張振亞

(江蘇大學 材料科學與工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

材料科學的研究對象包含材料組織結構、使用性能、成分工藝、材料性能及其關系[1]。其中工業(yè)生產和科學研究主要涉及材料組織結構、性能及其關系。材料的組織結構決定材料的性能是材料類從業(yè)者達成的共識。精確獲得材料組織結構是提升材料性能、高效完成生產目標的重要保證。材料測試分析方法是精確獲得材料組織結構最直接、最權威的方法，是近現(xiàn)代材料科學與工程的重要研究手段之一。

1 課程特點、教學目標、教學內容

“材料測試分析方法”是面向材料科學與工程學科各專業(yè)本科生開設的專業(yè)基礎課。教學目標是，讓學生掌握材料分析測試方法和原理，探索材料的微觀結構組織、成分、工藝對材料力學、化學、物理性能的影響，在未來的學習和工作中能自主選擇測試手段和分析儀器，獲得準確的實驗結果并合理分析，進而獲得正確結論。教學內容主要包括材料X射線分析和電子顯微分析[2]，涵蓋材料組織結構、組織形貌、工藝成分等方面的檢測與分析，理論性強，知識點繁雜且枯燥。此外，實驗操作和分析運用對學生實踐性要求較高，研究內容凸顯前沿性。

2 教學中存在的主要問題

國家工程教育專業(yè)認證背景下，專業(yè)基礎課要立足專業(yè)認證需求，按照新的教學目標，調整教學內容、授課形式和考核方式?！安牧蠝y試分析方法”課程教學目前存在以下問題。

2.1 教學設備、實驗資源欠缺，演示性實驗為主

“材料測試分析方法”以實驗為基礎，囊括X射線衍射、透射電子顯微鏡、X射線光電子能譜儀、掃描電子顯微鏡等大型精密儀器的工作原理、操作應用等內容。但實驗室的大型儀器設備資源尚不能滿足全部實驗和教學需求。實驗課教學中存在較多客觀因素，如儀器設備造價昂貴、維護成本高、調試周期長，學生多等。為保障儀器設備的使用安全，實驗教學以教師演示為主，不能滿足學生獨立操作的需求，不利于學生理解儀器設備的工作原理和操作方法。學生對儀器設備的原理和分析應用只停留在理論階段的表觀認識層面和初步的觀察階段，不利于操作能力和學習動力的培養(yǎng)。

2.2 教學內容需要革新

國家工程教育專業(yè)認證背景下，工科專業(yè)課的教學內容應強化工程教育專業(yè)認證理念。專業(yè)課教學的終極目標是學生能結合生產和科研實際準確運用所學知識并最終解決具體問題[3]。因此在課堂講授中不僅要刪減過時、冗雜的理論性內容，還應該結合學生的專業(yè)方向合理增加測試方法、分析思路方面的延展教學。

2.3 授課形式單一、枯燥，學生積極性降低

傳統(tǒng)授課形式屬于灌輸式，以教師講解和實驗演示為主，輔以PPT。課程涉及的儀器設備及其原理復雜，分析方法晦澀難懂，而單一的授課形式會增加理解難度。被動接受知識導致學生學習積極性不高。

2.4 考核形式單一

傳統(tǒng)的考核方式包括平時成績和期末考試成績，分別按40%和60%計入最終成績[4]。平時成績包括上課出勤、平時作業(yè)等常規(guī)教學任務，期末考試為卷面考核。學生沒有給予課堂教學足夠的重視，僅滿足于按時出勤和提交作業(yè)，期末考試則以速記強背為主，以獲取分數(shù)為最終目標，忽視了對課程內容的理解和運用。這種學習狀況，教學質量難以保證。改革傳統(tǒng)考核方式勢在必行。

3 已采取的改革措施

3.1 教學內容適度精簡和補充延展

部分教學內容陳舊過時，部分理論知識晦澀難懂且無實用價值，與工程教育專業(yè)認證理念相悖，授課時應刪除。如X射線衍射定量分析原理中有大量的推導公式，過多講授公式推導過程會占用有限的學時，還容易讓學生產生畏難情緒，應適當刪減。此外，基本概念應側重知識的理解和運用，結合專業(yè)特點，更新和拓展儀器設備的使用方法、工作原理、應用范圍、結論分析等方面的內容。如補充國際新型檢測手段3DAP的設備構造、工作原理、操作步驟、應用范圍等前沿知識。鑒于目前該設備在國內不超過3臺，現(xiàn)行各版本教材均未涉及相關內容，而補充最新知識有助于提高學生的職業(yè)能力。

“材料測試分析方法”集實驗技術和分析方法于一體，對授課教師要求更高。教師要緊密結合學生的專業(yè)基礎和專業(yè)特點，立足本人的科研領域，增加科研案例以拓展知識。如講解透射電鏡時，以表征鋁基復合材料晶體的科研案例貫穿樣品制作，透射電鏡的工作原理、操作方法、使用范圍講解；講解掃描電鏡時，以對硼化物的組織及性能分析為科研案例講解工作原理、操作方法和使用范圍。通過對科研實例的講解和演示操作，引導學生理解所學內容并培養(yǎng)獨立思考問題的能力。

3.2 增加實驗學時，加大實驗儀器設備開放力度

本課程共計40學時，精減教學內容后，空余約8學時。在協(xié)調校內資源、加大實驗儀器設備開放力度的同時，將空余學時改為實驗學時。實驗課上，根據(jù)學生成績、興趣愛好、性別、智力水平、動手能力、性格等，遵循互補平衡原則進行異質分組[5]。以實驗小組為單位完成實驗并進行演示。每組學生至少完成1次實驗儀器設備的操作，教師根據(jù)成員分工和完成質量進行考核。全部實驗考核后，匯總計入過程性考核成績，權重約為50%～60%。如條件允許，請每位學生進行操作或請完成情況較好的學生上臺演示并講解。動手操作可以促進學生理解知識點、提高學習興趣。

3.3 授課形式靈活多樣化

后疫情時代，應認真思考線上教學。本課程采用“線上+線下+實踐”混合式教學模式，使用超星學習通、MOOC等平臺開展互動式教學[6]。教師分解理論知識，圍繞授課章節(jié)以知識點為基本單元設計教學，精心制作和組織教學素材，錄制教學和實驗視頻上傳至教學平臺。課前，教師利用教學平臺推送微課視頻、調查問卷，督促學生進行課前預習和學情檢測，通過數(shù)據(jù)分析掌握學情，及時調整教學重點和難點。課上，整合凝練課程內容，將實驗步驟、工作原理等設計成立體Flash視聽教學模式進行展示[7]。實驗課上，學生在教師指導下分組完成對應實驗，從預處理、制樣、選擇實驗參數(shù)、操作儀器設備、處理實驗數(shù)據(jù)、分析實驗結果等方面進行練習，并完成實驗報告。學生在實驗中鞏固基礎理論知識，提高實踐創(chuàng)新能力。另外，教師還可以準備科研實例讓學生自主選擇，并視具體選題情況分組，作為拓展環(huán)節(jié)進行實踐并考核，實現(xiàn)學生和教師、學習和科研“共贏”。課后，針對實踐教學過程中出現(xiàn)的問題，引導學生自行查閱文獻并在小組內探討。將學生在實踐環(huán)節(jié)的表現(xiàn)列為課程考核的一部分，不僅可以激發(fā)學生學習的熱情和積極性，還可以培養(yǎng)學生的專業(yè)素養(yǎng)和團隊協(xié)作精神[8]。

2020年初爆發(fā)新冠疫情，2019級學生采取“線上+線下+實踐”混合式教學模式。盡管準備較為倉促，但實際教學效果卻明顯好于以往的傳統(tǒng)教學，詳見圖1。

圖1 2014級—2019級課程、實驗平均分值對比

3.4 考核形式靈活化

傳統(tǒng)的課程考核主要以“平時成績+期末考試成績”為學生習得的標準。在國家工程教育專業(yè)認證背景下，課程考核方式應隨教學內容、授課形式的改革而更加靈活?？己顺煽儼ㄆ綍r成績、過程性考核、期末考試成績，分別按照40%，20%，40%計入最終成績。平時成績不僅包括上課出勤、課后作業(yè)，還包括教學平臺上的章節(jié)作業(yè)、討論和測試部分的完成要求。過程性考核是指在增加實驗操作學時的同時，分組操作和討論，根據(jù)學生的貢獻，分次記錄考核成績，注重鍛煉學生的實際動手能力和團隊協(xié)作能力。期末考試以學生的學習成果為導向，提高主觀題的分值比例，降低客觀題的總分值，側重考查學生對理論知識的掌握、運用和解決具體問題的能力。

3.5 融入課程思政元素

根據(jù)《中共中央國務院關于加強和改進新形勢下高校思想政治工作的意見》(中發(fā)〔2016〕31號)等文件精神，緊緊圍繞新時代教育工作“立德樹人”的根本初心，探索現(xiàn)代化教學手段，傳授專業(yè)知識和技能，充分發(fā)揮專業(yè)課程的思想教育功能。如現(xiàn)有的實驗儀器設備，尤其是造價昂貴的電鏡等大型設備和精密儀器，多數(shù)產自美國和日本，維護成本非常高。實驗室購買高級儀器設備的瓶頸在于購買周期太長，訂購往往需要排隊等待很長時間，在某些時期甚至被告知無貨。鑒于當下形勢，鼓勵學生學好知識，勇于創(chuàng)新，創(chuàng)新儀器設備生產技術、創(chuàng)新檢測手段和方法，實現(xiàn)科技強國等。講授測試方法時，可以引入諾貝爾物理學獎獲得者安德烈分離石墨烯并成功使用測試手段表征的案例，潛移默化地培養(yǎng)學生孜孜以求、鍥而不舍的科研精神。在教學中融入思政元素，在學生學習專業(yè)知識和技能的同時，厚植愛國情懷和科研精神，喚醒科技創(chuàng)新意識，激發(fā)科技強國的決心。在“潤物細無聲”的狀態(tài)下發(fā)揮專業(yè)課程的思政作用。

4 結束語

國家工程教育專業(yè)認證背景和后疫情時代特點對工科教育教學提出了新要求。筆者結合“材料測試分析方法”課程特點、教學內容、教學目標，對照國家工程教育專業(yè)認證要求，從實驗課學時增加、異質分組演示及學生動手實驗、教學內容刪減及補充延伸、授課形式多樣化、考核形式靈活化、融入課程思政元素等方面進行教學改革，為改善教學效果、提高教學質量進行多維度探索。