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《材料现代分析方法》课程教学改革研讨

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  摘要:文章结合内蒙古科技大学材料与冶金学院材料专业的长期教学经验,分析了《材料现代分析方法》课程重要特点、学习目标和课程改革几点意见,主要论述了《材料现代分析方法》的教材改革、课堂教学改革以及增设开放式实验教学环境,旨在提高教师教学素质,激发学生学习能力。
  关键词:《材料现代分析方法》;教材建设;课程教学研讨
  中图分类号:G642.0     文献标志码:A     文章编号:1674-9324(2019)18-0136-02
   一、引言
  纳米科学与技术是20世纪80年代末期兴起的,经过三十多年的发展,纳米技术已逐步迈出实验室走向市场,其商业化应用在全球范围内迅速展开。全世界都认识到,纳米技术将引起新一轮的产业变革,未来拥有并掌握纳米技术及其应用的国家将更具备核心竞争力。根据材料科学与工程学科的发展趋势及其对人才培养需求的变化,《材料现代分析方法》以最基本和最常用的几种材料分析测试方法为主要内容,使学生对其基本原理、试验技术、常用设备和分析方法具有较全面的认识和一定的实验操作能力,为日后从事材料科学研究工作和解决材料应用中的工程实际问题奠定基础。为适应全面深化实行工程教育专业认证的相关要求,这位材料科学与工程专业的发展提供了难得的机遇,我们对《材料现代分析方法》课程改革和發展进行了深入的思考和一系列改革。
  二、课程特点及学习目标
  《材料现代分析方法》课程介绍:本课程详细介绍微观分析手段包括红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子衍射(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、热分析(TG、DTA、DSC、DMA)等几种材料现代分析方法的原理、检测过程与仪器、测试结果的分析处理和方法的典型应用等,着重阐明各类物理检测信号的产生,并引入或派生各种相关的现代材料分析检测技术。
  作为典型的交叉学科,《材料现代分析方法》课程的教学具有一定的难度。首先,课程内容及知识面广,涉及物理学、光学、仪器使用、材料特性等多部分内容,因此难以在有限的课程教学时间内全面系统地深入介绍学科内容,容易导致学生没有节制的填鸭式教学,使学生无法在有限时间内消化多种现代分析技术的应用和使用,影响后续课程的学习。如何准确把握课程的基础理论框架,引导学生自主学习材料科学的测试表征方法和深入研究仪器的操作指南,是授课教师在设计课程内容时需要解决的重要问题。其次,《材料现代分析方法》是理论与实践紧密结合的一门课程,研究前沿性比较强,需教师总览多学科、多研究领域,结合学生们较为感兴趣的方向,增加科研实例教学,加大实验室和实验仪器的开放力度,能更直观地引导学生独立思考和创新素质。
  《材料现代分析方法》学习目标:
  通过对《材料现代分析技术》的学习,使学生掌握X射线衍射分析、电子显微分析、电子能谱分析、热分析、光谱分析等几种材料现代分析方法的基本原理、检测过程与仪器主要结构、测试结果和分析处理方法的典型应用等,使学生掌握相应的基础知识、基本技能及必要的理论基础,能够正确地运用现代分析技术开展材料组成与结构的分析测试与标准,从而具备开展材料科学研究和解决材料科学与工程领域相关问题的能力。课程内容包括材料研究中的组织形貌分析、晶体物相分析、成分和价键结构分析、分子结构分析等。
  三、深化改革,提高教学质量
  (一)课程教材改革
  课程教材在介绍现代先进分析技术的基本理论的基础上,应增加大量扩展性内容,紧密结合专业理论和科研前沿的实例,揭示新材料的研究规律,激发学生的认知欲望,这对于提高教学质量很有必要。同时,增加对仪器的操作说明,学生通过实际操作各种实验仪器,拉近学生与现代科学发展的距离。教材的使用应增加电子版教材,以便进行多次更新,每一次教学课程完全之后,将本次教学的结果与最新科研前沿问题结合起来,教师通过对教材的反复修改,能增加对知识的理解能力,以便于更好地服务于教学。
  (二)教学课堂改革
  《材料现代分析方法》的理论教学相对枯燥,教师应将抽象的测试分析中涉及的理论知识,通过多媒体教学与传统教学相结合,充分利用多媒体展示仪器测试原理、材料结构与性能的理论知识,引入更多与课程相关的新知识、新技术和新成果。如介绍扫描电子显微镜(SEM)的工作原理的同时,可通过视频的形式引入高分子纳米材料的合成制备工艺与性能应用,所合成材料在SEM高倍显微镜下所呈现的材料结构特性,使学生更直观地了解材料分析方法的用处。
  在传统教学中,材料专业更偏重于理论知识,而容易忽略学生的实践能力的培养,在传统教学模式考核学生知识掌握能力的同时,教育教学改革应进一步偏重于学生的动手实践能力、创新思维能力、理解应用能力。因此课堂教学可开展“以学生为中心”的颠倒师生关系的教学理念,让学生在课下时间通过自学研究完成对新知识的学习,利用上课时间教师通过设计一些问题情境让学生作为老师进行讲解,不仅有利于学生自主学习的积极性,同时,让学生的学习过程不是一味的被灌输知识,而是以输出知识为主导的模式;同时可以组织学生团队间协助合作、交流讨论的形式,实现对新知识的理解吸收与应用研究。
  (三)开放式实验环境改革
  材料测试表征手段的教学课程注重理论联系实际以及学生创新思维和能力的培养,教师应结合实验教学,带领学生参观所学习的实验仪器设备,动手操作仪器对提高学生的学习兴趣、巩固新学的理论知识大有裨益。当然,在科研用实验室仪器较为紧张的情况下,空出专门时间留给本科生教学有一些实际难度,但是通过教师和实验员间的协调,相同的科研实验测试下,可以给本科生现场演示教学,这也能激发学生的快速理解。同时,结合学生的专业实验课程的学习,将实验课上所制备的材料进行实验表征,将多种课程紧密的联系起来。
  (四)课程考核评价改革   考核分平时成绩与期末考试成绩,分别考核:理论知识、实例分析、实验操作。考试内容中基本概念、基本理论的掌握占50%-70%,运用基本理论知识进行分析或计算占20%-40%,理论结合实际占10%-20%。平时成绩占40%,期末考试成绩占60%。平时成绩包括平时作业、出勤、课堂表现等。
  四、结束语
  随着科学技术的进步,用于材料性能检测、微观结构分析和化学成分分析的试验方法和检测手段不断丰富,新型仪器设备的不断更新,为材料科学研究提供了强有力的物质支撑,科研工作者掌握好材料分析测试方法能更好地开展科学研究工作。《材料现代分析方法》课程教学内容的选择要充分考虑到广度和深度的统一、基础和前沿的兼顾、新旧内容的衔接、理論联系实际、巧用电子产品的资源等多个方面,充分调动学生的积极性,培养学生创新意识及创新能力。
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  Abstract:Combined with the long-term teaching experience for material major in School of Materials and Metallurgy,Inner Mongolia University of Science and Technology,the article discusses the important features,learning objectives and curriculum reform of <material modern analysis methods>.This paper mainly discusses the textbook reform,classroom teaching reform and the addition of open experimental teaching environment,aiming at improving teachers' teaching quality and stimulating students' learning ability.
  Key words:<material modern analysis methods>;textbook construction;course teaching seminar
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