“材料现代研究方法”研究生课程教学改革的探索

陈志彦 梁益梦2 刘 元

(1.中南林业科技大学材料科学与工程学院，长沙 410004；2.长沙民政职业技术学院保卫部，长沙 410004)

在第33次国务院学位委员会会议上，时任国务院副总理、国务院学位委员会主任委员刘延东提出，对学位与研究生教育要以立德树人为根本、人才培养为核心，充分体现课程教学主要作用。课程教学是保障研究生培养质量的重要一环，在研究生培养过程中具有基础性、综合性和全局性的地位。而要保障课程教学效果，高质量的课程建设是核心、基础，是激发研究生学习兴趣、培育独立思考能力和批判性思维、全面提升创新能力和发展能力的重要支撑[1]。

新材料产业作为“中国制造2025”重点发展十大领域和我国七大战略性新兴产业之一，自2010年以来每年增速保持在25%左右[2]。为适应材料产业发展需要、服务区域经济建设、培养高层次材料学科人才，中南林业科技大学成功获批了材料科学与工程一级学科硕士点。

随着新材料研究逐渐趋向于纳米化、智能化、复合化和功能化方向发展，使得分析对象发生巨大转变，现代测试分析技术已经从原来的成分检测、一般结构分析，发展到了从微观、亚微观甚至纳米层次上寻求材料结构与功能之间的内在联系，探索物质原子、分子间微观领域相互作用的规律[3]。材料研究人员越来越依赖高端测试技术。对新时代材料科学与工程学科的高层次人才来说，掌握现代材料研究方法的科学原理与运用，对其科研素养的锤炼起到至关重要的作用。

“材料现代研究方法”研究生课程通过对各种分析仪器的工作原理、主要结构和应用领域的介绍，以及待测样品的制作技术、实验结果处理及分析的详解，使学生掌握材料表征分析的基本方法、原理，明确材料组成结构和性能之间的内在关联，深入剖析其化学物理变化过程的机制，从而逐步形成较为完整的材料科学知识体系，为研究生毕业继续从事科学研究和技术工作打下良好的基础。

一、“材料现代研究方法”研究生课程的特点

(一)课程内容涉及的知识面广且更新速度快

“材料现代研究方法”研究生课程教学内容涉及不同仪器的重要结构、运作原理、测试方法和分析技巧等。如果研究生希望全面掌握材料的结构和性能，就必须学习化学、物理学、波谱学、电磁学、计算机等方面的基本知识，致使该课程教学内容涉及的知识面广。另外，伴随着现代科学技术的迅猛发展，测试仪器和研究方法不断推陈出新，需要高校教师不断、及时跟踪和掌握材料学科发展最前沿知识及新的测试理论和方法。

(二)课程知识点的连贯性较差，难以掌握和记忆

目前，大多数“材料现代研究方法”研究生课程教材常常是将一种表征方法或者测试技术手段作为一个章(节)，致使各章(节)之间内容相对独立、知识点零碎、连贯性不强，不利于学生连续记忆和掌握。

(三)课程内容具有较强的应用性和实践性

“材料现代研究方法”是一门理论与实践结合紧密的课程。该课程以测试基本理论为基础，重点让学生掌握测试过程和方法，从而使学生掌握相关谱图和数据的分析、处理过程和方法，为今后从事科学研究工作奠定坚实的基础。

二、“材料现代研究方法”研究生课程教学面临的问题

(一)教材没有突出重点内容且更新速度缓慢

目前，研究生所使用的“材料现代研究方法”课程教材在内容的编排上大同小异，知识相对较为陈旧，缺乏新颖性，无法跟上材料学科迅速发展的时代脚步[4]。其缺点是对红外光谱仪、紫外光谱仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和热分析仪等常见测试仪器的使用方法介绍多，对新型测试仪器与分析方法的介绍欠缺；对分析仪器的结构和运行原理讲解的多，对测试样品的制作技术和测试结果的分析讨论涉及的少；对计算机相关软件、数据处理系统的阐述少甚至没有。

(二)教学方法有待完善

目前，在“材料现代研究方法”课程教学过程中，多数教师课上仍采用“填鸭式满堂灌”的传统教学模式，不是以学生为主体开展互动、讨论式的教学活动，致使研究生的学习积极性不能有效地调动起来。另外，高校教师授课普遍采用多媒体与少量板书相结合的教学形式，虽然现代多媒体使枯燥乏味的理论知识学习在很大程度上更为形象生动，但是文字或平面图依然是大多数多媒体课件的主要内容，有关仪器设备操作方法及测试结果分析讨论的动画及视频较少，不易于学生理解和掌握该课程的知识，因而难以激发研究生的学习兴趣和学习热情。

(三)实践教学内容偏少

“材料现代研究方法”是一门需要研究生深入实践的必修课程。因此，任课教师除了要在课堂上系统讲解仪器的主体结构和测试原理外，还需带领研究生进入仪器室进行动手实践操作。这样不仅可以使学生深刻理解、掌握课堂上所学知识，而且还能够锻炼、提高学生动手能力和分析、解决问题的能力。目前，大型精密仪器价格昂贵、台数少，操作技术要求高，维修成本高，因此负责大型精密仪器的教师很少让研究生亲自动手操作仪器，只让他们观看教师的演示，致使研究生动手能力得不到锻炼，严重影响研究生的学习兴趣和课程教学效果。

三、“材料现代研究方法”研究生课程教学改革的措施

(一)加强教师队伍建设

近年来，中南林业科技大学提出了“人才强校”战略，加强了师资队伍“四化”工程(博士化、年轻化、国际化、实践化)建设。一方面，非常注重优秀特殊人才和尖端技能型人才的引进。截至2018年，中南林业科技大学专任教师中取得博士学位的教师超过40%，具有海外学习和研修经历的教师达到25%。另一方面，中南林业科技大学非常注重师资队伍的建设，积极推进国内外教学交流活动，出台了多项政策，鼓励中青年教师出国攻读学位、交流或进修[5]。另外，中南林业科技大学研究生课程教学一般采取“一人主讲，一人替补”或者“两人分担”的模式开展教学活动。针对“材料现代研究方法”课程教学，“材料现代研究方法”课程组建立了教学团队的授课模式。教学团队成员主要由研究生教学指导经验丰富、学术造诣深、科研能力强的教师组成，并大胆启用刚引进的“一类博士”担任该课程主讲教师，各章节内容要选择那些经常被运用的内容，由对知识非常熟悉的教师进行讲解。同时，该课程教学团队还聘请3～5名实践经验非常丰富的实验教师负责实验部分内容的讲解。高水平师资队伍为该课程教学提供了丰富的力量源泉。

(二)力求教学内容“新”和“深”

随着现代科学技术的飞速发展，愈来愈多的材料研究方法不断涌现，新的表征手段层出不穷，这就迫使“材料现代研究方法”课程教师要与时俱进更新教学内容，不断把分析测试科学技术中的新方法、新内容引入到该课程的研究生教学中，力求教学内容“新”和“深”。“材料现代研究方法”课程仅有32课时，涉及教学内容很多。因此，在该课程教学内容的选择上教师必须有所取舍，尽量避免重复内容，要因材施教，在“新”“深”上下功夫。“新”指新的测试方法、新技术、新理论；“深”指分析测试方法的实用性和综合性，侧重研究数据的系统分析和计算机相关软件的使用，少讲基本原理。比如，在教学内容上多选择像X-射线光电子能谱(XPS)等前沿而常用的研究方法。为了突出课程的实用性和深度，在讲述X-射线光电子能谱(XPS)时，侧重介绍如何运用计算机分析软件对样品组成元素的窄扫描谱进行曲线拟合，进而深入分析元素价态的组成及其演变规律。

(三)采用以学生为主体的讨论互动式教学方法

“材料现代研究方法”是一门实践性、综合性很强的课程，因此就要采用以学生为主体的讨论互动式教学方法开展教学活动。比如，在“材料现代研究方法”课上，教师首先将部分相对简单的内容提前布置给学生；然后将学生分组，3～5人一组，让学生以小组为单位课下查阅相关文献资料，开展小组自主学习；接下来每组选出一名代表在课上讲解自己自学的内容，其他学生互问互答，开展问题讨论；最后教师讲解点评学生的讲解，并对共性问题进行有针对性的解答。

(四)采用多维化的课程考核方式

“材料现代研究方法”是一门理论性、实验性和应用性相融合的课程，因此笔者改变了过去只进行理论知识考试的单一考核方式，采用多维化的课程考核方式，对研究生进行全方位的考核。考核内容包括研究生的课堂表现、实验操作测试及实际数据分析处理等，着力考核研究生的综合科研素养。改革后，该课程的总成绩构成为：学生自评占20%(其中，出勤情况占10%，课堂表现占10%)，实验教师评分占30%(其中，学生的操作测试情况占15%，实际科研数据分析占15%)，期末考试成绩占50%。

四、“材料现代研究方法”研究生课程教学改革的效果

笔者采用问卷调研法，对“材料现代研究方法”研究生课程改革的效果进行了问卷调查，可以看出，“材料现代研究方法”课程改革取得了如下教学效果。

(一)提高了研究生课程学习的积极性

材料科学与工程专业所录取的研究生，本科阶段90%以上学习过材料科学与工程、化学工程与技术等专业。他们在本科生阶段都学习过“仪器分析”“材料结构表征”等课程，因此在学习“材料现代研究方法”课程时有一种“似曾相识”的感觉，导致有的研究生认为是重复开设，因而学习的积极性不高。通过授课内容、教学方法和考核方式等改革后，学生普遍反映，“教师的授课方式别具一格，上课不再感到枯燥乏味、不再是负担而是一种享受”“分析与讨论是一种好的授课方式，逼迫自己课前用心准备、课后好好消化”；还有的学生“很享受自己亲自动手测试完成实验，以及分析数据解决问题的过程，学习该课程成就感强、幸福指数高”。

(二)提高了课程教学效果和研究生的科研素养

“材料现代研究方法”课程考核实行多维化评价体系后，学生的课堂表现、出勤情况、课后作业完成情况、动手操作和数据分析能力等成绩与期末考试成绩一样被计入“材料现代研究方法”课程的总成绩中，这不仅使学生在整个学习过程中专心致志、丝毫不敢懈怠，而且使得整个教学效果显著。期末理论考试成绩与教改之前相比提高了15%左右；实践教学方面，教师在非常有限的课时内尽可能地多开设实践课程，让学生有更多的动手操作机会和数据分析训练，学生的实际动手操作能力和数据综合分析能力有了明显的提高，科研素养明显增强，科研成绩非常突出。如2018届硕士研究生吴宜尚、王启晨和宋垚分别以第一作者身份在《Nature communications》(影响因子 12.353)、《ACS Energy Letters》(影响因子12.277)及《Angewandte Chemie》(影响因子12.102)刊物上发表高水平研究论文各一篇。

总之，“材料现代研究方法”课程的教学改革是一项长期而艰巨的任务，在改革进程中需要教师团队和研究生的共同努力，以及学校、学院的鼎力支持。只有与时俱进地更新“材料现代研究方法”课程教学内容，推进以“研究生为教学主体”的教学模式改革，才能实现研究生的综合科研素养的提升。

资助项目：湖南省2014年教育科学规划课题——“木材学”课程研究性教学改革探索与实践，项目编号XJK014AGD019；湖南省教育厅2015年普通高等学校教学改革研究项目“林业院校材料化学专业本科生导师制培养模式的理论探索与实践”，项目编号2015-191；湖南省教育厅2016年创新平台开放基金项目“B-CNTs结构设计及其复合材料对雷达波宽频高强吸收的研究”，项目编号16K102；中南林业科技大学2014年教学改革研究项目“高等林业院校材料化学专业学科定位与人才质量提升研究”，项目编号2014-33；中南林业科技大学2013年研究生教学改革研究项目“高等林业院校材料科学类硕士研究生科研素质的养成研究”，项目编号2013J005。