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摘要：《材料分析测试技术》在材料类专业课程体系中具有重要地位。针对课程课时数少，理论深度高的问题，论文提出采用汇总知识要点，本科生导师制，采用科研或工业案例进行教学的教学理念。通过案例引入、技术原理、仪器介绍、测试结果分析、提纲汇总等教学步骤，将知识点的理论体系交叉导入课堂教学中，这将更有利于培养学生的专业研究兴趣，提高他们申报大学生创新创业计划项目的热情，是《材料分析测试技术》课程教学的一种有效手段。
关键词：材料分析测试技术；导师制；科研案例；教学理念
本文引用格式：李华英，等.基于工程应用能力培养的《材料分析测试技术》教学研究探索[J].教育现代化,2019,6(27):113-116.
一研究背景
材料分析测试技术是将材料的物相结构、成分特征、组织形貌和微观结构等与宏观物化性能联系的主要技术手段[1-5]，而随着材料科学的发展，各种纳米化、复合化等新材料不断涌现，先进材料分析测试技术已成为材料科学发展关键因素[2]。《材料分析测试技术》是高等院校材料类专业的一门应用型与技术性很强的课程，主要是为让学生掌握各类材料测试方法、分析方法、原理、仪器构造等，该课程为多学科知识的融合，内容丰富、适用性强。该课程具有知识点分散、概念抽象等特点[1,2]。一般院校学生的知识基础和理解能力相对薄弱，对抽象概念和理论性强的知识接受相对缓慢，加之一般院校实验条件差，与课程相应的材料分析测试仪器设备少，易造成部分学生学习兴趣低、学习效果差的问题，难以将课堂理论学习与工业实践相结合的教学效果问题。
诸多研究者针对该问题对该课程从多角度进行了教学研究。马红萍[1]给出了采用“大班上课小班研讨”与网络平台讨论与答疑相辅助、课堂教学与实验教学相促进、教学标准化建设综合提升的教学改革与课程建设建议。王现英[2]提出模块化、场景化和虚拟仪器教学软件与多媒体动画辅助等教学手段。曲明贵等[3]提出借鉴其他院校经验与结合自身优势通过建设精品课程来提升课程教学效果的宏观理念。高俊珊等[4]针对课程内容庞杂、课时少等问题，提出在教学中应突出重点、多元化方法、注重信息反馈等观点。江鸿杰等[5]根据金属材料专业的特点从教学方法、内容和考核手段等方面对课程进行了改革。吕春菊等[6]指出密切关注材料测试技术发展前沿，不断优化和更新教学内容并将课程教学中理论性较强的内容通过分析实例进行说明，在教学中还应该将真实实验和虚拟实验相结合提升学生对知识的认知度。房彩虹[7]指出授课教师在本职工作上应做到“有识、有心、有术”，善于利用适合本课程的教育教学手段，采用多媒体教育与实验教学相结合的方式提高教学质量。廉冀琼等[8]在教学内容上补充了分析软件，方法上引入动画演示，实践上进行开放实验，考核上综合了理论与实践能力等因素，并取得了良好的教学效果。秦国强等[9]针对学生课程知识应用于实践的能力偏低问题，提出突出专业特色、改革考核方式，专业导师制等教改方案。胡艳华等[10]将教师科研案例引入课程授课中建立一种与科研相结合的课堂教学模式。刘小娟等[11]针对多数教材侧重介绍仪器结构和工作原理而应用实例偏少的特征，结合应用型本科院校的特点，提出在课堂讲授应形象生动便于学生接受理解。综上文献可知，诸多学者针对《材料分析测试技术》的课程改革主要包括讲授内容、知识构架、教学教法、考核体系、实践教学等方面进行探究，而针对具体某一知识点或某一课堂的教学实践相对研究较少。
本文在总结《材料分析测试技术》知识体系构架的同时，强调在专业学习时实行本科导师制，让本科生接触科研案例或工业实践，进而采用案例化的教学理念设计，将X射线衍射（XRD）材料分析测试技术作为一个知识点，对该知识点的课堂教学进行设计，实现学生在理轮与实践交融中学习相关知识，达到理解理论并能实践应用的目的。
二《材料分析测试技术》的知识构架体系
王现英和廉冀琼等[2,8]将《材料分析测试技术》的知识体系归纳为四个方面：（1）显微组织形貌分析，主要包括光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、投射电镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）等；（2）晶体结构分析，主要包括X射线衍射仪（XRD）、电子衍射（AED）、拉曼光谱（Raman Spectra）和红外光谱（Infrared Spectra）等；（3）物化性能分析，主要包括光、电、热、磁、力等材料学性能分析；（4）元素成分分析，主要包括X射线能谱分析（XPS）、能谱（EDS）、原子荧光光谱（AFS）、俄歇电子能谱（AES）、波谱仪（Wave Spectra）等。根据以上四个方面的知识构架体系，改变传统章节式的教学方式[2]，在教学讲授过程中可以使学生容易地接受相关知识内容，实践中根据需要较为便捷地选择需要测试的手段与防范。而以上四个方面的知识体系，为较为笼统的大致分类，具体到某一个部分又可根据不同的分类方式进行细化，例如材料显微组织分析中，可根据各种测试手段分辨率高低的特性[12]，将各种微观形貌观察技术按照分析尺度进行划分，如图1所示。根据需要测试显微的类别，在图中可方便地选择需要使用的测试方法或分析仪器。
因此，《材料分析测试技术》四个方面的知识体系，均可以根据一定的标准，仪器分辨率、测试精度等，对其进行详细的划分与解读，在教学讲授过程中让学生直观的了解知识体系及其相关技术的选用准则。
三专业导师制引入本科教学
有学者[10]提出教学过程中将教师科研案例引入课程授课中，建立一种与科研相结合的课堂教学模式。而在实际教学过程中存在一定的难度，重点在于学生普遍不了解教师的科研内容，对科研项目或研究内容要求等不清楚。同时学生对相关工业生产实践中的材料测试分析标准要求也不掌握，因此工业实例及引入科研案例等起到的效果有时也并不理想。针对该问题，秦国强等[9]针对学生课程知识应用于实践的能力偏低问题，提出专业导师制的改革方案。在学生进入专业课学习阶段，让学生根据自己的兴趣和各个院系专业教师的学术科研情况选择自己的专业导师，一方面可以使学生接触教师本专业科研案例，有利于相关课程的学习与把控，将学习的理论知识应用于科研或工业实践，另一方面可以让学生在毕业设计或研究生升学时延续专业学习时接触到的科研课题。通过专业导师制的引入，可使学生了解导师科研项目或研究内容要求，对相关工业生产实践中的材料测试分析标准要求也能得到掌握。通过导师制，在《材料分析测试技术》教学中可使学生对相关知识内容的掌握及工业应用能力的培养方面得到很大的提升。
四 以X射线衍射为例的案例化的穿插教学设计理念
激光熔覆技术是一种新型的工件表面改性与修复技术，该技术可使熔覆材料熔于基体表面与之实现冶金结合的具有良好综合力学特性的复合涂层，进而提升基体材料的耐磨性、耐腐蚀性、耐热和抗氧化性等，因此该技术在工业领域有着广泛应用。激光熔覆过程中会产生复杂的理化变化，进而产生亚稳定的过饱和固溶体和复杂增强相，导致熔覆层物相组成非常复杂，因此利用XRD对激光熔覆的物相分析作为典型案例进行讲解具有一定的代表性。熔覆材料为在Ti、Al、B4C，稀土氧化物Y2O3，熔覆材料置于钛合金Ti6Al4V表面，制备预涂覆层[13]。
首先，引入原子为有序排布的晶体的概念。而激光熔覆层将产生固溶体和增强相，加之基体金属均为晶体。1895年德国科学家伦琴发现了X射线；1912年德国科学家劳厄发现X射线在晶体中的衍射现象；1912年英国科学家Bragg父子利用X射线衍射测定了NaCl晶体的结构，开创了X射线晶体结构分析的历史。
其次，通过相关影像或实验设备讲述XRD测试材料相关特性的原理和仪器。通过相关原理的介绍，可知XDR可以研究分析材料的元素成分、晶体结构、残余应力和组织含量等。
再次，通过实验仪器进行XRD测试，测试所得数据用Jade软件进行相关物相分析。多数教材中介绍的峰位标定过程是针对单相，且无择优取向，无残余应力。而实际标定中多数材料为多晶体材料，存在择优取向和残余应力。因此要标定材料的衍射图谱，首先应根据材料组分确定可能的物相；其次查阅物相对应的JCPDF卡片[13]，对照卡片数据标定物相，如图3所示。而随着计算机技术的发展，采用单一的JCPDF卡片对照进行物相标定已经较为少见，现在多用Jade软件对衍射图谱的物相进行标定，因此应向学生讲述Jade软件的使用方法。
按照以上介绍的分析流程，根据XRD测试材料相关特性的原理，分别计算该衍射图谱所能计算得到晶体结构、残余应力和物相组织含量。
最后，对XRD衍射图谱的特征进行总结。分别从衍射峰的位置、强度、峰宽、峰形和背底等方面对课堂内容进行总结，如图3所示，让学生对课堂所学知识有整体的了解，为以后的科研或工程应用提供参考。
五结束语
《材料分析测试技术》的知识体系归纳为显微组织形貌分析、晶体结构分析、物化性能分析、元素成分分析四个方面。学生普遍不了解教师的科研内容，存在对科研项目或工业生产实践等不清楚的问题，导致工业或科研的案例分析所起到的教学效果有时也并不理想，而通过专业导师制的引入，可将学生带入到导师的科研项目中，进而对相关工业生产实践中的材料测试分析标准要求得以掌握。
在课堂教学过程中，应以科研或工业案例为先导，通过案例分析引入相关测试技术，进而介绍测试原理及仪器设备。而后根据引入案例的技术应用，对测试结果进行分析研究，依据测试原理对案例进行分析解读，最后对知识点进行总结。通过导师制和科研工业案例分析的教学分析教学理念，可使学生在学习相关技术理论的同时，参与导师的科研课题，有利于培养学生的专业研究兴趣，提高他们申报大学生创新创业计划项目的热情，应该是《材料分析测试技术》课程教学的一种有效手段。
参考文献
[1]马红萍.“材料现代研究方法”应用式教学探索与实践[J].中国质量与标准导报,2018,(11):65-67.
[2]王现英.《现代材料分析方法》课程教学改革探索与研究[J].教育教学论坛,2013,(20):65-66.
[3]曲明贵,张静武.“材料现代分析测试方法”精品课程建设实践[J].教育与教学研究,2010,24(1):96-98.
[4]高俊珊,丁国新.《材料现代分析测试方法》课程教学的改革初探[J].广州化工,2013,41(14):210-211.
[5]江鸿杰,李义兵,刘崇宇,等.《材料现代分析方法》课程教学建设与改革[J].广州化工2018,45(02):198+207.
[6]吕春菊,舒康颖,司平占,等.《材料现代研究方法》课程建设与教学实践[J].科技信息,2011,(16):109.
[7]房彩虹.《现代材料分析测试方法》教学探讨与思考[J].教育与教学研究,2016,44(1):215-216.
[8]廉冀琼,陈莹,谢安.《现代材料分析方法》课程教学改革的探索与实践[J].教育现代化,2017,4(46):45-46.
[9]秦国强,付华,司华燕,等.材料现代分析方法课堂教学改革探析[J].当代教育理论与实践,2016,8(9):50-52.
[10]胡艳华,郭锋,陈宝东,等.建立与科研课题相结合的材料现代分析方法课程教学新模式[J].中国现代教育装备,2016,(3):68-70.
[11]刘小娟,吴锋景.应用型本科院校《材料现代分析测试方法》教学改革的探索[J].广东化工,2018,45(19):164-165.
[12]陈文哲.材料现代分析方法和新材料技术的发展[J].理化检验-物理分册,2002,(11):466-472.
[13]李军,王慧萍,刘延辉,等.提升“材料现代分析技术”课程知识综合运用能力的实践探索——以XRD分析方法为例[J].大学教育,2014,(12):105-108.
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