“新工科”背景下《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》課程教學改革研究

耿 碩，劉 飛

（貴州大學 化學與化工學院，貴州貴陽 550025）

《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》課程具有重要的理論價值和社會價值?！稛o機材料現(xiàn)代分析測試技術》是貴州大學化學與化工學院無機非金屬材料專業(yè)的一門基礎課程，旨在使學生掌握光學顯微分析、X射線衍射分析、電子顯微分析和熱分析等分析方法的基本原理、實驗技術和分析過程，同時了解光譜分析、色譜分析、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、X射線光電子能譜分析、穆斯堡爾譜分析和核磁共振譜分析的基本原理和實驗技術。學生在學習本課程之后應具備以下能力：能夠科學的選擇分析測試方法、能獨立分析簡單典型的測試結果、能與專業(yè)的分析檢測人員共同探討有關材料分析研究的試驗方案和分析較復雜的分析測試結果，以及具備掌握新的分析方法和測試技術的自學能力。在“新工科”背景下[1-2]，深入研究《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》課程教學改革，有助于提高《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》課程的教學效果，促進學生對《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》課程中相關理論和方法的準確理解和深入把握，這對學生后續(xù)的畢業(yè)設計、工作及科研生涯產生深遠的影響。2017年，為積極主動應對新一輪科技革命與產業(yè)變革，支撐服務創(chuàng)新驅動發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略，教育部積極推進“新工科”建設?！靶鹿た啤苯ㄔO背景下，《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》的課程教學改革，是一項全新的深化工科教育改革舉措，著力于培養(yǎng)卓越工程師，以積極應對新一輪科技革命和產業(yè)結構變革。近年來，“新工科”建設已成為工科教育改革的理論和實踐發(fā)展重點，優(yōu)化培養(yǎng)目標和知識結構成為“新工科”人才培養(yǎng)的重中之重。在“新工科”這一背景下，《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》課程教學改革迎來了新的挑戰(zhàn)與機遇，并對高校工科人才培養(yǎng)提出了新的要求。本文深入分析了“新工科”建設背景下貴州大學化學與化工學院《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》課程在教學中存在的主要問題，并探討了該課程教學中的改革舉措與具體實踐。

1 《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》課程教學中存在的問題

1.1 教學內容的優(yōu)化不足

目前，貴州大學化學與化工學院無機非金屬材料專業(yè)主要選用張穎、任耘和劉民生等主編的《無機非金屬材料研究方法》作為《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》課程的教材。該教材一共分為7個章節(jié)，主要內容涉及以下四個方面[3]。

（1）X射線衍射分析：主要講述X射線的物理基礎、X射線衍射的幾何條件、X射線的衍射強度、X射線衍射方法、X射線在物相分析及其他方面的應用。

（2）電子顯微分析：主要涉及電子光學基礎知識、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡和電子探針X射線顯微分析的工作原理、物理結構和樣品的制備方法及初步分析。

（3）熱分析：主要介紹了熱分析的測定方法及其專業(yè)名詞，并根據(jù)方法的不同介紹了差熱分析、差示掃描量熱分析、熱重分析和熱膨脹分析的基本原理及其在無機非金屬材料分析中的應用。

（4）主要涉及紅外光譜和拉曼分析的基本原理及其在無機非金屬材料分析中的應用。教材內容非常豐富，但教學過程中應結合不斷變化的教學實際而進一步改進教學內容。

近年來，隨著無機非金屬材料研究方法專業(yè)培養(yǎng)計劃的修訂，該課程的教學課時量減少到32課時，因此教師不得不對某些內容進行刪減，同時對一些內容僅作簡要介紹以及部分內容作為學生的自學內容。此外，大部分學生對《材料化學基礎》《無機材料科學基礎》和《晶體學與結晶化學》等選修課程的理論知識掌握不牢，同時該課程還包含許多跨學科知識和描述性的抽象知識，加大了學生的學習難度，從而導致學生存在上課注意力不集中、學習興趣低、不能合理運用所學知識對材料進行分析等問題，課程的教學效果不盡如人意。因此，在“新工科”概念背景下，必須根據(jù)新的教學實際及時優(yōu)化教學內容，以在有限課時內達到更佳的教學效果，以夯實學生的理論基礎和提升學生的素養(yǎng)、思維能力和實驗操作能力。

1.2 教學方式單一

在過去的20多年里，高校教師的教學方式仍是以PPT和板書講授為主的“填鴨式”教學，導致《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》課程的教學方式也比較單一。在這種教學過程中，教師占主體地位，學生作為被動接受者，難免被迫陷入被動接受知識的困境之中，缺乏充分參與教學全過程的自主性和創(chuàng)造性，從而影響學生對所學知識的理解和運用；其次，《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》課程涉及的分析測試方法的基本原理、概念和公式較多，教學中普遍存在照本宣科的教學方式，這種方式雖然也能傳授知識，但這種方式下的課堂非常沉悶，加之課時少、知識點多，很難有效激發(fā)學生的學習興趣，不利于激發(fā)學生參與課堂教學的積極性，繼而影響學生對知識點的吸收和理解。最后，“填鴨式”的教學方式會導致學生知識體系過于單一，不利于培養(yǎng)學生的綜合能力，很難達到高校培養(yǎng)工科人才的目的。因此，在“新工科”概念背景下，為在有限課時內提升教學效果，必須發(fā)展多元化的教學方法，采取適合當下學生成長的教學方式。

1.3 實驗尚未開展

目前，貴州大學化學與化工學院《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》課程由于課程少、內容多等原因，尚未開展學生實驗及分析測試儀器認識和操作，而《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》課程又是一門實踐能力很強的課。當前教師主要是在課堂上通過PPT和視頻播放等展示材料樣品的制備方法和分析儀器的操作過程。雖然這能在一定程度上加深學生對所學知識的理解和掌握，基本認識分析儀器的外觀和型號。但是缺乏樣品制備和分析儀器操作等實踐機會，不能有效提升學生的實際操作能力，且不利于學生更好地掌握所學知識，難以達到本專業(yè)的培養(yǎng)目標。此外，僅僅通過PPT和視頻播放展示儀器分析的操作過程不利于培養(yǎng)學生的探索能力和創(chuàng)新思維。因此，在“新工科”概念背景下，為提高學生的實踐能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和探索能力，必須開展實驗教學內容，使每位學生都能直接參與試樣制備—分析測試—數(shù)據(jù)收集與整理—結果討論與分析這一實驗的完整過程。

2 “新工科”概念背景下《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》課程的教學改革

針對以上三個方面的問題，將從教學內容、教學方式、實驗課程三方面深入改革，以提升教學效果，夯實學生的專業(yè)基礎知識，提升學生的思維和實踐能力，為實現(xiàn)中華民族偉大復興培育本專業(yè)的合格人才。

2.1 根據(jù)專業(yè)需求，優(yōu)化教學內容

《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》作為貴州大學化學與化工學院無機非金屬材料專業(yè)的一門極為重要的基礎課程，為達到良好的教學效果和人才培養(yǎng)目標，必須根據(jù)無機非金屬材料專業(yè)的特點和需求[4-5]，以人才培養(yǎng)方案為導向，對教學內容進行優(yōu)化，以提高教學質量，讓學生更深入地把握本專業(yè)相關的基礎知識和重要理論。本專業(yè)學生主要學習材料科學與工程方面的基礎理論和基礎知識，掌握材料的制備、組成、組織結構與性能之間關系的基本規(guī)律，接受各種無機非金屬材料的制備、結構與性能檢測分析、設計與開發(fā)的基本訓練，掌握開發(fā)新材料、研究新工藝、提高和改善材料性能和提高產品質量的基本能力。因此，在《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》授課過程中應增加無機非金屬材料顯微結構分析的內容，減少熱分析和光譜分析的內容，僅將其作為了解性的內容。

另外，學生在《大學物理》《晶體學與結晶化學》和《電工學》等課程內容中已經學習了X射線的物理學及光學等基礎知識。因此，在《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》課時較少的情況下，對《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》課程的內容進行優(yōu)化，適當壓縮“X射線的物理基礎”和“電子光學基礎”的課程內容，同時將“光學顯微分析”內容作為自學部分和匯報內容。此外，通過在課程學習過程中引入與專業(yè)相關的檢測分析案例以及結合研究熱點來鞏固學生對《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》課程中介紹的相關研究方法的掌握，既能鞏固學生的基礎知識，又能鍛煉學生分析問題和解決問題的能力，同時可以激發(fā)學生的學習興趣和科研興趣，增強學生的科研創(chuàng)新能力。除此以外，還應增加X射線光電子能譜的基本原理和應用等內容，提高學生理解無機非金屬材料的電子結構影響其材料性能這方面的內容。通過優(yōu)化上述《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》的課程內容，以期提高本課程的教學效果，實現(xiàn)本專業(yè)的人才培養(yǎng)目標。

2.2 教學相長，豐富教學方式

根據(jù)《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》課程的教學目的和人才培養(yǎng)目標，在教學過程中要以學生為主體，教師為主導，重點關注學生的想法和需求，根據(jù)學生學習效果的反饋進一步調整教學進度和教學方式。采用多元化的教學方式可以激發(fā)學生的學習興趣，同時積極引導學生在課前通過視頻學習、資料查閱、文獻閱讀、參與討論和問卷答題等方式提前了解課堂內容，提高學生的自主學習積極性，以適應本門課的課時少、內容多的客觀情況，同時，促進教學相長，提高學生的學習效果。此外，教師可以通過課前的問卷調查和小組討論等方式評估學生的自學效果，分析教學知識的重難點，改進教學方案，進而合理地設計、組織課堂教學；還可以采用討論式教學，逐步引導學生理解和掌握重難點，以期提高教學質量，達到教學目標。

在“新工科”概念背景下，為進一步提高學生結合運用所學知識分析材料的能力，以及理解非金屬材料的顯微結構表征，在教學過程中需采用啟發(fā)式教學。如二氧化硅有多種變體：石英、方石英和鱗石英等，用一般的化學分析或光譜分析不能進行區(qū)分，此時可以拋出“如何利用X射線衍射分析法區(qū)分二氧化硅的多種變體及對混合材料中物相進行定量分析”這一啟發(fā)性問題，引入討論教學，讓學生主動學習X射線衍射分析法，利用所學知識分析二氧化硅的多種變體，引導學生積極參與學習、主動思考物相分析方法。通過這種方法既能保證教學效果，還能鍛煉學生運用材料分析知識和分析材料的能力。

2.3 科學開展實驗課程

在“新工科”概念背景下，《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》作為一門實踐能力很強的課，為進一步提高學生對儀器的認識和實際操作能力[6-8]，對本課程新增實驗教學內容，開展小組分析材料的綜合科學實驗：為每一小組提供不同的無機非金屬材料，讓其運用所學知識對材料進行分析定性，整個實驗包括試樣制備、檢測分析、數(shù)據(jù)處理和結果分析。首先，針對材料微觀形貌的分析，如掃描透射電子顯微鏡和透射電子顯微鏡，由學生制備相關樣品，并由專業(yè)教師進行儀器操作指導，由學生選擇其需要的形貌圖片；其次，針對物相的定性分析，經專業(yè)教師對學生進行培訓指導后，由學生自己制備樣品、操作儀器測試并分析實驗結果。通過開設實驗內容，可以加深學生對分析原理的理解，提高學生實踐操作能力。此外，分配給每組同學的樣品是不同的，避免了學生實驗報告相互抄襲、消極對待和敷衍了事等問題，同時培養(yǎng)學生的溝通以及團隊協(xié)作能力，強化學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的能力。

3 結語

《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》是貴州大學化學與化工學院無機非金屬材料專業(yè)的一門基礎課程，在“新工科”概念背景下，總結了貴州大學化學與化工學院《無機材料現(xiàn)代分析測試技術》課程在教學中存在的主要問題，通過對教學內容優(yōu)化、豐富教學方式和開展實驗教學等措施提高本課程的教學效果和完成人才培養(yǎng)目標。同時，在后續(xù)的教學活動中仍需不斷總結和調整課程的教學內容和方式。