材料结构分析精品课程的创新性教学探索研究

材料结构分析精品课程的创新性教学探索研究【摘要】中南大学材料科学与工程学院开设的“材料结构分析”一课是国家级精品课程，其作为中南大学材料学科及其相关专业的基础必修课程，具有教学目标明确、师资队伍强大、教学内容充实、教学手段丰富、教材针对性强等特点。此外，课程也十分注重对学生创新思维和实践能力的培养，教学团队在多年的教学和实践中，不断进行教学改革的探索和研究，并从中获得了宝贵的经验。【关键词】材料结构分析精品课程教学改革【中图分类号】R2【文献标识码】A【文章编号】2095-3089（2013）01-0024-02材料结构分析技术是研究晶体结构及其变化规律的重要手段，是材料科学工作者必须掌握的基本知识。随着科学技术的不断发展，众多新型材料不断涌现，材料微观组织与结构分析在材料科学研究中所扮演的角色也越来越重要。因此，高校理工科专业开设有关材料结构分析相关课程，其必要性与重要程度不言而喻。中南大学材料学院开设的“材料结构分析”一课是全院乃至全校示范性课程，其拥有一流的教师队伍，课程教学内容充实、教学方法先进，教学管理制度完善，教学团队还根据课程内容出版了一系列高水平教材和实验指导书籍。课程的主要内容是有关材料结构表征，以及相关分析仪器和测试技术的介绍，一直是金属材料工程、材料加工工程、粉末冶金工程、材料科学与工程等本科专业必修的专业基础课，并于2008年被评为湖南省精品课程、国家精品课程。在多年的教学实践中，各位任课教师和学者积累了丰富的经验，形成了一支科研业务强、教学水平高的一流团队，为学生创造出了一套完整、科学的理论和实践能力培养体系，在教学改革方面也取得了显著的效果。一、以创新教育为核心，建立人才创新体系，培养高水平人才本课程按照国家精品课程的标准和要求进行建设，在教师队伍、教学内容、教学模式、教学方法、教材建设和教学管理等方面争创一流，旨在培养学生的创新思维和创新能力。学生通过本课程的学习，了解材料科学研究工作者通常关注的主要显微结构分析内容；掌握各种常见分析仪器的功能和基本原理，掌握材料结构分析的基本实验技术、样品制备方法；能与专门从事X射线、电子显微分析等材料结构分析工作的实验人员共同设计试验方案，正确分析检测结果，熟练选用材料结构分析手段开展相关科学研究。通过扎实的基础理论学习和过硬的实验技能训练，培养学生从事材料科学研究必备的结构分析实验技能，提升从事材料科学研究的基本能力和综合素质，为后继专业课学习、开展毕业论文及科学研究奠定坚实的基础。二、加强师资培养，形成了一支结构合理、水平较高的主讲教师队伍本课程已有近五十年历史，近半个世纪的传承，经过经验丰富的老教师的传、帮、带，形成了一支由黄伯云院士担任教学顾问，教授/博导、副教授、讲师和高级实验师组成的高水平教学团队，具有博士学历者60%以上；知识结构和年龄结构合理，既有经验丰富的老教师，也有年富力强的中青年教师骨干；师资配置合理，主讲教师9人，讲授/辅导教师4人，实验教师5人。其中教授/博导6人，研究员1人，副教授4人，讲师/实验师6人，助教1人。其中具有博士学位的11人，留学回国人员10人。教学队伍师德优良，学术造诣高，教学能力强，责任心强，团队和谐，长期承担本课程和相关课程教学工作，经验丰富，特色鲜明，青年教师培养计划科学合理，卓有成效。五年来，材料结构分析精品课程教学团队中45岁以下主讲教师3人晋升为教授，1人晋升为研究员，4人评聘为博导。获国家级、省级、校级教学成果奖10人次，1人获政府特殊津贴，2人被评为教育部优秀人才，1人被评为芙蓉学者，2人选为湖南省青年骨干教师培养对象。由45岁以下主讲教师参与、主持国家级教学改革项目2项，主持国家863项目4项，国家自然科学基金项目3项，军工配套项目2项，其它省、部级重大科研项目12项。期间，他们发表高水平学术300多篇论文，申请专利6项。本课程教学队伍一直工作在教学科研第一线，具有多年从事教学工作的丰富经验和强烈的敬业奉献精神。经过多年的教学改革与实践，建立了长期的合作伙伴关系和友好的团队协作精神，是一支“强业务，高水平，爱岗敬业的年富力强”的教学团队。三、精炼教学内容，形成特色体系“材料结构分析”原理与技术是晶体学、结构化学、金属学、原子物理、微电子学等多学科的交叉与融合。本课程针对全校材料学、材料加工工程、材料化学、粉体材料、冶金工程、机械工程等不同专业的共性和个性，整合、优化教学内容，凝炼核心技术，科学设计课程体系，形成了自己的体系特色。针对我校材料科学与工程专业本科人才培养目标和“材料结构分析”课程定位，在“以学生为本，融知识传授、能力培养、素质教育于一体”的现代教学理念指引下，本课程结合“材料结构分析”的基本原理和学科的前沿发展，立足于“重基础、宽口径”、“服务有色金属行业、拓展新材料领域”的大材料学科人才培养思想，精选“X射线衍射分析”和“电子显微分析技术”为主要教学内容，遵循现代教育教学规律，科学地设计了课程体系，实现了理论教学与实践教学的有机统一。理论教学以材料结构表征、分析仪器及测试技术为主线，突出晶体X射线衍射、电子衍射等重点教学内容，恪守“表征为核心、仪器重操作、技术抓应用”的原则，注重先修基础课及后续专业课的衔接。且善于采用案例教学法，将主讲教师承担科研项目获得的典型实验结果（照片）引入课堂，既正确处理好了经典与现代的关系，又确保了教学内容的基础性、研究性和前沿性。实践教学以其优越的条件为学生提供了一个应用理论来解决实际问题的平台。目前，我院拥有4台不同型号的X射线衍射仪，2台透射电镜，4台扫描电镜，仪器强件较多，而且全部实现了开放运行，有条件安排本科生上机练习。实践教学的主要方式是由实验老师配合课程授课内容，对照仪器讲解，介绍仪器结构、工作原理和操作步骤，学生在教师的指导下自己动手制备样品，操作仪器进行样品测试，实验获得图谱或照片也要求由学生进行自行分析，教师最后组织讨论和讲解。实践教学针对“基本操作”、“测试手段”和“研究方法”三大训练模块开设了多层次、多方位的多种类型实验。其中“基础型”实验4项，主要针对X射线衍射仪、透射电镜、扫描电镜和能谱仪的结构、原理及操作方法进行训练，加深学生对“材料结构分析”理论的理解，让学生熟悉仪器构造和基本操作方法；“综合型”实验6项，主要包括为X射线衍射物相分析、点阵常数的精确测量、金属薄膜样品的制备及典型组织的观察、扫描电镜成分衬度像及高倍组织观察，让学生学会样品制备和实验结果分析，熟悉材料结构分析的基本应用，学会针对不同研究对象选择正确的分析方法，了解“材料结构分析”的应用；“设计创新型实验”3项，主要是结合学生课外创新研究课题及导师课题设计大型实验，运用已掌握的知识真刀实枪地解决材料科学研究中的实际问题，从而提升从事材料科学研究的基本能力和综合素质，为后继专业课学习、开展毕业论文及科学研究奠定坚实的基础。另外，我们制订并实施了引导学生参加课外科技创新实验和科学研究的方法与政策，并进行考核，形成了“课程实验+课外创新实验+毕业论文”四年不断线的实践教学格局。四、启发式教学，以灵活的教学手段保证教学质量在先进的教学理念指引下，创新了教学方法和教学设计，既重视发挥教师的主导作用，又尊重学生在学习活动中的主体地位，实行启发式教学，鼓励学生积极参与学校组织的本科生创新实验和科研活动。并将多种教学方法有机结合，改革考试考核办法，建立了完善的教学评价与考核体系，有效地调动了学生学习的主观能动性和积极性，极大地激发了学生的学习潜能。我们在教学手段和教学方法等方面进行了全面改革，完全淘汰了传统的黑板加粉笔式教学模式，将多媒体教学、网络教学、双语教学相结合，且取得了很好的成效。在理论基础部分的教学过程中，通过多媒体课件和动画将理论公式的推导思路分步、形象、启发式地进行讲述，有效地促进了学生的积极思考，培养了学生思考问题、解决问题的能力；在有关仪器设备内容的教学过程中，通过模拟动画进行解剖和分析，使原来在黑板上难以讲深讲透的内容形象、生动地展示在学生面前，提高了学生的学习兴趣和学习热情，加深了学生对所学知识的理解和掌握，同时启发学生对现有设备提出结构改进意见，培养了学生的创新性思维能力。此外，利用留学回国教师和青年教师具有良好英语基础的优势，开展了双语教学。本课程“晶体基础”、“电子显微分析”部分采用英语课件，向学生推荐优秀的国外原版教学参考书，在传授专业知识的同时，提高了学生的外语学习兴趣和外语应用水平，同时为本课程与国际接轨奠定了基础。网络教学环境学校的校园局域网及宽带网均与校内各教学楼、办公室、学生宿舍及教职工住宅区相通，并与国内外Internet网相联，网络教学软件资源齐备，硬件运行环境良好。我们自行制作能满足本课程教学需要的一整套授课教案、电子课件以及一系列仪器设备模拟动画和录像等教学软件，并从日本引进了Jade6射线衍射数据处理软件，可通过学校的局域网及宽带网经常保持更新，在教学过程中发挥积极的作用。在课程网站上建立了电子教案、教学指导、自测练习等，学生可以在网上自主学习，促进了教学效果的发挥。重点、难点理论部分的教学采用“课前预习-学生发问-难点讲解-老师质疑-小组报告-学生汇报讲演”的“六步教学法”。通过学生自主学习，老师难点讲解的办法，逐步加深学生对教学重点、难点的理解，最后通过“汇报讲演”的形式牢固紧握。除此，本课程主讲教师都承担了大量的科研项目，在介绍材料结构分析方法基础知识后，结合科研案例讲解材料结构分析方法在材料研究中的具体应用，激发了学生的学习热情，加深了学生对所学知识的理解和掌握。五、编纂特色教材，夯实教学基础在教学条件保障上，所在学科为一级国学重点学科，该课程开设历史悠久，积淀深厚。自1980年以来，中南大学编写了金属X射线衍射与电子显微分析技术、晶体X射线衍射学基础（李树棠主编，冶金工业出版社出版）等教材，姜锋、尹志民主编的材料结构分析被纳入新世纪材料科学丛书选题；出版了X射线衍射学实验方法（李树棠主编，冶金工业出版社出版）及金属材料科学与工程实验教程（潘清林主编，中南大学出版社出版）等实验指导书籍，另外，尹志民主编了实验讲义材料电子显微分析实验技术，黄继武主编了网络讲义Jade5使用手册。这些教材、实验教材及网络讲义等被全国多所高校选为本科教材和考研参考书，在国内产生极大的影响和反响。精品课程建设旨在利用现代信息技术，发挥高校人才优势和知识文化传承创新作用，广泛