基于工程應用能力培養(yǎng)的《材料分析測試技術》教學研究探索

基于工程應用才能培養(yǎng)的?材料分析測試技術?教學研究探究〔〕:

摘要：?材料分析測試技術?在材料類專業(yè)課程體系中具有重要地位。針對課程課時數少，理論深度高的問題，論文提出采用匯總知識要點，本科生導師制，采用科研或工業(yè)案例進展教學的教學理念。通過案例引入、技術原理、儀器介紹、測試結果分析、提綱匯總等教學步驟，將知識點的理論體系穿插導入課堂教學中，這將更有利于培養(yǎng)學生的專業(yè)研究興趣，進步他們申報大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)方案工程的熱情，是?材料分析測試技術?課程教學的一種有效手段。

關鍵詞：材料分析測試技術；導師制；科研案例；教學理念

本文引用格式：李華英，等.基于工程應用才能培養(yǎng)的?材料分析測試技術?教學研究探究[J].教育現代化,2022,6(27):113-116.

一研究背景

材料分析測試技術是將材料的物相構造、成分特征、組織形貌和微觀構造等與宏觀物化性能聯絡的主要技術手段[1-5]，而隨著材料科學的開展，各種納米化、復合化等新材料不斷涌現，先進材料分析測試技術已成為材料科學開展關鍵因素【2】。?材料分析測試技術?是高等院校材料類專業(yè)的一門應用型與技術性很強的課程，主要是為讓學生掌握各類材料測試方法、分析方法、原理、儀器構造等，該課程為多學科知識的交融，內容豐富、適用性強。該課程具有知識點分散、概念抽象等特點[1,2]。一般院校學生的知識根底和理解才能相對薄弱，對抽象概念和理論性強的知識承受相對緩慢，加之一般院校實驗條件差，與課程相應的材料分析測試儀器設備少，易造成局部學生學習興趣低、學習效果差的問題，難以將課堂理論學習與工業(yè)理論相結合的教學效果問題。

諸多研究者針對該問題對該課程從多角度進展了教學研究。馬紅萍【1】給出了采用"大班上課小班研討";與網絡平臺討論與答疑相輔助、課堂教學與實驗教學相促進、教學標準化建立綜合提升的教學改革與課程建立建議。王現英【2】提出模塊化、場景化和虛擬儀器教學軟件與多媒體動畫輔助等教學手段。曲明貴等【3】提出借鑒其他院校經歷與結合自身優(yōu)勢通過建立精品課程來提升課程教學效果的宏觀理念。高俊珊等【4】針對課程內容龐雜、課時少等問題，提出在教學中應突出重點、多元化方法、注重信息反響等觀點。江鴻杰等【5】根據金屬材料專業(yè)的特點從教學方法、內容和考核手段等方面對課程進展了改革。呂春菊等【6】指出親密關注材料測試技術開展前沿，不斷優(yōu)化和更新教學內容并將課程教學中理論性較強的內容通過分析實例進展說明，在教學中還應該將真實實驗和虛擬實驗相結合提升學生對知識的認知度。房彩虹【7】指出授課教師在本職工作上應做到"有識、有心、有術";，擅長利用適宜本課程的教育教學手段，采用多媒體教育與實驗教學相結合的方式進步教學質量。廉冀瓊等[8]在教學內容上補充了分析軟件，方法上引入動畫演示，理論上進展開放實驗，考核上綜合了理論與理論才能等因素，并獲得了良好的教學效果。秦國強等[9]針對學生課程知識應用于理論的才能偏低問題，提出突出專業(yè)特色、改革考核方式，專業(yè)導師制等教改方案。胡艷華等[10]將教師科研案例引入課程授課中建立一種與科研相結合的課堂教學形式。劉小娟等[11]針對多數教材側重介紹儀器構造和工作原理而應用實例偏少的特征，結合應用型本科院校的特點，提出在課堂講授應形象生動便于學生承受理解。綜上文獻可知，諸多學者針對?材料分析測試技術?的課程改革主要包括講授內容、知識構架、教學教法、考核體系、理論教學等方面進展探究，而針對詳細某一知識點或某一課堂的教學理論相對研究較少。

本文在總結?材料分析測試技術?知識體系構架的同時，強調在專業(yè)學習時實行本科導師制，讓本科生接觸科研案例或工業(yè)理論，進而采用案例化的教學理念設計，將X射線衍射〔XRD〕材料分析測試技術作為一個知識點，對該知識點的課堂教學進展設計，實現學生在理輪與理論交融中學習相關知識，到達理解理論并能理論應用的目的。

二?材料分析測試技術?的知識構架體系

王現英和廉冀瓊等[2,8]將?材料分析測試技術?的知識體系歸納為四個方面：〔1〕顯微組織形貌分析，主要包括光學顯微鏡〔OM〕、掃描電鏡〔SEM〕、投射電鏡〔TEM〕和原子力顯微鏡〔AFM〕等；〔2〕晶體構造分析，主要包括X射線衍射儀〔XRD〕、電子衍射〔AED〕、拉曼光譜〔RamanSpectra〕和紅外光譜〔InfraredSpectra〕等；〔3〕物化性能分析，主要包括光、電、熱、磁、力等材料學性能分析；〔4〕元素成分分析，主要包括X射線能譜分析〔XPS〕、能譜〔EDS〕、原子熒光光譜〔AFS〕、俄歇電子能譜〔AES〕、波譜儀〔WaveSpectra〕等。根據以上四個方面的知識構架體系，改變傳統(tǒng)章節(jié)式的教學方式【2】，在教學講授過程中可以使學生容易地承受相關知識內容，理論中根據需要較為便捷地選擇需要測試的手段與防范。而以上四個方面的知識體系，為較為籠統(tǒng)的大致分類，詳細到某一個局部又可根據不同的分類方式進展細化，例如材料顯微組織分析中，可根據各種測試手段分辨率上下的特性[12]，將各種微觀形貌觀察技術按照分析尺度進展劃分，如圖1所示。根據需要測試顯微的類別，在圖中可方便地選擇需要使用的測試方法或分析儀器。

因此，?材料分析測試技術?四個方面的知識體系，均可以根據一定的標準，儀器分辨率、測試精度等，對其進展詳細的劃分與解讀，在教學講授過程中讓學生直觀的理解知識體系及其相關技術的選用準那么。

三專業(yè)導師制引入本科教學

有學者[10]提出教學過程中將教師科研案例引入課程授課中，建立一種與科研相結合的課堂教學形式。而在實際教學過程中存在一定的難度，重點在于學生普遍不理解教師的科研內容，對科研工程或研究內容要求等不清楚。同時學生對相關工業(yè)消費理論中的材料測試分析標準要求也不掌握，因此工業(yè)實例及引入科研案例等起到的效果有時也并不理想。針對該問題，秦國強等[9]針對學生課程知識應用于理論的才能偏低問題，提出專業(yè)導師制的改革方案。在學生進入專業(yè)課學習階段，讓學生根據自己的興趣和各個院系專業(yè)教師的學術科研情況選擇自己的專業(yè)導師，一方面可以使學生接觸教師本專業(yè)科研案例，有利于相關課程的學習與把控，將學習的理論知識應用于科研或工業(yè)理論，另一方面可以讓學生在畢業(yè)設計或研究生升學時延續(xù)專業(yè)學習時接觸到的科研課題。通過專業(yè)導師制的引入，可使學生理解導師科研工程或研究內容要求，對相關工業(yè)消費理論中的材料測試分析標準要求也能得到掌握。通過導師制，在?材料分析測試技術?教學中可使學生對相關知識內容的掌握及工業(yè)應用才能的培養(yǎng)方面得到很大的提升。

四以X射線衍射為例的案例化的穿插教學設計理念

激光熔覆技術是一種新型的工件外表改性與修復技術，該技術可使熔覆材料熔于基體外表與之實現冶金結合的具有良好綜合力學特性的復合涂層，進而提升基體材料的耐磨性、耐腐蝕性、耐熱和抗氧化性等，因此該技術在工業(yè)領域有著廣泛應用。激光熔覆過程中會產生復雜的理化變化，進而產生亞穩(wěn)定的過飽和固溶體和復雜增強相，導致熔覆層物相組成非常復雜，因此利用XRD對激光熔覆的物相分析作為典型案例進展講解具有一定的代表性。熔覆材料為在Ti、Al、B4C，稀土氧化物Y2O3，熔覆材料置于鈦合金Ti6Al4V外表，制備預涂覆層[13]。

首先，引入原子為有序排布的晶體的概念。而激光熔覆層將產生固溶體和增強相，加之基體金屬均為晶體。1895年德國科學家倫琴發(fā)現了X射線；1912年德國科學家勞厄發(fā)現X射線在晶體中的衍射現象；1912年英國科學家Bragg父子利用X射線衍射測定了NaCl晶體的構造，創(chuàng)始了X射線晶體構造分析的歷史。

其次，通過相關影像或實驗設備講述XRD測試材料相關特性的原理和儀器。通過相關原理的介紹，可知XDR可以研究分析材料的元素成分、晶體構造、剩余應力和組織含量等。

再次，通過實驗儀器進展XRD測試，測試所得數據用Jade軟件進展相關物相分析。多數教材中介紹的峰位標定過程是針對單相，且無擇優(yōu)取向，無剩余應力。而實際標定中多數材料為多晶體材料，存在擇優(yōu)取向和剩余應力。因此要標定材料的衍射圖譜，首先應根據材料組分確定可能的物相；其次查閱物相對應的JCPDF卡片[13]，對照卡片數據標定物相，如圖3所示。而隨著計算機技術的開展，采用單一的JCPDF卡片對照進展物相標定已經較為少見，如今多用Jade軟件對衍射圖譜的物相進展標定，因此應向學生講述Jade軟件的使用方法。

按照以上介紹的分析流程，根據XRD測試材料相關特性的原理，分別計算該衍射圖譜所能計算得到晶體構造、剩余應力和物相組織含量。

最后，對XRD衍射圖譜的特征進展總結。分別從衍射峰的位置、強度、峰寬、峰形和背底等方面對課堂內容進展總結，如圖3所示，讓學生對課堂所學知識有整體的理解，為以后的科研或工程應用提供參考。

五完畢語

?材料分析測試技術?的知識體系歸納為顯微組織形貌分析、晶體構造分析、物化性能分析、元素成分分析四個方面。學生普遍不理解教師的科研內容，存在對科研工程或工業(yè)消費理論等不清楚的問題，導致工業(yè)或科研的案例分析所起到的教學效果有時也并不理想，而通過專業(yè)導師制的引入，可將學生帶入到導師的科研工程中，進而對相關工業(yè)消費理論中的材料測試分析標準要求得以掌握。

在課堂教學過程中，應以科研或工業(yè)案例為先導，通過案例分析引入相關測試技術，進而介紹測試原理及儀器設備。而后根據引入案例的技術應用，對測試結果進展分析研究，根據測試原理對案例進展分析解讀，最后對知識點進展總結。通過導師制和科研工業(yè)案例分析的教學分析教學理念，可使學生在學習相關技術理論的同時，參與導師的科研課題，有利于培養(yǎng)學生的專業(yè)研究興趣，進步他們申報大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)方案工程的熱情，應該是?材料分析測試技術?課程教學的一種有效手段。

參考文獻

【1】馬紅萍."材料現代研究方法";應用式教學探究與理論[J].中國質量與標準導報,2022,(11):65-67.

【2】王現英.?現代材料分析方法?課程教學改革探究與研究[J].教育教學論壇,2022,(20):65-66.

【3】曲明貴,張靜武."材料現代分析測試方法";精品課程建立理論[J].教育與教學研究,2022,24(1):96-98.

【4】高俊珊,丁國新.?材料現代分析測試方法?課程教學的改革初探[J].廣州化工,2022,41(14):210-211.

【5】江鴻杰,李義兵,劉崇宇,等.?材料現代分析方法?課程教學建立與改革[J].廣州化工2022,45(02):198+207.

【6】呂春菊,舒康穎,司平占,等.?材料現代研究方法?課程建立與教學理論[J].科技信息,2022,(16):109.

【7】房彩虹.?現代材料分析測試方法?教學討論與考慮[J].教育與教學研究,2022,44(1):215-216.

[8]廉冀瓊,陳瑩,謝安.?現代材料分析方法?課程教學改革的探究與理論[J].教育現代化,2022,4(46):45-46.

[9]秦國強,付華,司華燕,等.材料現代分析方法課堂教學改革探析[J].當代教育理論與理論,2022,8(9):50-52.

[10]胡艷華,郭鋒,陳寶東,等.建立與科研課題相結合的材料現代分析方法課程教學新形式