(shí)限制，很多高校把課程設(shè)置在32～48學(xué)時(shí)。教師在有限學(xué)時(shí)內(nèi)很難同時(shí)兼顧各種分析方法原理和應(yīng)用的深入講解，學(xué)生在有限時(shí)間內(nèi)不易系統(tǒng)掌握各種材料微觀表征技術(shù)和方法。因此，如何平衡教學(xué)深度和廣度是該類課程教師面臨的一個(gè)難題。

（二）教學(xué)內(nèi)容和教材問題

隨著近年科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，材料分析測(cè)試儀器和技術(shù)快速更新?lián)Q代，一些新興表征技術(shù)不斷涌現(xiàn)，很多教材和教學(xué)內(nèi)容沒有及時(shí)更新，課程內(nèi)容前沿性不夠。教材中的一些落后型號(hào)儀器設(shè)備現(xiàn)在已逐漸被淘汰，很少使用，新型號(hào)儀器操作方法及數(shù)據(jù)處理方式已有了很大改變。一些已應(yīng)用較少的過時(shí)技術(shù)和方法，如X射線衍射中的勞埃法、周轉(zhuǎn)晶體法、德拜相機(jī)、物相手工檢索以及透射電鏡樣品制備中的復(fù)型法等仍然存在于教材和教學(xué)內(nèi)容中，陳舊內(nèi)容的存在必然擠占有限的課時(shí)。而一些新興高效的技術(shù)和方法，如同步輻射高能X射線衍射技術(shù)、掃描透射電子顯微技術(shù)、原位透射電子顯微技術(shù)、聚焦離子束法等卻并沒有涉及，所學(xué)知識(shí)不足以支持學(xué)生今后的科研工作，不利于材料專業(yè)新型高素質(zhì)人才的培養(yǎng)。

（三）實(shí)踐條件問題

材料微觀分析測(cè)試方法是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，每種表征手段對(duì)應(yīng)一種先進(jìn)設(shè)備，且大部分是大型貴重的精密儀器，各類儀器數(shù)量很有限（有些可能僅有一臺(tái)或沒有）。因此，任何高校在教學(xué)實(shí)踐時(shí)都不可能做到人手一臺(tái)實(shí)踐操作。例如，最新的透射電子顯微鏡，通過安裝球差矯正器可有效矯正磁透鏡的球差，從而使電鏡的空間分辨率提高到亞埃級(jí)（原子級(jí)），可為材料宏觀性能的微觀機(jī)制建立提供有力的直接證據(jù)，有助于解決目前材料領(lǐng)域存在的“卡脖子”問題。但裝配球差矯正器的透射電子顯微鏡非常昂貴，需要專業(yè)人員操作和維護(hù)，且不是所有高校都有配置，學(xué)生一般沒有機(jī)會(huì)直接接觸到此類電鏡。

（四）學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果問題

該課程為交叉學(xué)科，涉及儀器原理多，某些概念抽象，知識(shí)點(diǎn)多而分散。傳統(tǒng)的教學(xué)方式為PPT課件和板書講授，難以形象反映儀器的工作和測(cè)試原理以及具體操作過程，學(xué)生完全是被動(dòng)接受知識(shí)。這種“填鴨式”教育方式使得課程較為枯燥和抽象，造成學(xué)生不易理解，學(xué)習(xí)積極性不高，多以應(yīng)付作業(yè)和考試為主，在以后的實(shí)際科研中不能夠合理應(yīng)用具體表征技術(shù)解決具體的材料相關(guān)科學(xué)問題。另外，高等教育的目的是培養(yǎng)德才兼?zhèn)?、全面發(fā)展的人才。因此，除了培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能，立德樹人更是高等教育的根本任務(wù)和時(shí)代使命。以往的課程教學(xué)完全是傳授專業(yè)知識(shí)，忽略了專業(yè)課程在思想政治教育中發(fā)揮的重要作用。

四、課程教學(xué)改革的措施與實(shí)踐

（一）教學(xué)專業(yè)內(nèi)容優(yōu)化

材料多種多樣，根據(jù)材料的特性，可以分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料;根據(jù)組成結(jié)構(gòu)可以分為金屬、無機(jī)非金屬、有機(jī)、高分子材料和各種復(fù)合材料;根據(jù)其功用又可分為航空航天材料、軌道交通材料、建筑材料、生物材料等。同為材料科學(xué)與工程專業(yè)，不同高校的側(cè)重差別很大。不同材料根據(jù)其特征，需要的表征技術(shù)不盡相同。因此，材料微觀分析測(cè)試類課程內(nèi)容可以根據(jù)本學(xué)校學(xué)院的人才培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)特色進(jìn)行精簡(jiǎn)，參考公開教材編寫適合自己的教材，重點(diǎn)介紹其中部分儀器和分析方法。尤其是對(duì)于研究生的培養(yǎng)，可以根據(jù)本學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)對(duì)材料的研究特點(diǎn)，著重講授學(xué)生在后續(xù)科研實(shí)驗(yàn)中真正能夠用到的儀器和表征方法，使學(xué)生能夠?qū)W以致用，有助于提高學(xué)院研究生的培養(yǎng)質(zhì)量和科研水平。

授課教師應(yīng)積極關(guān)注當(dāng)前先進(jìn)儀器和表征方法進(jìn)展，重點(diǎn)參考最新出版的教材，及時(shí)更新陳舊的專業(yè)內(nèi)容，拓展最新分析測(cè)試方法，使學(xué)生緊跟分析測(cè)試專業(yè)領(lǐng)域前沿[1]。例如，位錯(cuò)在教材中多以文字和示意圖來描述，比較抽象，很不直觀，即便課件或科技論文中位錯(cuò)的透射電鏡衍襯像和高分辨像照片也是靜態(tài)顯示，無法直接觀察位錯(cuò)如何運(yùn)動(dòng)（變形機(jī)制）以及位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)中如何受阻（強(qiáng)化機(jī)制），而最新的原位透射電子顯微學(xué)（in-situ TEM）可直接在納米/原子級(jí)層次實(shí)時(shí)觀察和記錄樣品在外力作用下的微觀結(jié)構(gòu)演化過程，包括位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)過程。這種位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的直接觀察能夠使科研工作者更好地理解相關(guān)機(jī)理，有助于在基礎(chǔ)理論方面取得突破性成果，從而指導(dǎo)下一代高性能新材料的設(shè)計(jì)。這要求授課教師本身具備良好材料和分析表征的科研能力和水平，以科研促進(jìn)和提升教學(xué)，通過精心備課，傳授學(xué)生最新、最實(shí)用的材料分析測(cè)試專業(yè)知識(shí)。

（二）思想政治教育元素融入專業(yè)教學(xué)

教育部于2020年印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，提出結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)分類推進(jìn)課程思政建設(shè)。對(duì)于理工類專業(yè)課程，要把馬克思主義立場(chǎng)觀點(diǎn)教育與科學(xué)精神培養(yǎng)結(jié)合，提高學(xué)生正確認(rèn)識(shí)、分析和解決問題的能力。理學(xué)類專業(yè)課程，培養(yǎng)學(xué)生探索未知、追求真理、勇攀科學(xué)高峰的責(zé)任感和使命感;工學(xué)類專業(yè)課程，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國工匠精神，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)[2]。每門專業(yè)課都有各自的知識(shí)體系和特點(diǎn)，要努力實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識(shí)點(diǎn)與思想政治教育元素的有機(jī)融合。授課時(shí)，思想政治教育內(nèi)容不影響專業(yè)課程的知識(shí)體系和邏輯關(guān)系，使學(xué)生在不知不覺地受到思想政治教育，從而培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞男聲r(shí)代人才。在材料微觀分析測(cè)試方法類課程中，可考慮以下切入點(diǎn)進(jìn)行思想政治教育教學(xué)設(shè)計(jì)。

1.培養(yǎng)探索未知、追求真理的精神。興趣是學(xué)習(xí)的動(dòng)力，在材料微觀分析測(cè)試方法類課程的第一次課緒論中，教師要培養(yǎng)學(xué)生探索未知和追求真理的興趣，對(duì)科學(xué)研究尤其是電子微觀世界的專注和熱情，使學(xué)生體會(huì)微觀分析測(cè)試在科學(xué)研究中的重要性，期望青年學(xué)生揭示更多的物質(zhì)微觀奧秘。隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，人類對(duì)宇宙的探索不斷向更宏觀和更微觀的兩極發(fā)展[3]。為什么執(zhí)著于“看”清越來越小的微觀世界？一方面，進(jìn)入微觀世界能夠從本質(zhì)上更好地理解宏觀世界;另一方面，材料微觀結(jié)構(gòu)決定宏觀性能?！凹{米科技”已充分表明，物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化會(huì)帶來性質(zhì)的顯著變化。研究“納米”的重要工具就是顯微鏡。光學(xué)顯微鏡的發(fā)明打開了人類通往微觀世界的大門，對(duì)微觀未知的興趣使研究人員執(zhí)著于顯微鏡分辨率的突破。以電子顯微鏡成功研制為代表，人類進(jìn)入納米世界，目前球差矯正透射電子顯微鏡（也包括掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡）已可實(shí)現(xiàn)原子級(jí)分辨率。人類利用顯微鏡觀察微觀世界的能力不斷提高并將一直持續(xù)，這得益于科研人員在基礎(chǔ)理論研究領(lǐng)域的不斷突破和技術(shù)人員對(duì)制造工藝的精益求精。顯微技術(shù)對(duì)科技發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步起到巨大的推動(dòng)作用，得到了全球科技界的廣泛承認(rèn)。1986年，透射電子顯微鏡的發(fā)明者和掃描隧道顯微鏡的發(fā)明者獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng);2014年，超分辨率熒光顯微鏡發(fā)明者獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng);2017年，冷凍電鏡技術(shù)獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng);電子衍射助力準(zhǔn)晶的發(fā)現(xiàn)獲得2011年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

2.感悟科技報(bào)國情懷，弘揚(yáng)愛國奮斗精神。科學(xué)無國界，但科學(xué)家有祖國，人才是一個(gè)國家最寶貴的財(cái)富。學(xué)生可以出國深造，但學(xué)成之后要回報(bào)祖國。在教學(xué)中，教師要結(jié)合專業(yè)知識(shí)點(diǎn)融入典型案例，把科技報(bào)國情懷和科技強(qiáng)國觀念融入學(xué)習(xí)過程。（1）X射線中的故事。通過講解康-吳效應(yīng)及物理學(xué)家吳有訓(xùn)（中國科學(xué)院院士，物理學(xué)家、教育家，中國物理學(xué)研究的“開山祖師”）的生平和成就，明確我國科學(xué)家的貢獻(xiàn)，使學(xué)生了解我國科學(xué)家在世界物理研究中的地位，激發(fā)學(xué)生的愛國主義情懷，為祖國的科技發(fā)展貢獻(xiàn)力量。（2）在講解透射電子顯微鏡研制的理論基礎(chǔ)、透射電子顯微鏡的發(fā)展和透射電子顯微學(xué)的發(fā)展過程中，教師可以介紹當(dāng)前透射電子顯微鏡的型號(hào)、性能及其最新發(fā)展，通過對(duì)比我國電子顯微鏡的現(xiàn)狀與國際發(fā)達(dá)國家電子顯微鏡現(xiàn)狀，使學(xué)生體會(huì)專業(yè)發(fā)展的緊迫感，激發(fā)學(xué)生科研報(bào)國的熱情;同時(shí)，介紹學(xué)校從之前僅有兩臺(tái)普通電鏡到目前建成哈爾濱工程大學(xué)分析測(cè)試中心，擁有包括新型掃描電鏡和掃描透射電鏡在內(nèi)的多種類先進(jìn)儀器設(shè)備，反映了黨和國家對(duì)科技人才培養(yǎng)的高度重視，由此激發(fā)學(xué)生的愛國情懷、制度自信以及專業(yè)責(zé)任感和使命感。（3）在介紹透射電子顯微學(xué)應(yīng)用時(shí)，結(jié)合我國科學(xué)家在此方面的杰出貢獻(xiàn)，讓學(xué)生感悟科技報(bào)國情懷，弘揚(yáng)愛國奮斗精神。例如，郭可信院士和葉恒強(qiáng)院士是我國著名的晶體學(xué)和電子顯微學(xué)專家，他們利用高超的透射電子顯微技術(shù)和專業(yè)知識(shí)，與國外學(xué)者（以色列科學(xué)家達(dá)尼埃爾·謝赫特曼，2011年諾獎(jiǎng)得主）同時(shí)獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)晶體（后來命名為準(zhǔn)晶）塊體中存在傳統(tǒng)晶體學(xué)不允許的五次對(duì)稱性?！皽?zhǔn)晶”動(dòng)搖了晶體周期性的規(guī)律，拓展了對(duì)物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。郭院士和葉院士為我國的“準(zhǔn)晶”研究追趕甚至超越國際先進(jìn)水平做出巨大貢獻(xiàn)。

3.培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求真的科學(xué)精神和精益求精的工匠精神。很多材料的結(jié)構(gòu)在微觀上具有不均勻性，這時(shí)進(jìn)行掃描電鏡或透射電鏡微觀表征，要告誡學(xué)生實(shí)事求是，選取具有代表性的微觀區(qū)域進(jìn)行圖像保存，在發(fā)表論文或做報(bào)告時(shí)呈現(xiàn)給其他學(xué)者真實(shí)情況，強(qiáng)調(diào)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)術(shù)誠信思維。在利用SEM模式下的EDS進(jìn)行元素點(diǎn)分析時(shí)，儀器給出的元素定性和定量結(jié)果不一定與分析對(duì)象的元素組成完全相符。如果分析對(duì)象為亞微米或納米級(jí)物相，由于特征X射線激發(fā)體積原因（SEM模式下，EDS空間分辨率是微米級(jí)），這時(shí)儀器給出的分析結(jié)果與真實(shí)情況會(huì)有較大偏差，需要提高自己判斷的準(zhǔn)確性和可靠性。若想得到更可靠的精確數(shù)據(jù)，要進(jìn)行TEM模式下的EDS分析。在利用電子衍射進(jìn)行物相晶體結(jié)構(gòu)分析時(shí)，一幅衍射圖確定未知物質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)具有不可靠性，一幅衍射圖只能反映一個(gè)二維倒易平面陣點(diǎn)的排列。如果想通過電子衍射圖的分析標(biāo)定來確定未知物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，必須利用系列傾轉(zhuǎn)技術(shù)，獲得幾幅不同晶帶的電子衍射圖并進(jìn)行正確分析，才能得到真正可信的結(jié)論。

4.培養(yǎng)具體問題具體分析的專業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)。每一種表征技術(shù)都有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，也有其相對(duì)弱點(diǎn)，即一定的使用范圍和局限性。在材料測(cè)試表征中，須根據(jù)具體研究?jī)?nèi)容，選擇合適的技術(shù)和方法進(jìn)行研究。掃描電鏡、透射電鏡都可進(jìn)行微觀形貌觀察，對(duì)于斷口表面觀察須利用掃描電鏡，對(duì)于納米級(jí)物相或晶體缺陷（例如位錯(cuò)）觀察須使用透射電鏡，而對(duì)于微米級(jí)物相觀察，掃描電鏡和透射電鏡都能勝任。如果考慮工作效率和樣品制備的難易程度，優(yōu)選掃描電鏡;X射線能譜儀和X射線波譜儀都可以進(jìn)行化學(xué)成分分析，在要求不高時(shí)可采用X射線能譜儀進(jìn)行分析，因?yàn)槟茏V儀分析效率高，在對(duì)測(cè)試結(jié)果要求較高時(shí)須利用X射線波譜儀，因?yàn)椴ㄗV儀雖然工作效率低，但測(cè)試精度和能量分辨率高。上述講解內(nèi)容充分體現(xiàn)學(xué)生在分析測(cè)試科研中要具備具體問題具體分析的專業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)。

（三）授課方式和方法的改革

1.采用科研案例研討式教學(xué)。教學(xué)科研型大學(xué)教師兼具教學(xué)和科研的雙重身份，高水平的科研工作可有效促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量。材料微觀表征是材料相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)研究過程中必不可少的重要技術(shù)和方法，將教師自身的科研課題及成果引入教學(xué)，將枯燥的知識(shí)講解變得生動(dòng)有趣，啟發(fā)學(xué)生在科研課題研究中如何正確運(yùn)用分析測(cè)試方法進(jìn)行微觀組織結(jié)構(gòu)分析，并切身體會(huì)分析測(cè)試方法在科研中的重要性。教師分享自身科研經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)思維，也有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和科研興趣。本文作者長(zhǎng)期從事鎂合金微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控及其對(duì)合金性能的影響研究，在科研過程中積累了大量的微觀分析測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，發(fā)表多篇科研論文。在這些成果中，微觀表征對(duì)成果的創(chuàng)新性起到至關(guān)重要的作用。例如，將作者發(fā)表在《自然通訊》上的研究論文《設(shè)計(jì)兼具高強(qiáng)和高成形性的新型鎂合金板材》[4]引入教學(xué)。合金的高強(qiáng)度機(jī)理主要有什么？微米和納米相強(qiáng)化。怎么證明微納米相強(qiáng)化？需要光學(xué)顯微鏡/掃描電鏡針對(duì)微米相和透射電鏡針對(duì)納米相的觀察分析。物相如何確定？需要X射線衍射、電子衍射和X射線能譜/波譜綜合分析。合金高成形性的主要原因有什么？基面織構(gòu)弱化。如果證明織構(gòu)弱化？需要做基面極圖分析。如何做基面極圖？可以利用X射線衍射法和電子背散射衍射法?？棙?gòu)弱化是由如何造成的？可能跟晶界元素偏聚有關(guān)。如何證明是否發(fā)生了元素偏聚？可以利用透射電鏡下的X射線能譜分析和原子探針分析。以上科研案例的研討式教學(xué)，既生動(dòng)了課堂，提高了學(xué)生的注意力，也有助于培養(yǎng)學(xué)生正確應(yīng)用分析測(cè)試方法的能力和科學(xué)實(shí)驗(yàn)思維。

2.翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、參與度和解決問題能力[5]。翻轉(zhuǎn)課堂的有效實(shí)施要基于小班化教學(xué)，這樣可保證教師與每個(gè)學(xué)生之間都有充分的交流和互動(dòng)。針對(duì)某一測(cè)試方法，要求學(xué)生課外查閱文獻(xiàn)，選取經(jīng)典文獻(xiàn)，研究這種測(cè)試方法的適應(yīng)范圍、圖像數(shù)據(jù)描述和結(jié)果分析討論，并歸納其中的重要收獲和存疑問題，然后在課上進(jìn)行講解報(bào)告，并與其他學(xué)生對(duì)報(bào)告內(nèi)容進(jìn)行討論和提問互動(dòng)，教師最后對(duì)其中的疑點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行歸納和解答。對(duì)這種在主動(dòng)質(zhì)疑中學(xué)會(huì)的知識(shí)，學(xué)生的記憶和理解都會(huì)很深刻。同時(shí)，也鼓勵(lì)學(xué)生將科研課題（如大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目）中的材料分析測(cè)試數(shù)據(jù)做成演講報(bào)告，在課上與教師和同學(xué)進(jìn)行研討。

3.建立課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站。建立課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站，上傳材料分析測(cè)試相關(guān)的動(dòng)畫、視頻等，構(gòu)建教師和學(xué)生的線上交流系統(tǒng)，可輔助學(xué)生學(xué)習(xí)，作為課堂和實(shí)踐教學(xué)的有效補(bǔ)充，幫助學(xué)生更全面地學(xué)習(xí)和理解知識(shí)內(nèi)容。例如，錄制大型貴重分析測(cè)試儀器（例如球差矯正透射電鏡）演示操作視頻并上傳至網(wǎng)站，使學(xué)生能夠直觀地反復(fù)學(xué)習(xí)儀器結(jié)構(gòu)、工作原理、操作流程和數(shù)據(jù)圖像處理、保存及分析，對(duì)于學(xué)生無法直接實(shí)踐操作的大型貴重儀器的學(xué)習(xí)不失為一種次優(yōu)辦法，彌補(bǔ)實(shí)踐教學(xué)條件的不足。課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站應(yīng)設(shè)有多個(gè)板塊，如在線資源板塊、在線討論板塊等，使學(xué)生能夠課下在線自主學(xué)習(xí)，且與學(xué)生和教師隨時(shí)交流討論，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。

五、結(jié)語

隨著新技術(shù)的涌現(xiàn)和社會(huì)的發(fā)展，高校材料微觀分析測(cè)試方法類課程必將不斷面臨新挑戰(zhàn)。通過教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面的改革和實(shí)踐，可有效提高材料微觀分析測(cè)試方法類課程的教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生材料研究中的分析測(cè)試專業(yè)能力和素質(zhì);同時(shí)，以材料微觀分析測(cè)試方法課程作為載體，將思想政治教育融入專業(yè)教學(xué)過程，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授與價(jià)值引領(lǐng)的協(xié)同進(jìn)行，為黨和國家培養(yǎng)全面發(fā)展的社會(huì)主義合格建設(shè)者和可靠接班人做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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Discussion and Practice on Teaching Reform of the Course of Material Micro-analysis and

Testing Method

ZHANG Jing-huai

（College of Materials Science and Chemical Engineering， Harbin Engineering University， Harbin， Heilongjiang 150001， China）

Abstract： The course of Material Micro-analysis and Testing Method is a main course for material science and engineering majors in colleges and universities. Microscopic characterization is an important research means in the fields of materials， metallurgy， chemistry， physics， life science and other scientific research. Combined with the problems existing in the course and the importance of ideological and political education in specialized courses， this paper discusses teaching reform from the perspectives of optimizing professional content， integrating ideological and political elements into professional teaching and changing the teaching methods （including scientific research case study， flipped classroom and course website construction）， and practice some of the proposed measures， which is helpful to improve the teaching quality of this course， and is conducive to the comprehensive development of students knowledge， ability， character and quality.

Key words： Material Micro-analysis and Testing Method; course teaching; teaching reform