于占軍，李明玉，袁慶新，衛(wèi)萌，曾凡光，崔節(jié)虎

（鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 材料學(xué)院，河南鄭州 450046）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，材料在日常生活、國防建設(shè)及科學(xué)研究中的地位日趨重要，人們對材料組成、微觀結(jié)構(gòu)與性能之間的構(gòu)效關(guān)系越來越關(guān)注。材料測試技術(shù)是主要介紹用于材料表征的各種儀器分析的基本原理、試驗方法及應(yīng)用的一門課程，是材料類本科生的專業(yè)核心課程之一[1-2]。該課程具有多學(xué)科知識的交叉性和技術(shù)的實用性，能為學(xué)生將來讀研及工作奠定良好的基礎(chǔ)。材料測試技術(shù)課程的教學(xué)目標是學(xué)生通過學(xué)習(xí)X 射線衍射分析、光譜分析（例如激光拉曼、紫外可見、紅外、核磁共振、熒光等光譜）和各種電子顯微鏡等的儀器原理、 測試過程及采樣數(shù)據(jù)處理方法，能夠根據(jù)材料特點及表征目的，選擇正確的材料分析研究方法，對材料的微觀本征信息進行表征，為揭示材料結(jié)構(gòu)與性能之間的構(gòu)效關(guān)系提供有力證據(jù)[3]。但該課程涉及的表征儀器多，儀器原理及測試方法理論性強，教學(xué)內(nèi)容難度大，導(dǎo)致部分學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大。

微課是圍繞教材中的某個重點、難點或疑點等知識點進行講解的教學(xué)短視頻，具有目標明確、層次清晰、語言簡練、內(nèi)容翔實和效果較好等特點[4-5]。其以網(wǎng)絡(luò)為平臺，學(xué)生可利用手機、電腦或PAD 隨時隨地學(xué)習(xí)，突破了時間與地點的限制，操作簡單方便，適合網(wǎng)絡(luò)時代大學(xué)生的生活與學(xué)習(xí)[6-8]。此外，通過微課視頻，學(xué)生課前可結(jié)合教材對理論和實踐內(nèi)容進行預(yù)習(xí)，對預(yù)習(xí)中的疑難點通過課堂聽講或與同學(xué)、任課教師討論得以解決；課后可對重要知識點進行鞏固和拓展，課前與課后反復(fù)學(xué)習(xí)的方式可使學(xué)生牢固掌握課程的核心內(nèi)容。微課不但改變了單一的傳統(tǒng)教學(xué)模式，為學(xué)生獨立自主學(xué)習(xí)提供了條件，而且提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果[9-12]。

鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院是一所具有航空航天特色的綜合性大學(xué)，將學(xué)校的航空特色、微課和材料測試技術(shù)課程教學(xué)有機融合，緊密聯(lián)系航空航天現(xiàn)代化工業(yè)及科技發(fā)展的實際需求，體現(xiàn)材料測試與航空工業(yè)技術(shù)之間的橋梁作用，是課程思政貫穿材料測試技術(shù)教學(xué)過程的具體體現(xiàn)。本文初步探索在材料測試技術(shù)教學(xué)過程中結(jié)合航空特色微課使學(xué)生加強對基本理論的掌握，使專業(yè)教學(xué)和思想政治教育同向同行，實現(xiàn)育人和育才相統(tǒng)一[13-14]，并激發(fā)學(xué)生對材料測試技術(shù)學(xué)習(xí)的興趣和積極性，提升教學(xué)質(zhì)量。

1 材料測試技術(shù)教學(xué)存在的問題

1.1 學(xué)情分析

鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院材料成型及控制專業(yè)、材料科學(xué)與工程專業(yè)、應(yīng)用物理學(xué)及功能材料專業(yè)學(xué)生均需要學(xué)習(xí)材料測試技術(shù)課程，每屆學(xué)生約300 人。根據(jù)材料測試技術(shù)課程性質(zhì)，一般安排在其他基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)后的大三開設(shè)，分為理論與實踐兩個部分。依據(jù)每學(xué)年的期末考試統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)每學(xué)年需補考或重修的學(xué)生占該課程學(xué)習(xí)總?cè)藬?shù)的9%左右。經(jīng)過與這些學(xué)生深入交流了解到，他們認為該課程知識面廣、內(nèi)容分散、基礎(chǔ)理論和物理概念多、應(yīng)用性強、難懂。另外，部分學(xué)生未養(yǎng)成課前預(yù)習(xí)與課后復(fù)習(xí)的良好習(xí)慣，導(dǎo)致課堂學(xué)習(xí)效果不理想。

1.2 教學(xué)存在的問題

（1）教學(xué)內(nèi)容瑣碎，理論知識深奧。材料測試技術(shù)理論課是以材料、物理、化學(xué)、電子、光學(xué)等為基礎(chǔ)的交叉學(xué)科，課程內(nèi)容包括諸多儀器分析方法，且每章內(nèi)容又可細分為較多的材料研究方法，每種儀器的概念和測試原理方法多，重要知識點既抽象深奧又零碎易混淆。多數(shù)學(xué)生難以完全理解課程的重要知識點。部分學(xué)生由于對材料測試技術(shù)原理的本質(zhì)不理解，導(dǎo)致難以選擇合適的測試技術(shù)進行材料的研究。（2）教學(xué)內(nèi)容陳舊，未與時俱進。隨著科技的快速發(fā)展，新型材料的出現(xiàn)，對新的材料表征手段的需求增加，新測試儀器或舊儀器升級改造后的新測試原理和方法不斷出現(xiàn)，各種儀器更新?lián)Q代較快，而目前大部分教材仍保持幾年才更新一次，甚至內(nèi)容只有小改動，難以體現(xiàn)現(xiàn)代測試技術(shù)的最新研究成果。例如，大部分教材在敘述不同儀器的測試原理及測試過程時舉的例子仍然是傳統(tǒng)材料的組成結(jié)構(gòu)形貌圖，且課后練習(xí)題多數(shù)是關(guān)于原理的，缺乏與現(xiàn)代材料工程結(jié)合的實際案例，很難激發(fā)學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣。（3）教學(xué)內(nèi)容多，課時少，育人效果不佳。隨著國家對學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)要求的不斷提高，學(xué)生學(xué)習(xí)的課程數(shù)目增多，該課程卻由原來的48 學(xué)時縮至32 學(xué)時，理論課只有28 學(xué)時。教師需在較短時間內(nèi)完成較多理論教學(xué)任務(wù)，多以知識講授為主，較少與學(xué)生互動，導(dǎo)致學(xué)生對深層次的原理難以理解。同時，教師講課期間很難有時間融入課程思政。（4）教學(xué)內(nèi)容理論與實踐分離，教學(xué)效果不佳。 學(xué)校一般先進行測試技術(shù)理論課的講授，后進行實驗實踐課。學(xué)生在短時間內(nèi)學(xué)習(xí)較多理論知識，難以理解儀器的工作原理且印象不深刻。理論課結(jié)束進行實踐課時，部分學(xué)生已忘記相關(guān)理論知識，只能按照儀器說明書操作。實踐課只有4 學(xué)時，學(xué)生對大部分儀器只是參觀，沒有機會實際動手操作。

2 航空特色微課在材料測試技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用探索

2.1 航空特色材料測試技術(shù)微課設(shè)計

在微課內(nèi)容與課件設(shè)計方面，教師要從材料測試技術(shù)課程的航空航天特色內(nèi)容和特征出發(fā)，將抽象性和理論性較強的內(nèi)容形象化和生動化，并將課程的內(nèi)容進一步精煉、細化和分解。在內(nèi)容細分過程中，教師要基于學(xué)生已掌握的知識，注意內(nèi)容結(jié)構(gòu)的完整和清晰，確定每一小部分的教學(xué)目標、重點和難點。一般情況下，高校材料測試技術(shù)的授課任務(wù)通常由一個教學(xué)團隊擔任，各授課教師擅長不同材料、不同學(xué)科的研究工作，有各自的科研領(lǐng)域，因而，各模塊知識點的航空特色微課可以由不同教師分別講授，取各家之長。

例如，緒論部分可從材料測試技術(shù)組織形貌分析、物相分析、成分價鍵分析、分子結(jié)構(gòu)分析進行分類設(shè)計和制作微課。在選擇微課素材時，教師可以從航空材料所需的微觀組織、結(jié)構(gòu)、形貌表征出發(fā)，引入當前的發(fā)展特點及現(xiàn)狀，讓學(xué)生了解我國航空航天在現(xiàn)代化建設(shè)中的重要作用。教師可介紹長征運載火箭、天宮空間站、神州載人飛船、天舟貨運飛船、天問探測器、嫦娥探月工程等航空航天工程的成功實施，展現(xiàn)我國航空航天科技及綜合國力的增強，這些都離不開航空航天工作者的不懈努力和辛勤工作。教師還可以向?qū)W生介紹我國航空發(fā)動機材料在世界上的地位，以及與發(fā)達國家航空發(fā)動機的差距。通過緒論的講解，使學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識的同時增強文化自信和民族自豪感，厚植愛國情懷，激發(fā)為航空航天事業(yè)科技創(chuàng)新的動力及航空報國熱情，樹立遠大的理想，使課程思政達到價值引領(lǐng)的效果。

2.2 航空特色微課在材料測試技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用舉例

2.2.1 利用航空航天實例，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)動力

教師可采用航空航天材料中的一些典型案例激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力以及對材料測試技術(shù)課程的學(xué)習(xí)興趣。無論是航空航天器上的螺絲釘材料，還是機身、機翼、尾翼等大部件材料，在研發(fā)航空部件時，均需要材料測試儀器作為輔助，讓學(xué)生意識到材料測試技術(shù)在航空領(lǐng)域及國家重大科技領(lǐng)域發(fā)展過程中的重要作用。例如，在學(xué)生預(yù)習(xí)掃描電鏡章節(jié)時，教師可提前通過微課向?qū)W生展示生活中及航天航空領(lǐng)域的各種輕合金及超高強度鋼的有趣案例，以此導(dǎo)入航天航空中用的鋁合金、鎂合金、鈦合金及超高強度鋼；采用視頻結(jié)合圖片的形式講解鈦合金的掃描電鏡表征的原理及操作過程時，可以引入我國航空鈦合金奠基人顏鳴皋院士的事跡圖片，介紹其在艱苦的環(huán)境下嚴謹?shù)目蒲凶黠L(fēng)和吃苦耐勞的精神，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷、科學(xué)精神；教師還可以圖片和文字的形式呈現(xiàn)激光鈦合金增材制造專家王明華院士的事跡，讓學(xué)生了解3D 打印鈦合金最新工藝技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用以及對科技進步的重要意義，激發(fā)學(xué)生科技創(chuàng)新；在舉例航空鋁合金電鏡表征時，教師可以引入大國工匠毛臘生的事跡，培養(yǎng)學(xué)生要干一行、愛一行、專一行、精一行的職業(yè)操守觀。通過一系列航空航天的應(yīng)用實例，啟發(fā)學(xué)生深入思考，讓學(xué)生了解材料測試技術(shù)在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用及在國家科技發(fā)展過程中的意義，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。

2.2.2 測試原理航空特色微課形象化，增強實踐基礎(chǔ)

材料測試技術(shù)課程涉及的測試方法有X 射線衍射分析、光譜分析、熱分析及各種電子顯微鏡等。能夠理解和熟練掌握每種測試技術(shù)所涉及的測試工作原理和分析過程是學(xué)習(xí)材料測試技術(shù)的關(guān)鍵，但是這些原理各不相同，理論性強，且枯燥易混淆，簡單地以語言進行講解，學(xué)生很難理解。若是制作微課，在講解儀器測試原理時，依據(jù)講解步驟配以對應(yīng)的動畫演示，能夠使學(xué)生清晰觀察到儀器各部件的作用及詳細動作過程，加強對各種材料測試儀器工作原理的理解和掌握，這些動畫演示可以通過動畫軟件制作或網(wǎng)絡(luò)優(yōu)質(zhì)課資源整合獲得。例如，X 射線衍射分析是將特定波長的X 射線照射到晶體材料上，該射線因材料內(nèi)具有規(guī)則排列的原子或離子而發(fā)生散射，使X 射線在某些特定方向的相位加強，進而獲得與該測試材料晶體結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的衍射圖譜。對于該原理過程，單純的語言講解過于抽象，學(xué)生很難真正理解，以微課配合具體測試實例動畫進行講解，則學(xué)生能直觀觀察其原理。實例表征航空航天用高溫金屬結(jié)構(gòu)材料的XRD 的測試過程，通過視頻或動畫講解測試過程，引入師昌緒院士的先進事跡，他解決了一系列技術(shù)難題，使我國航空發(fā)動機渦輪葉片由鍛造到鑄造、由實心到空心，并引領(lǐng)和推動了我國多個材料學(xué)科的發(fā)展，在我國的科技戰(zhàn)略發(fā)展中作出了巨大的貢獻；通過動畫或視頻展示測試原理和過程使學(xué)生更容易掌握儀器工作原理及分析方法，增強實踐基礎(chǔ)，并引入航空航天典型事例，對學(xué)生的價值引領(lǐng)及科學(xué)精神起到潤物無聲的作用。

2.2.3 航空特色微課輔助實驗，增加實踐能力

制作材料測試技術(shù)實驗微課能夠使學(xué)生更好地理解測試原理的本質(zhì)、儀器結(jié)構(gòu)、測試方法及過程，數(shù)據(jù)處理及討論等環(huán)節(jié)，以及每種測試技術(shù)在測試過程中的注意事項。由于測試技術(shù)實驗涉及的都是大型儀器，一旦損壞，不僅維修費用較高，而且也會耽誤教師和研究生的科研測試。實驗課的學(xué)生相對較多，難以保證每位學(xué)生都能在離儀器很近的地方觀看教師操作。在材料測試技術(shù)實驗前錄制微課，記錄大型儀器的操作步驟，配合講解，插入啟發(fā)式教學(xué)并設(shè)置問題，能夠使學(xué)生加深對理論知識的理解和記憶，可以降低大型儀器的損壞概率。對于各種儀器的測試原始數(shù)據(jù)的處理，教師可將常用的材料研究方法處理數(shù)據(jù)軟件的數(shù)據(jù)處理詳細過程錄制成短視頻，通過微課的形式發(fā)送給學(xué)生進行預(yù)習(xí)，減少實驗中錯誤的出現(xiàn)，并解決離儀器較遠的學(xué)生看不到操作細節(jié)的問題，也解決了實驗步驟較多、數(shù)據(jù)處理過程煩瑣，部分學(xué)生容易忘記等問題，學(xué)生可以通過微課視頻熟悉每個操作步驟。通過課堂演示與微課預(yù)習(xí)可使學(xué)生加深對實驗課理論原理與操作的理解，提高實驗的成功率。例如，教師在講解透射電鏡時，以具體C/C復(fù)合材料表征為例，透射電鏡儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，原理和操作復(fù)雜，通過微課的展示，學(xué)生很容易理解；同時引入我國航空C/C 復(fù)合材料開創(chuàng)者和奠基人黃伯云院士的事跡，其堅忍不拔的科研精神會對學(xué)生起到很好的教育作用。通過航空特色微課使學(xué)生學(xué)會了每種儀器從原理、測試到數(shù)據(jù)處理分析的完整流程，增強了實踐能力，潛移默化地使學(xué)生建立科研報國的理想信念。

3 結(jié)束語

綜上所述，將航空特色微課與材料測試技術(shù)傳統(tǒng)課堂有機融合，能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣和積極性，加深對所學(xué)儀器的測試原理、測試過程及采樣數(shù)據(jù)分析處理的理解，提升學(xué)生使用各種材料測試儀器的綜合能力，提高材料測試技術(shù)課程的教學(xué)效果。教師在講授理論知識的同時，融入航空特色思政元素，使專業(yè)知識講解和思政元素深度融合、貫穿始終，培養(yǎng)學(xué)生家國情懷、責(zé)任擔當、愛崗敬業(yè)、堅韌不拔、銳意創(chuàng)新精神。航空特色微課在材料測試技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用與實踐達到了育人育才相統(tǒng)一，既使學(xué)生學(xué)會了知識，掌握了材料測試技術(shù)，也使學(xué)生堅定了將所學(xué)專業(yè)技術(shù)用于國家建設(shè)的決心和信念。