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《材料现代分析方法》课程教学的改革与实践

  能源与环境问题是当今世界的两大主题,而材料又是能源和环境工业技术的技术基础。因此,掌握材料的分析方法、表征手段对合成制备新型材料至关重要。材料现代分析方法是材料科学的重要工具,该课程主要介绍材料的现代分析方法和检测技术,具体包括透射电镜、扫描电镜、X射线光电子能谱、红外光谱、粉末X射线衍射等。学习这些分析方法的原理、技术和操作要领对认识和理解材料的内涵,提高对材料的结构分析十分重要。因此这门课程也是材料类专业的本科生与研究生必修的一门专业学位课[1]。
  材料现代分析方法设计到的技术原理多,内容广泛,而且有些原理比较抽象,公示的推导也比较多,因此,学习起来比较枯燥,缺乏学习的自主性。但另一方面,这门课又非常重要,因此,如何开展好这门课的教学与实践显得非常重要[2]。
  本文结合本校材料科学与工程专业的自身特点大纲要求,从《材料现代分析方法》课程的培养目标及材料学科的发展方向出发,分析了影响《材料现代分析方法》课程教学质量的关键因素,并通过实践,提出了行之有效的教学方法和改革措施,取得了良好的教学效果。
  1 传统《材料现代分析方法》课程教学存在的主要问题
  材料学科是一门交叉学科,设计到物理、化学和数学等学科的融合。对于《材料现代分析方法》这门课来讲,重点设计到物理和数学两个学科。因此,涉及到的内容覆盖面广,知识点多,并且随着科技的发展,各种新的材料测试表征手段层出不穷,但计划课时少,因此,如何选择合适的教材和优化课程设置成为《材料现代分析方法》课程存在的主要问题。
  1.1 教材的选择
  在教材的选用上,要重视传统分析方法和现代分析方法的融合。因此,不光要让学生掌握传统分析方法的技术和理论基础,而且在要重视在传统分析方法上发展起来的新技术。教材的选择不一定要新,而且要注重其内容。因为传统分析方法是新技术方法的技术基础。有些教材中的主要内容难免过时冗长,而有些教材的内容又过于前沿, 对一些基本理论和基础知识的讲解不够。本专业目前采用哈尔滨工业大学的周玉主编的《材料分析方法》第2版作为主讲教材,该教材内容上简明扼要,抓住本质与精华,讲清基础原理与常用测试方法,并增加了一些用该方法解决具体问题的典型范例。注重培养学生应用分析方法解决实际问题的能力,理论联系实际。
  1.2 课程设置的整体优化
  在课程的整体设置上,我们强调内容全面外,还要注重重点内容的精讲。如纳米材料的分析主要用到扫描电镜和透射电镜两种技术手段,这也是纳米材料的眼睛。而且这两种分析方法所用的设备都比较昂贵,属于大型仪器设备,在几乎所用的材料专业的科学研究都要用到这两种测试方法,因此在课程设置上,课时要多,内容要详细。在比如粉末X射线衍射,设计的技术理论基础也比较多,而且对学生的物理基础知识的要求比较高,因此这课程设置上要注重理论联系实际[3]。随着科学技术的飞速发展,新的分析方法不断涌现,作为专业基础课,教学中遇到的突出问题就是计划学时少与教材内容广之间的矛盾,这就要求主讲教师精心优化课程结构,合理安排教学内容,强调基础,突出重点,按照“少而精”的原则设计课堂教学,确保学生具备较为扎实的基础知识。同时也要理论联系实际,将本学科领域里一些比较前沿的科研成果介绍给学生,使学生有机会接触各学科发展前沿,了解科技发展的趋势。加强实践环节,强化学生的实际动手能力和实践技能的培养,实现从科学知识型向科学知识实用技能型的转化。
  2 《材料现代分析方法》课程教学方法的实践
  2.1 采用多媒体教学与传统板书相结合
  在《材料现代分析方法》的教学过程中,采用多媒体教学,可以很好地把各种图片、仪器内部结构、原理示意图很好的展示出来,同时也是原来枯燥的课本知识变得生动鲜活[4],同时启发学生思考,激发学习兴趣,加强学生对材料化学中的教学难点的理解和掌握。例如对材料现代分析方法课程中涉及的晶体结构解析、红外光谱谱图分析、电子显微分析和物理性能分析等部分进行多媒体辅助教学,通过图像、仿真模拟、动画等展现给学生,可使教学内容直观化,从而有效促进学生的理解能力。我们在教学的过程中,还搜集了大量的仪器使用和原理的视频资料,帮助学生理解分析方法的原理和技术,取得了良好的效果。当然过分依赖多媒体也是不行的,因为多媒体播放速度快,很多学生难以跟上老师的节奏。因此在必要的时候,采用板书教学,是对媒体教学的有效补充。
  2.2 采用科研案例教学,以科研促进教学
  《现代材料分析方法》是一门理论基础要求高、实践性强的课程。传统的课堂讲授,学生很难将理论知识与具体的实验结果分析相结合。科研案例的引入,可以使学生更直观地认识课堂所学在科研工作中的具体应用,以此更好地理解课堂所学。对于每一种分析方法,都有其具体的适用范围。我们采用搜集最近的科研文献,给学生讲解文献中所用的分析方法,采用这些分析方法得到了什么结果,说明了什么问题,引导学生在将来的科研工作中,对于合成制备了一种新材料,如何进行表征。让学生认识到这些分析方法在未来的研究工作中的重要性,而不是完全无用武之地,从而激发了学生的学习热情。同时也让学生了解的本研究领域的最新研究进展,提高了英语阅读能力,一举多得。
  2.3 制定科?W的多样化考核方式。
  在课程的考核上,加强基础理论知识的考核外,还要注重学生在平时学习的表现,把考核的重点放在教学的过程中,让学生重视课堂教学胜过重视考试。在试卷的设计上,除了一些客观题外,还要加大主观题的设置,让学生在没有标准答案的前提下,自由发挥。
  3 总结
  总之,《材料现代分析方法》课程是材料学科必修的公共技术基础课之一,通过该课程的讲授,可以培养高素质、应用型人才。笔者对教学中出现的问题进行了总结和思考,在教学内容和教学手段上进行创新和实践,取得了良好的教学效果。在今后的教学中,需要不断的调整改革的方式方法,真正提高《材料现代分析方法》教学的效果和学生的实践能力。

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