現(xiàn)代材料測試與分析技術教學改革
——以河南科技學院為例

李勇峰，張亞奇，吳婷婷，趙紅遠，張明明

（河南科技學院 機電學院，河南 新鄉(xiāng) 453003）

隨著我國研究生招生規(guī)模的不斷擴大，專業(yè)碩士研究生的人數(shù)日益增多，招生數(shù)量與培養(yǎng)質量之間的矛盾日益突出，高層次創(chuàng)新型技能人才的培養(yǎng)越來越受到影響。為提高教學質量和研究生的科研素養(yǎng)，一些院校在學科建設和課程改革方面進行了深入探索，提出了一些具體可行的實施方案［1-3］。

現(xiàn)代材料測試與分析技術是研究材料內部的物相組成和微觀結構的一門專業(yè)基礎課，也是綜合性和實踐性都很強的學位必修課［4-6］。該課程與提高研究生的專業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)創(chuàng)新能力密切相關。為了提高專業(yè)研究生的培養(yǎng)質量，很多學校都進行了教學改革［7-9］，并取得了一定的成效，但它們關注的對象都是材料類專業(yè)的研究生，而針對機械工程專業(yè)研究生進行的教學改革還未見報道。

無論是在前期材料學基礎知識儲備方面，還是在科學研究需求方面，機械工程專業(yè)研究生與材料類專業(yè)研究生都存在明顯的不同。我們以河南科技學院機械工程專業(yè)研究生為例，分析了近幾年現(xiàn)代材料測試與分析技術教學中存在的問題，改革了教學內容、授課方式、教學模式和考核機制，加強了實踐教學環(huán)節(jié)，突出了專業(yè)特色，為學科建設和人才培養(yǎng)提供有價值的參考。

1 教學中存在的問題

現(xiàn)代材料測試與分析技術的教學目標是要求學生掌握各類現(xiàn)代材料測試方法的基本原理，熟悉各類儀器設備的操作過程，了解各類分析測試技術在材料研究領域中的應用，并能針對科研需要開展相應的測試與分析工作。

在近幾年的現(xiàn)代材料測試與分析技術教學中，我們發(fā)現(xiàn)存在以下問題。

1.1 教材的理論較深 學生難以熟練掌握

現(xiàn)代材料測試與分析技術涉及的專業(yè)知識面較廣，其中的測試儀器涉及光學、電磁學、熱學、化學、晶體學、數(shù)學和量子學等學科知識。該課程給學生的印象是抽象和枯燥，這給學生學習、理解和掌握相關知識帶來了較大的困難，難以激發(fā)學生的學習興趣，教學效果也不是很理想。

在教學過程中，我們使用的教材是由東南大學出版社出版的朱和國主編的《材料科學研究與測試方法》，該教材內容全面，幾乎涵蓋了當前所有的材料測試方法，涉及的測試材料包括金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料、非晶態(tài)材料、金屬間化合物和復合材料等。為了提高教學質量，我們在備課過程中查閱了大量的文獻資料，還參考了郭立偉等編寫的《現(xiàn)代材料分析測試方法》，該書介紹了X射線衍射分析、電子顯微分析和其他常用的近代物理檢測分析等方法，這些方法包括分析材料的表面形貌、組織、結構、成分、物相轉變及其能量變化等。

這兩本書比較適合材料科學與工程專業(yè)的研究生使用，但對于機械專業(yè)的研究生來說，由于書中很多專業(yè)知識沒還沒有學到，沒有前期的知識儲備，他們很難理解和掌握。對于非材料類機械工程專業(yè)的碩士研究生來說，他們要做的實驗包括表面形貌、顯微硬度、耐磨耐腐、力學性能、組織結構、物相的定性定量分析等，這些實驗很少涉及光譜分析、核磁共振分析、熱分析和色譜分析等方法，相關內容很難讓機械工程專業(yè)研究生熟練掌握，不太適合機械工程專業(yè)的研究生學習。

1.2 教學以理論為主 學生難以提高動手能力

現(xiàn)代材料測試與分析技術雖然實踐性很強，但也涉及了一些理論性很強的內容，其中儀器的工作原理及測試技術就包含了很多理論性內容，這就要求學生掌握很多基礎概念與理論知識。因此，在教學過程中，我們往往采用講授為主、實驗為輔的教學模式。另外，一些測試技術涉及的理論較深，需要教師花費更多的時間來講解相關的理論知識，這就縮短了學生做實驗的時間，也影響了學生動手能力的培養(yǎng)。

講授為主、實驗為輔的弊端在于課堂講授的理論缺少實際操作支撐，枯燥的授課方式難以支撐達到學以致用的教學目標。單純的理論講授導致學生缺乏對實驗的感性認知，不能很好地完成實驗，最終失去學習的興趣。另外，部分教材理論陳舊，與實驗存在較大差異，授課內容包括不少陳舊的檢測手段和實驗方法，學生學到的知識難以應用到實驗中，這很難提高學生的動手能力。

1.3 大型儀器設備較少 難以滿足教學需要

現(xiàn)代材料測試與分析技術的教學需要使用大量的儀器設備，但大型儀器設備比較貴重，學校購買的數(shù)量往往很少，教師常常采用參觀的形式開展教學，學生實際操作的機會很少，很難熟悉設備的操作流程，無法鍛煉動手能力，因此，教學的實用性和應用性效果不佳，難以實現(xiàn)教學目標。

目前，先進設備都由學校實驗中心統(tǒng)一管理，專人負責，專人測試。由于設備數(shù)量和指導教師人數(shù)有限，無法滿足學生的實驗需要，雖然部分設備給學生提供了操作的機會，但多數(shù)設備的操作都是按固定流程進行的，許多功能沒有得到開發(fā)和利用。因此，學到的理論無法得到驗證，實驗操作能力無法得到提高。

1.4 教學內容繁雜 難以滿足學生的需求

對于機械工程專業(yè)的研究生來說，由于他們學習的材料內容比較少，基礎比較薄弱，感覺該課程比較抽象、枯燥，他們在理解相關知識方面遇到較多的困難，而在課題研究和今后工作中會常常用到這些知識。

機械工程專業(yè)研究生的需求與材料專業(yè)研究生的不同，他們不需要深入研究材料內部的物相組成、結構以及復雜材料的制備，而只需要用到與機械工程材料測試與性能表征方面的知識。

現(xiàn)有的教材內容體系龐大、知識面廣、理論較深，還涉及一些大型實驗設備的工作原理、操作方法和實際應用。對機械工程專業(yè)的研究生來說，這些繁雜的內容既增加了他們學習的難度，又難以滿足機械工程專業(yè)的科研需要。

2 改革措施及對策

隨著材料科學的發(fā)展，材料測試與分析技術的應用越來越普及。為了適應科學研究和未來工作的需要，我們根據(jù)幾年的教學經(jīng)驗和學生的反饋意見，結合機械工程專業(yè)碩士研究生的學習特點和科研需求，在以下幾個方面進行了改革。

2.1 加強實踐教學環(huán)節(jié) 提高實際操作能力

在教學方式上，我們簡化有關儀器原理及理論推導方面的內容，加強了實踐教學環(huán)節(jié)。在實踐教學環(huán)節(jié)，我們先對實驗進行演示，然后安排學生獨立完成試樣的制備、設備的安裝及工藝參數(shù)的設定。如果用到常規(guī)的實驗設備，我們就采用任務驅動的教學模式開展教學，給學生提供實驗耗材，讓學生自己設計實驗和完成實驗，自主分析實驗結果，獨立完成實驗報告。

實踐教學環(huán)節(jié)能激發(fā)學生的學習興趣，鞏固學生所學知識，鍛煉學生的動手能力和綜合分析能力，提高學生解決科學研究和實際工程中問題的能力。

6年來，我國GDP平均增長8.5%，國防費平均增長9.3%，高于GDP增長率0.8個百分點。其中，2018年國防費為11069.51億元人民幣，增長率為8.1%，高于6.5%左右的GDP增長率1.6個百分點。在國防費的支撐和保障下，國防和軍隊建設有了長足進步，武器裝備更新?lián)Q代，生活條件得以改善，訓練水平不斷提高，深化改革順利進行，精神面貌煥然一新，人民軍隊履行新時代使命任務的能力有了大幅提高。這一階段，可稱為國防和軍隊建設“全面發(fā)展階段”。

2.2 拓展學習方式 發(fā)揮網(wǎng)絡和媒體教學的優(yōu)勢

隨著計算機和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，網(wǎng)絡和媒體教學顯示出巨大的優(yōu)勢。為了適應網(wǎng)絡教學的需要，我們開發(fā)了網(wǎng)絡教學資源，建立了完善的課程保障體系。

在教學過程中，我們借助網(wǎng)絡視頻、Flash動畫和圖片系統(tǒng)講解材料測試與分析方法，將實驗設備的內部結構和操作流程制成短視頻或微課，讓學生更為直觀地獲取相關知識，并根據(jù)教學需要對相關內容進行更新，以進一步提高教學效果。

2.3 調整教學內容 突出專業(yè)特色

在課程建設方面，我們通過調查問卷和畢業(yè)生座談等方式收集教學效果的反饋意見，結合本專業(yè)特點，調整教學內容，以滿足研究生的需要。

我們在編寫《現(xiàn)代材料測試與分析簡明教程》時，以機械專業(yè)研究生科研需要為依據(jù)，以夠用、實用、簡單易學、簡練易懂為原則，弱化理論分析與推導內容，強化實驗操作內容，以培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力。

我們在安排教學內容時，精簡理論和實驗儀器介紹等內容，強調實驗和應用內容，增加應用分析與實踐教學環(huán)節(jié)。在教學中，每個章節(jié)都通過一定的案例引出，以通俗易懂的方式講解儀器設備的基本原理、結構性能和操作流程，講解實驗結果的表征與分析。通過學習，學生能夠運用相關設備進行測試與分析。

2.4 引入課題 以任務驅動開展教學

為了提高學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和科研素養(yǎng)，我們將部分教師的科研課題融入教學過程，將研究生的科研方向與所學測試分析技術結合，以調動學生的學習積極性，提高課程教學質量。

在教學過程中，我們鼓勵學生參與科學研究，讓他們參與教師的項目或課題研究，給他們分配適當?shù)目蒲腥蝿眨@不僅培養(yǎng)了學生的科學素養(yǎng)，而且為他們以后參與研究工作奠定了基礎。

2.5 完善考核機制 突出實際應用

現(xiàn)代材料測試與分析技術具有很強的實踐性，在課程考核中應減少理論考核內容，增加實踐考核內容。因此，我們根據(jù)該課程的特點，制定了實驗教學的考核內容。考核時給學生提供實驗耗材，讓學生獨自完成相應的測試與分析，以此考核學生的動手能力和實踐技能。

3 結束語

現(xiàn)代材料測試與分析技術的教學改革對于提高機械工程專業(yè)和材料科學與工程專業(yè)碩士研究生的創(chuàng)新能力和培養(yǎng)質量具有重要意義。通過教學改革，學生能更好地學習現(xiàn)代材料測試技術與分析方法，提高學習興趣和實踐能力。針對教學中存在的一些問題，我們提出了一些合理的教學方法，為培養(yǎng)學生的綜合素質盡了一份努力。