王秀英 張鋒 費旭 史非 徐龍權(quán)

摘要：《無機材料分析與測試》是一門實用性強的基礎(chǔ)課程。這門課程的開設(shè)，主要是為了讓學(xué)生掌握最基本的無機材料分析方法以及測試技術(shù)。筆者根據(jù)自身多年的教學(xué)經(jīng)驗，通過本文提出在教學(xué)過程中采用“實例系統(tǒng)化”，即在講解所有的表征技術(shù)時使用相同的材料作為應(yīng)用實例，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和達到學(xué)以致用的目的。

關(guān)鍵詞：無機材料分析與測試;實例;數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：G642.41 ? ? 文獻標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）47-0145-02

一、引言

《無機材料分析與測試》課程是材料、化學(xué)等專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課，是使學(xué)生具備應(yīng)用無機材料表征技術(shù)的基本能力，為學(xué)生能夠獨立地進行無機材料的分析和研究工作及科學(xué)思維和創(chuàng)新能力的發(fā)展提供基礎(chǔ)和保障的課程。因此，本課程作為材料、化學(xué)等專業(yè)一門必修的重要基礎(chǔ)課，已在理工科院校越來越受到重視。其講授內(nèi)容主要包括無機材料形貌、結(jié)構(gòu)、物相和微區(qū)成分分析的理論基礎(chǔ)，是融合了化學(xué)、物理學(xué)、量子力學(xué)等的多學(xué)科知識，原理抽象，學(xué)生較難理解，且課時少，教學(xué)內(nèi)容多，分析表征方法的原理又各不相同，知識點散，不易抓住重點。而教材內(nèi)容的安排大多偏重于介紹儀器的工作原理，具體應(yīng)用實例所占的篇幅較少，這不但使學(xué)生對理論知識理解困難，感性認識也相對匱乏，所以學(xué)生普遍感覺本課程內(nèi)容抽象，理解掌握困難，是材料、化學(xué)類學(xué)科中難度較大的一門課程。

《無機材料分析與測試》課程所講授的內(nèi)容和涉及的儀器設(shè)備屬于大型精密儀器，不僅價格昂貴，平時維護費用也較高。同時需要操作人員經(jīng)過專門培訓(xùn)才能使用，且承擔(dān)大量的科研測試任務(wù)。這些因素決定了這門課涉及的實驗教學(xué)內(nèi)容只能以演示為主，而這只能讓學(xué)生對測試方法有一個初步的認知，并不能達到深入的了解和掌握。所以在畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)，往往會出現(xiàn)學(xué)生不僅對如何正確選用各種分析方法感到困惑，也很難正確地分析測試數(shù)據(jù)，這不僅延緩了畢業(yè)設(shè)計的進度，也影響了論文的質(zhì)量。實際上，不管是考慮到本科學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計還是他們今后的工作需求，只要掌握如何利用分析測試設(shè)備為自己的學(xué)習(xí)和研究服務(wù)即可，也就是說這些設(shè)備的具體操作和使用方法并不是他們必須掌握的重點。因此本課程的實驗教學(xué)的內(nèi)容側(cè)重點應(yīng)該由對大型儀器的參觀改為對實驗結(jié)果的分析更為合理，而選擇合適的案例則變得尤為關(guān)鍵。結(jié)合我校專業(yè)和學(xué)科特點及師生的實際需求，我們提出在教學(xué)過程中采用“實例系統(tǒng)化”。

二、“實例系統(tǒng)化”的應(yīng)用

（一）應(yīng)用模式

所謂“實例系統(tǒng)化”，就是我們在講解某一方法時，以當(dāng)前研究最熱門的先進無機材料為實例，而我們在講解后續(xù)的各種方法時，也以相同的材料為實例。比如，無機材料TiO2、石墨烯等在當(dāng)前熱門的太陽能電池、光催化、鋰電池等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用和研究，我們在講解各種分析方法時，都以TiO2、石墨烯等的表征數(shù)據(jù)為實例進行介紹。特別是對含有相同元素的某類材料的表征數(shù)據(jù)可以進行對比講解（如C元素在石墨烯與C3N4中XPS數(shù)據(jù)的對比分析），以此加深學(xué)生對測試方法原理的理解。

在我們以往的教學(xué)模式中或者絕大部分的教材中，案例分析一般都不會選用同一種物質(zhì)。我們采用“實例系統(tǒng)化”這樣一種模式，可以說是一次全新的嘗試，出發(fā)點就是讓學(xué)生通過用同一種物質(zhì)將不同的分析測試方法聯(lián)系起來。這樣做，首先會使學(xué)生在接觸一種新的測試方法時有一個感性的認識，因為他們在前面課程的學(xué)習(xí)過程中已經(jīng)對這種物質(zhì)的某種表征數(shù)據(jù)比較熟悉了，再接觸一種全新的方法不會很抵觸。而且，很多分析測試方法有著必然的聯(lián)系，比如我們在講解銳鈦礦TiO2的XRD數(shù)據(jù)時，會指出各個衍射峰所對應(yīng)的晶面間距，而我們在講解銳鈦礦TiO2的高分辨透射數(shù)據(jù)或者對其衍射花樣進行標(biāo)定時，也會涉及晶面間距，這樣我們就能通過同一種物質(zhì)將這兩種分析方法有機結(jié)合起來，使學(xué)生更容易接受和消化所學(xué)內(nèi)容。同時也培養(yǎng)了學(xué)生及時溫習(xí)已學(xué)知識的習(xí)慣，避免“學(xué)后面忘前面”的情況發(fā)生。更為重要的是，各種分析表征技術(shù)的綜合運用能力的培養(yǎng)可以使學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力得到更好的鍛煉。

（二）建立表征數(shù)據(jù)庫

要做到“實例系統(tǒng)化”，首先需要對先進無機材料有一個全面的了解?？v觀無機材料當(dāng)前研究熱點，結(jié)合我校教師的研究背景，初步確定出幾大熱門研究方向，如太陽能電池、光催化、燃料電池、鋰電池、量子點LED等。進而歸納整理出研究熱門的無機材料，如TiO2、石墨烯、CdSe、Fe2O3、ZnO、C3N4等。然后就這些材料的表征數(shù)據(jù)按照表征技術(shù)（XRD、SEM、TEM、XPS等）進行分類總結(jié)，建立無機材料實例表征數(shù)據(jù)庫。這不僅為教學(xué)提供了豐富的案例，也為學(xué)生今后繼續(xù)深造和從事材料研究、生產(chǎn)等提供了翔實的參考資料。但需要注意的是，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展必然會導(dǎo)致新材料的層出不窮，各種分析檢測技術(shù)的革新也是日新月異，這意味著實例表征數(shù)據(jù)庫需要及時更新，緊跟科技發(fā)展步伐?，F(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)達，各大儀器廠家新儀器、新技術(shù)的推陳出新都能在網(wǎng)上及時獲知，各大高校也都有TOP期刊的電子資源，這給我們及時更新數(shù)據(jù)庫提供了便利條件。

應(yīng)用這樣的實例不僅可以將研究前沿與表征技術(shù)緊密結(jié)合，突顯前沿性和實用性，使枯燥的知識變得易于接受，而且可以讓學(xué)生對無機材料當(dāng)前的研究動態(tài)有全面的了解。經(jīng)過調(diào)研，我校教師在這幾個領(lǐng)域均有深入研究，將專業(yè)教師的研究內(nèi)容納入實例中，不僅可以讓學(xué)生能夠根據(jù)自身的興趣來選擇合適的畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，還能激發(fā)他們踴躍參與大學(xué)生創(chuàng)新項目。筆者在教學(xué)中采用“實例系統(tǒng)化”后，最直接的感受是學(xué)生做畢業(yè)論文上手很快，對很多數(shù)據(jù)信手拈來，不需要再花費大量的時間查閱文獻，而且對數(shù)據(jù)的分析、實驗條件的優(yōu)化能力也得到顯著提高。

（三）引入專題討論課

本課程內(nèi)容多課時少，如果在課堂上給學(xué)生講解大量的案例是不現(xiàn)實的，而先進無機材料的種類又豐富多樣?；谶@種情況，我們引入了專題討論課。討論課是“教師和學(xué)生共同參與探尋知識的一種教學(xué)方法”，在很多課程的教學(xué)中都有成功案例。通過探索，我們總結(jié)出一種在《無機材料分析與測試》課程的教學(xué)過程中運用專題討論課的方法。其具體實施過程為：首先由教師擬定5～6個先進無機材料專題，該材料是教師在以往授課中未涉及到的。然后由學(xué)生依據(jù)自身興趣自主選擇或教師指定，就某一材料專題形成興趣小組。學(xué)生需要在國際權(quán)威科學(xué)雜志如《先進材料》、《美國化學(xué)會志》及《材料化學(xué)》上就所選“材料”查閱近年來發(fā)表的文獻，并精選出能夠體現(xiàn)該“材料”里程碑式的科學(xué)發(fā)現(xiàn)及涵蓋講授過的所有分析測試技術(shù)的文獻。文獻選定后，經(jīng)過整理、分析和討論，最終由每個小組推選一名報告人，就本專題以科研論文討論的形式讓學(xué)生課堂匯報，匯報重點為多種測試方法的綜合運用分析。匯報課由教師主持，學(xué)生代表依次上臺，以多媒體為輔助進行匯報陳述。在每一位學(xué)生的匯報結(jié)束后，教師給予點評，在肯定其優(yōu)點的同時指出不足。

雖然討論課會占據(jù)一部分課時，但是它的課程內(nèi)容遠遠比相應(yīng)課時教師講授課內(nèi)容多。而且它的實施不僅開拓了學(xué)生視野，培養(yǎng)了他們的自學(xué)能力、查閱文獻能力、表達能力，還進一步豐富了實例表征數(shù)據(jù)庫內(nèi)容。更為重要的是，學(xué)生通過文獻精讀，培養(yǎng)了科研思維，即如何通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)分析得出科學(xué)研究的結(jié)論，而小組討論的方式還能有助于學(xué)生之間溝通和協(xié)作能力的培養(yǎng)。與此同時，教師的教學(xué)能力也能得到進一步的鍛煉，因為在討論課上可能會出現(xiàn)突發(fā)狀況，比如學(xué)生不愿意發(fā)言，情緒失控以及專題的討論要點與教師之前的設(shè)想大相徑庭等，這會影響課堂教學(xué)效果。所以要想上好討論課，需要教師花費大量的時間與精力進行準(zhǔn)備，做好應(yīng)對各種突發(fā)情況的備用方案。

三、結(jié)束語

《無機材料分析與測試》是一門應(yīng)用性強的綜合性課程，在教學(xué)過程中采用“實例系統(tǒng)化”，突出前沿性和實用性的同時，還能顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并為他們的后續(xù)學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)各大高校及研究所均有材料類眾多專業(yè)期刊的電子資源，如此豐富的參考資料不僅能夠讓老師及學(xué)生及時了解無機材料前沿方向研究動態(tài)，也能提供翔實系統(tǒng)的表征數(shù)據(jù)?！皩嵗到y(tǒng)化”不僅可以在《無機材料分析與測試》課程中加以應(yīng)用，而且在凡是涉及到材料表征技術(shù)的相關(guān)課程中都可以實施，所以它的應(yīng)用前景是非常廣闊的。

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