材料研究测试方法实验课程教学设计及应用*

张豪 多树旺 俞筱雯 施江 钟巧芳

江西科技师范大学材料与机电学院 南昌 330038

0 引言

材料的化学组成、微观结构及使用性能之间有着紧密的联系。通常，材料的性能由材料的化学组成和微观结构决定，这进一步决定了材料的实际应用。而且，材料的化学组成和微观结构还会受到诸如高温氧化、摩擦磨损、熔盐腐蚀等外界因素的影响。清晰地掌握材料的组织结构及其随外界环境的演变对于材料研究是十分必要的。因此，材料微观结构分析是进行材料学学习和研究要掌握的基本技能，材料研究测试方法这门学科应运而生[1]。

材料研究测试方法是一门实践性、应用性、前沿性、综合性非常强的课程，在国内众多高校本科生及研究生教学中均开设了这门课程。江西科技师范大学金属材料工程、材料化学等本科生专业及材料科学与工程、材料工程等硕士研究生专业均开设了该门课程，旨在使学生掌握材料研究测试方法的基本原理，掌握定性、定量分析和结构表征方法，了解各种仪器设备的基本结构、工作原理及其在材料分析研究中的应用，以培养学生使用分析测试方法为材料科学研究服务。本项目仅针对江西科技师范大学本科生实验教学开展改革研究。该课程有助于培养学生的学习兴趣与研究精神，增强学生的动手能力，让学生能从专业角度针对科学问题提出解决方案，具备设计实验、开展实验及数据提取的能力，并能够将数据结果与专业理论知识相结合，得出合理有效的结论，同时，提升学生的组织管理与团队协作能力，为今后开展科学研究打好坚实基础。

实验教学实践环节是材料研究测试方法课程的重要组成部分，几乎占全部课时的一半，有利于培养学生严谨的科学思维、创新能力、理论联系实际等综合能力[2-3]。江西科技师范大学实验课程重点围绕X 射线衍射仪、X 射线能谱仪、场发射扫描电子显微镜及透射电子显微镜等价格昂贵、操作复杂的大型精密仪器开展实践训练，使学生在有限的时间内安全高效地掌握设备操作方法及注意事项是该课程的难点与重点。前期，项目团队开展“案例教学结合因材施教在材料研究测试方法实验课程中的应用”的相关研究，取得了一定的教学效果[4]。然而，由于诸多原因，实验课程并未达到预期的教学效果。随着信息行业的迅猛发展，“互联网+”教育模式正在逐步渗入日常教育教学中[3,5-7]，与传统教学模式相互补充，共同为提高教学质量服务。目前，“互联网+专业课程”信息化教学已成为各大高校教学改革的重要内容。基于此，继续在原有案例教学结合因材施教两种教学方法协同作用下，借助“互联网+”信息化技术，进一步开展教学改革与创新，采用以教师为辅、学生为主、师生互动与实践总结相结合的教学方式，构建“学用交替”的教学培养体系，增加实验内容与实际生产生活间的关联性，达到让学生对抽象虚拟的概念形成更为直观、具体、全面的认识的教学目的。

1 教学现状分析

前期，课题组同时采用案例教学法和因材施教法对实验课堂教学模式进行了改革，两者的协同作用可以丰富教学内容，提高学生主动学习的兴趣，但仍然存在诸多现实问题亟待解决。

1.1 教学方式枯燥单一

材料研究测试方法实验课程以往的教学模式是教师介绍操作重点和难点，然后示范，学生观看、做笔记或进行实验操作。但该课程知识领域广，理论知识枯燥晦涩，且各章节之间联系不多，相对独立，特别是涉及仪器的测试原理时，往往十分抽象，需要学生调动一切想象力以及联系多方面的知识进行理解，这一点对大多数学生来说很难做到，渐渐地学生就对这门课程丧失了信心，学生的学习积极性很难调动，学习热情难以增长。

1.2 教学质量不稳定

传统课程教学方式对教师的依赖性太高。教师在课堂上讲授知识，学生被动接受知识，传统课程教学方式容易忽视了学生的能动性，教学质量的好坏完全依赖于教师教学水平的高低，信息化时代信息知识更新很快，教材上和教师掌握的一些知识很可能早已经过时，不利于学生的能力培养，一定程度上限制了学生的知识面拓展。

1.3 教学衔接不合理

江西科技师范大学材料研究测试方法课程分为理论与实验两部分，理论知识为教师课堂上教授，实验知识则是教师在科研实验室进行现场教学。理论课程的安排贯穿整个学期，而实验课程几乎全部集中在学期末进行。这就导致学生学习理论知识后不能立即联系实际实验巩固所学知识，实验知识也不能慢慢吸收，两者相对独立，使得整个教学体系比较松散，且期末复习任务重，课程难免被学生应付了事。

1.4 考核方式单一

实验课程考核主要为实验报告的书写和出勤，实验报告的考核内容大体一致，基本上都是某个仪器的测试操作，而且很容易在书本上或者网络上找到答案，学生不用过多思考，很容易导致学生间互相抄袭，教师很难获知每个学生的真实水平，不能给出正确的评定，无法反映出真正的教学成效。

此外，由于存在实验设备贵重、数量少，实验室空间狭小等问题，大部分实验内容由教师演示几遍，学生回去写实验报告，部分学生很难看清仪器设备全貌及完整的设备操作演示过程，学生的思考和实践创新能力受到了限制。而且，材料分析通常需要经过多个仪器的联合测试，才能收集到材料的全面信息，进而给出准确的分析。然而，江西科技师范大学目前开设的实验项目中综合性实验较少，实验用到的测试技术相对独立，都是课前教师准备好样品，学生按照教师的安排去操作，课程结束后，学生无法把各个仪器设备联系在一起来研究材料，学生实验数据处理能力差，不利于学生应用实践能力的培养。

2 课程改革方案

基于江西科技师范大学材料研究测试方法实验课程中存在的现实问题，结合江西科技师范大学人才培养目标，借助“互联网+”信息化平台，对该实验课程的教学模式、教学内容、教学方法及考核方式等方面进行了改革和探索。

2.1 教学模式多元化

把课程内容与互联网技术结合起来，在不增加课时的情况下最大化课堂效率，引入“互联网+”教学模式，建立信息化教学平台。整合多种信息技术平台将仪器的测试原理、操作方法等具体化、声像化，不但能大大激发学生的学习兴趣，活跃课堂氛围，提高学习效率，还能使学生对抽象知识形成具体的印象概念。此外，教师的教学方式结合互联网技术进行，教学课堂更加灵活生动，学生能更容易理解书本上的知识，事半功倍。

2.2 教学内容的构建优化

精心设计实验实践项目，增加综合性实验内容，合理安排教学知识点，适当精简纯理论内容，介绍实验仪器设备的工作原理，重点突出数据分析应用环节。借助信息化技术，教师于课前把与实验相关的预习资料发布到学习平台，学生可以根据自身情况随时随地学习，有助于学生及时把理论知识与实践练习联系起来；还可以通过互联网获取仪器设备的结构及操作视频资源，学生观看后先在脑中形成直观印象，现场实验教学加强巩固。学有余力的学生还可以借助互联网信息化平台进一步学习其他测试技术，随时与教师和同学们交流，极大地调动学生的积极性和自主性，有利于“学用交替”教学培养体系的构建完善。

2.3 案例教学协同因材施教教学方法的进一步贯彻实施

传统的课堂教学中，教师无法兼顾到每位学生，无法对每位学生进行定性、定量分析。引入互联网技术后，学生在信息化平台上的学习进度与成果一览无遗，教师利用精确的后台数据分析，可以清楚知道每个学生的知识漏洞、问题所在，从而挑选适合他们的案例讲解进行因材施教，并针对学生不同特点设计个性化的辅导。教师能及时发现教学不足之处，查缺补漏，基于此来优化后续课程计划和教学方式，进而提升教学质量，从而有效提高学生的整体学习效率。

2.4 新型考核标准体系的建立

考核方式是教师教学质量和学生学习成效的检验标准。为了加强对学生实验技能及实验结果分析处理能力的培养，对整个实验考核体系进行设计优化，争取能全方面、多角度考查学生对实验课程的掌握程度、实践能力、数据处理能力。在继续考核学生的出勤、动手能力及实验报告书写的前提下，在原有实验项目基础上增加一些综合性实验项目。基于自身特点及学习兴趣，教师把学生分为若干小组，利用任务驱动法调动学生的参与度，这里面会涉及实验计划，实验要用到的主要仪器设备及其操作注意事项，数据的获得、处理和分析等环节。适当降低出勤、实验报告书写的考核比例，教师根据综合实验中学生的整体表现给出客观的评价。这种考核机制不仅可以激发学生的创造性思维，还能锻炼他们的实际动手能力与分析处理数据的能力。此外，教师可以利用互联网信息平台发布一些与实验课程相关的思考题，采取激励措施鼓励学生踊跃参加，作为平时成绩考核。

3 课程改革实践

根据教学主题，注重目的性、生动性及启发性，选择有代表性的案例，使学生能够举一反三，配合灵活多变的教学方式达到预期教学效果。同时，根据前期调研的学生个体差异，调整教学的目标、内容、方法与进度等，因材施教。通过课前学习、课堂表现、平台交流、考核方式、问卷调查及访谈学生等方式分析、研判该实验课程改革与实践效果，充分接纳吸收学生的建议及意见。根据实践课堂遇到的问题，结合学生提出的建议和意见，将信息技术融入实践教学，课前把与实验主题相关的精选精编的案例材料及实验内容发布到在线学习平台，利用全新教学模式如翻转课堂、微课堂、微信公众平台等，提高学生的自主学习能力，启发学生进行先行挖掘问题并分析讨论。待到线下课堂教学时，教师进一步面对面讲授和演示，根据各学生的自身状况合理运用因材施教的方法鼓励学生参与不同深度、不同内容的实验实践，使学生达到不同的学习高度，提高整体教学质量，获得优良的教学效果。使教学成为“分析—生疑—解疑—总结”的学习过程，培养学生的思维能力。最后，对获得的知识进行拓展升华，做到举一反三，触类旁通。课后再次通过交流平台分享学习心得，开展互评。

4 课程改革效果

本次教学改革借助“互联网+”信息化平台，同时注重学生的差异性，进行个性化指导，精选案例，基本实现了“学以致用，用其所学”的教学目标。新教学方案的实施有效缓解了传统教学模式的矛盾，学生的学习主动性和积极性被大大调动，课堂气氛变得活跃，学生能将理论知识与实验实践内容有机融合起来，学生的实验能力和分析能力得到强化，大部分学生初步具备了严谨的分析问题、解决问题的能力，实验报告雷同现象大大减少，整体教学质量得到明显提高。

5 结束语

通过上述实验教学改革，学生的实验能力和团队协作能力等综合实力得到大幅提升，但仍存在一些旧的问题，也出现了一些新的问题。在“互联网+”视域下，高效提升材料研究测试方法教学改革质量仍需要探索实践。下一阶段，将基于前期的教学改革成果，继续探索教学改革新模式，进一步细化实验项目，拟借助雨课堂等先进信息化平台，把失效分析大赛、微结构摄影大赛等学科竞赛纳入实验教学方案，在实践中改革，在改革中实践，逐步提高该实验课程的教学质量和教学效果，使得江西科技师范大学材料类专业本科生具备较强的就业竞争力。