材料测试的教学革新

本文作者：张慧勇工作单位：洛阳理工学院

该课程的学习要求学生具有一定专业知识背景和基础理论水平，不同专业对学生的培养目标不同，教学内容和开课时间也不同，往往出现背景知识与本课程同时或滞后开课的现象，给学生学习带来一定困难。同时，该课程内容的广度和深度对教师也是一种挑战，课程教学要求教师既要熟悉仪器机械构造原理，还要掌握不同测试仪器涉及到的多学科知识如光学、谱学、电磁学、热学、化学、晶体学、数学、量子学等，同时对材料性质、加工与制备方法也要有所了解［4］。这就要求教师不仅有很好的知识储备，还要将诸多学科的知识融会贯通归纳总结出适合该课程的教学内容。同时也要了解材料科学的前沿知识和研究动态，引入新的测试理论和方法。因而在理论教学过程中既要照顾不同背景的学生的实际情况，又要不断提高教师自身素质和业务水平。应从以下几个方面改革和改进理论教学:

精练理论，知识的讲解与实践和实验中的应用紧密结合材料测试技术是一门与实践联系非常紧密的学科，在课程体系中，实验内容应和理论内容一样受到重视。分析测试原理是实验和实践的基础知识，一般比较成熟，也比较枯燥，因此在教学过程中教师应针对学生的知识背景，在讲授时精练教学内容;测试仪器结构复杂，不同厂家和型号的仪器有各自特点，操作步骤也不同，而每类分析测试技术课时相对较少，因此要达到理想的教学效果，对实验仪器的构造与操作过程的介绍应充分利用学校现有的仪器资源进行讲解，而其它仪器学生在未来使用时只是一个熟悉的过程，不需要解释。教师在课堂上要多讲测试方法的应用，例如测试仪器的选择、常用的制样方法、测试条件的确定、测试结果影响因素、如何分析测试结果等，根据需要还可以增加新的测试方法的介绍。通过课程学习，使学生把专业知识学习与解决未来行业问题结合起来，形成良好的专业责任感，这对培养学生的创新思维、专业探索兴趣和专业研究方法具有独特优势，提高学生的实践能力和综合能力。

适当删减教材内容并及时补充与测试方法相关的软件应用方面的知识材料测试手段种类繁多，所涉及到内容十分广泛，很难在有限的教学时间内不可能全部涉及到。我们可以根据本校的实际情况，如专业设置、学生今后的就业方向、学院现有仪器条件等，选择合适的材料测试手段进行教学，又因为每一种测试方法还包括很多内容，对材料专业的学生来说，学习这门课的目的在于能正确选择材料分析测试方法，并看懂或会分析一般的测试结果，而不要求仪器方面的精通。考虑到教学目的和学生的知识背景，我们课堂上应注重其基本原理和应用方面的教学，对仪器的构造、工作过程只做简要的提及，甚至让学生在课余自学完成。根据学生今后学习和就业的需要，在讲解各种测试方法的应用方面，主要介绍目前应用最广泛的一些技术方法:讲解到X射线衍射时，主要介绍采用X射线衍射仪来获得衍射数据，其它方法不讲或简单提及;讲透射电镜样品制备时，主要介绍粉末样品和直接薄膜样品的制备过程，对采用复型方法间接研究材料微观结构的方法只做简单的介绍即可。这样的删减，减轻了学生负担，同时又能与实际应用联系更紧密，有利于学生学以致用。随着计算机在材料测试仪器中的广泛应用，许多和材料测试方法相关的数据库或者应用软件也相继被开发出来，成为人们分析数据的必不可少的工具。而在教材中，这些内容提及的较少。因此教师必须及时地将常用的数据库或者应用软件加入到教学内容中，如讲解X射线衍射时，应加入X射线衍射分析常用软件Jade的使用以及PDF卡片查找方法。通过课堂上对这些数据库或者软件的演示，一方面可以提高学生的学习兴趣，同时也是将该门课程所学的知识用于实践的体现。

教学与生活、科研和生产实际相结合，采用案例教学法优化教学内容材料测试技术是只有和实验和实践结合起来，才能易于学生接受，能够灵活运用，因此需要实践环节的教学，但因为涉及的大多是大型仪器，只能由专门的教师负责操作，还做不到对大部分学生开放，并且本门课并非要求学生学会如何操作各类仪器，而在于让学生了解基本原理、学会测试方法的选择和测试结果的分析，采用案例教学法可以弥补这一缺陷。选择贴近生活的案例，比如在讲授红外显微镜时，可以讲解红外显微镜在案件侦破方面的应用，这个案例突出了红外显微分析方法的最大优点是官能团定性分析和无损检测;选择和科研结合结合紧密的案例，利用教师承担过的科研项目中积累的经验和资料，对其中应用到的测试技术部分进行整理，提炼为具体的案例;选择和生产实际结合的案例，比如在讲授X射线衍射分析时，可以以水泥熟料的成分分析为案例，使学生在学校就能接触到生产实际，提高他们毕业后适应工作的能力。在全部测试方法学习完成后，选取一个综合性的案例，对样品进行化学组成、物相组成及粉体的粒度大小和形貌进行表征。案例教学法的实施可以让学生学会选取合适的测试手段和解决问题的方法，调动了学生思考问题的主动性［5］。

利用多媒体手段辅助理论教学材料测试技术课程的知识信息量比较大，且涉及到很多仪器的结构和操作、数据库和软件的使用等内容，若只使用传统的教学手段，学生只能得到一些书本知识，无法得到直观的体验，学习和理解的难度大;而使用多媒体、影像资料、网上课程等辅助教学手段，学生可以在有限的时间内获得大量信息，并了解软件、数据库的相关应用，提高教学效果。对于材料测试技术原理部分，因理论性较强、内容抽象，教师讲授时通过多媒体将复杂的原理形象化。借助这样的教学方式，不但可以使学生加深对知识的理解，最重要的是提高了学生分析解决实际问题的能力，锻炼了其逻辑思维能力和归纳总结能力。

经过不断的教学改革和实践，增强了理论教学和实验教学之间的联系，可以使材料测试技术课程教学内容得到不断完善和深化，教学安排也更趋于合理，使学生能够学以致用，学习该门课程的兴趣更加浓厚，动手能力及创新意识得到明显提高。但教学改革本身是一项系统工程，尤其是随着新的测试手段的不断出现和测试技术的不断发展，教学模式也会不断改革，需要持续不断地进行探索。