材料研究測試方法實驗課程教學設(shè)計及應用*

張豪 多樹旺 俞筱雯 施江 鐘巧芳

江西科技師范大學材料與機電學院 南昌 330038

0 引言

材料的化學組成、微觀結(jié)構(gòu)及使用性能之間有著緊密的聯(lián)系。通常，材料的性能由材料的化學組成和微觀結(jié)構(gòu)決定，這進一步?jīng)Q定了材料的實際應用。而且，材料的化學組成和微觀結(jié)構(gòu)還會受到諸如高溫氧化、摩擦磨損、熔鹽腐蝕等外界因素的影響。清晰地掌握材料的組織結(jié)構(gòu)及其隨外界環(huán)境的演變對于材料研究是十分必要的。因此，材料微觀結(jié)構(gòu)分析是進行材料學學習和研究要掌握的基本技能，材料研究測試方法這門學科應運而生[1]。

材料研究測試方法是一門實踐性、應用性、前沿性、綜合性非常強的課程，在國內(nèi)眾多高校本科生及研究生教學中均開設(shè)了這門課程。江西科技師范大學金屬材料工程、材料化學等本科生專業(yè)及材料科學與工程、材料工程等碩士研究生專業(yè)均開設(shè)了該門課程，旨在使學生掌握材料研究測試方法的基本原理，掌握定性、定量分析和結(jié)構(gòu)表征方法，了解各種儀器設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及其在材料分析研究中的應用，以培養(yǎng)學生使用分析測試方法為材料科學研究服務。本項目僅針對江西科技師范大學本科生實驗教學開展改革研究。該課程有助于培養(yǎng)學生的學習興趣與研究精神，增強學生的動手能力，讓學生能從專業(yè)角度針對科學問題提出解決方案，具備設(shè)計實驗、開展實驗及數(shù)據(jù)提取的能力，并能夠?qū)?shù)據(jù)結(jié)果與專業(yè)理論知識相結(jié)合，得出合理有效的結(jié)論，同時，提升學生的組織管理與團隊協(xié)作能力，為今后開展科學研究打好堅實基礎(chǔ)。

實驗教學實踐環(huán)節(jié)是材料研究測試方法課程的重要組成部分，幾乎占全部課時的一半，有利于培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W思維、創(chuàng)新能力、理論聯(lián)系實際等綜合能力[2-3]。江西科技師范大學實驗課程重點圍繞X 射線衍射儀、X 射線能譜儀、場發(fā)射掃描電子顯微鏡及透射電子顯微鏡等價格昂貴、操作復雜的大型精密儀器開展實踐訓練，使學生在有限的時間內(nèi)安全高效地掌握設(shè)備操作方法及注意事項是該課程的難點與重點。前期，項目團隊開展“案例教學結(jié)合因材施教在材料研究測試方法實驗課程中的應用”的相關(guān)研究，取得了一定的教學效果[4]。然而，由于諸多原因，實驗課程并未達到預期的教學效果。隨著信息行業(yè)的迅猛發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”教育模式正在逐步滲入日常教育教學中[3,5-7]，與傳統(tǒng)教學模式相互補充，共同為提高教學質(zhì)量服務。目前，“互聯(lián)網(wǎng)+專業(yè)課程”信息化教學已成為各大高校教學改革的重要內(nèi)容?；诖?，繼續(xù)在原有案例教學結(jié)合因材施教兩種教學方法協(xié)同作用下，借助“互聯(lián)網(wǎng)+”信息化技術(shù)，進一步開展教學改革與創(chuàng)新，采用以教師為輔、學生為主、師生互動與實踐總結(jié)相結(jié)合的教學方式，構(gòu)建“學用交替”的教學培養(yǎng)體系，增加實驗內(nèi)容與實際生產(chǎn)生活間的關(guān)聯(lián)性，達到讓學生對抽象虛擬的概念形成更為直觀、具體、全面的認識的教學目的。

1 教學現(xiàn)狀分析

前期，課題組同時采用案例教學法和因材施教法對實驗課堂教學模式進行了改革，兩者的協(xié)同作用可以豐富教學內(nèi)容，提高學生主動學習的興趣，但仍然存在諸多現(xiàn)實問題亟待解決。

1.1 教學方式枯燥單一

材料研究測試方法實驗課程以往的教學模式是教師介紹操作重點和難點，然后示范，學生觀看、做筆記或進行實驗操作。但該課程知識領(lǐng)域廣，理論知識枯燥晦澀，且各章節(jié)之間聯(lián)系不多，相對獨立，特別是涉及儀器的測試原理時，往往十分抽象，需要學生調(diào)動一切想象力以及聯(lián)系多方面的知識進行理解，這一點對大多數(shù)學生來說很難做到，漸漸地學生就對這門課程喪失了信心，學生的學習積極性很難調(diào)動，學習熱情難以增長。

1.2 教學質(zhì)量不穩(wěn)定

傳統(tǒng)課程教學方式對教師的依賴性太高。教師在課堂上講授知識，學生被動接受知識，傳統(tǒng)課程教學方式容易忽視了學生的能動性，教學質(zhì)量的好壞完全依賴于教師教學水平的高低，信息化時代信息知識更新很快，教材上和教師掌握的一些知識很可能早已經(jīng)過時，不利于學生的能力培養(yǎng)，一定程度上限制了學生的知識面拓展。

1.3 教學銜接不合理

江西科技師范大學材料研究測試方法課程分為理論與實驗兩部分，理論知識為教師課堂上教授，實驗知識則是教師在科研實驗室進行現(xiàn)場教學。理論課程的安排貫穿整個學期，而實驗課程幾乎全部集中在學期末進行。這就導致學生學習理論知識后不能立即聯(lián)系實際實驗鞏固所學知識，實驗知識也不能慢慢吸收，兩者相對獨立，使得整個教學體系比較松散，且期末復習任務重，課程難免被學生應付了事。

1.4 考核方式單一

實驗課程考核主要為實驗報告的書寫和出勤，實驗報告的考核內(nèi)容大體一致，基本上都是某個儀器的測試操作，而且很容易在書本上或者網(wǎng)絡(luò)上找到答案，學生不用過多思考，很容易導致學生間互相抄襲，教師很難獲知每個學生的真實水平，不能給出正確的評定，無法反映出真正的教學成效。

此外，由于存在實驗設(shè)備貴重、數(shù)量少，實驗室空間狹小等問題，大部分實驗內(nèi)容由教師演示幾遍，學生回去寫實驗報告，部分學生很難看清儀器設(shè)備全貌及完整的設(shè)備操作演示過程，學生的思考和實踐創(chuàng)新能力受到了限制。而且，材料分析通常需要經(jīng)過多個儀器的聯(lián)合測試，才能收集到材料的全面信息，進而給出準確的分析。然而，江西科技師范大學目前開設(shè)的實驗項目中綜合性實驗較少，實驗用到的測試技術(shù)相對獨立，都是課前教師準備好樣品，學生按照教師的安排去操作，課程結(jié)束后，學生無法把各個儀器設(shè)備聯(lián)系在一起來研究材料，學生實驗數(shù)據(jù)處理能力差，不利于學生應用實踐能力的培養(yǎng)。

2 課程改革方案

基于江西科技師范大學材料研究測試方法實驗課程中存在的現(xiàn)實問題，結(jié)合江西科技師范大學人才培養(yǎng)目標，借助“互聯(lián)網(wǎng)+”信息化平臺，對該實驗課程的教學模式、教學內(nèi)容、教學方法及考核方式等方面進行了改革和探索。

2.1 教學模式多元化

把課程內(nèi)容與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合起來，在不增加課時的情況下最大化課堂效率，引入“互聯(lián)網(wǎng)+”教學模式，建立信息化教學平臺。整合多種信息技術(shù)平臺將儀器的測試原理、操作方法等具體化、聲像化，不但能大大激發(fā)學生的學習興趣，活躍課堂氛圍，提高學習效率，還能使學生對抽象知識形成具體的印象概念。此外，教師的教學方式結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行，教學課堂更加靈活生動，學生能更容易理解書本上的知識，事半功倍。

2.2 教學內(nèi)容的構(gòu)建優(yōu)化

精心設(shè)計實驗實踐項目，增加綜合性實驗內(nèi)容，合理安排教學知識點，適當精簡純理論內(nèi)容，介紹實驗儀器設(shè)備的工作原理，重點突出數(shù)據(jù)分析應用環(huán)節(jié)。借助信息化技術(shù)，教師于課前把與實驗相關(guān)的預習資料發(fā)布到學習平臺，學生可以根據(jù)自身情況隨時隨地學習，有助于學生及時把理論知識與實踐練習聯(lián)系起來；還可以通過互聯(lián)網(wǎng)獲取儀器設(shè)備的結(jié)構(gòu)及操作視頻資源，學生觀看后先在腦中形成直觀印象，現(xiàn)場實驗教學加強鞏固。學有余力的學生還可以借助互聯(lián)網(wǎng)信息化平臺進一步學習其他測試技術(shù)，隨時與教師和同學們交流，極大地調(diào)動學生的積極性和自主性，有利于“學用交替”教學培養(yǎng)體系的構(gòu)建完善。

2.3 案例教學協(xié)同因材施教教學方法的進一步貫徹實施

傳統(tǒng)的課堂教學中，教師無法兼顧到每位學生，無法對每位學生進行定性、定量分析。引入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后，學生在信息化平臺上的學習進度與成果一覽無遺，教師利用精確的后臺數(shù)據(jù)分析，可以清楚知道每個學生的知識漏洞、問題所在，從而挑選適合他們的案例講解進行因材施教，并針對學生不同特點設(shè)計個性化的輔導。教師能及時發(fā)現(xiàn)教學不足之處，查缺補漏，基于此來優(yōu)化后續(xù)課程計劃和教學方式，進而提升教學質(zhì)量，從而有效提高學生的整體學習效率。

2.4 新型考核標準體系的建立

考核方式是教師教學質(zhì)量和學生學習成效的檢驗標準。為了加強對學生實驗技能及實驗結(jié)果分析處理能力的培養(yǎng)，對整個實驗考核體系進行設(shè)計優(yōu)化，爭取能全方面、多角度考查學生對實驗課程的掌握程度、實踐能力、數(shù)據(jù)處理能力。在繼續(xù)考核學生的出勤、動手能力及實驗報告書寫的前提下，在原有實驗項目基礎(chǔ)上增加一些綜合性實驗項目?；谧陨硖攸c及學習興趣，教師把學生分為若干小組，利用任務驅(qū)動法調(diào)動學生的參與度，這里面會涉及實驗計劃，實驗要用到的主要儀器設(shè)備及其操作注意事項，數(shù)據(jù)的獲得、處理和分析等環(huán)節(jié)。適當降低出勤、實驗報告書寫的考核比例，教師根據(jù)綜合實驗中學生的整體表現(xiàn)給出客觀的評價。這種考核機制不僅可以激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維，還能鍛煉他們的實際動手能力與分析處理數(shù)據(jù)的能力。此外，教師可以利用互聯(lián)網(wǎng)信息平臺發(fā)布一些與實驗課程相關(guān)的思考題，采取激勵措施鼓勵學生踴躍參加，作為平時成績考核。

3 課程改革實踐

根據(jù)教學主題，注重目的性、生動性及啟發(fā)性，選擇有代表性的案例，使學生能夠舉一反三，配合靈活多變的教學方式達到預期教學效果。同時，根據(jù)前期調(diào)研的學生個體差異，調(diào)整教學的目標、內(nèi)容、方法與進度等，因材施教。通過課前學習、課堂表現(xiàn)、平臺交流、考核方式、問卷調(diào)查及訪談學生等方式分析、研判該實驗課程改革與實踐效果，充分接納吸收學生的建議及意見。根據(jù)實踐課堂遇到的問題，結(jié)合學生提出的建議和意見，將信息技術(shù)融入實踐教學，課前把與實驗主題相關(guān)的精選精編的案例材料及實驗內(nèi)容發(fā)布到在線學習平臺，利用全新教學模式如翻轉(zhuǎn)課堂、微課堂、微信公眾平臺等，提高學生的自主學習能力，啟發(fā)學生進行先行挖掘問題并分析討論。待到線下課堂教學時，教師進一步面對面講授和演示，根據(jù)各學生的自身狀況合理運用因材施教的方法鼓勵學生參與不同深度、不同內(nèi)容的實驗實踐，使學生達到不同的學習高度，提高整體教學質(zhì)量，獲得優(yōu)良的教學效果。使教學成為“分析—生疑—解疑—總結(jié)”的學習過程，培養(yǎng)學生的思維能力。最后，對獲得的知識進行拓展升華，做到舉一反三，觸類旁通。課后再次通過交流平臺分享學習心得，開展互評。

4 課程改革效果

本次教學改革借助“互聯(lián)網(wǎng)+”信息化平臺，同時注重學生的差異性，進行個性化指導，精選案例，基本實現(xiàn)了“學以致用，用其所學”的教學目標。新教學方案的實施有效緩解了傳統(tǒng)教學模式的矛盾，學生的學習主動性和積極性被大大調(diào)動，課堂氣氛變得活躍，學生能將理論知識與實驗實踐內(nèi)容有機融合起來，學生的實驗能力和分析能力得到強化，大部分學生初步具備了嚴謹?shù)姆治鰡栴}、解決問題的能力，實驗報告雷同現(xiàn)象大大減少，整體教學質(zhì)量得到明顯提高。

5 結(jié)束語

通過上述實驗教學改革，學生的實驗能力和團隊協(xié)作能力等綜合實力得到大幅提升，但仍存在一些舊的問題，也出現(xiàn)了一些新的問題。在“互聯(lián)網(wǎng)+”視域下，高效提升材料研究測試方法教學改革質(zhì)量仍需要探索實踐。下一階段，將基于前期的教學改革成果，繼續(xù)探索教學改革新模式，進一步細化實驗項目，擬借助雨課堂等先進信息化平臺，把失效分析大賽、微結(jié)構(gòu)攝影大賽等學科競賽納入實驗教學方案，在實踐中改革，在改革中實踐，逐步提高該實驗課程的教學質(zhì)量和教學效果，使得江西科技師范大學材料類專業(yè)本科生具備較強的就業(yè)競爭力。