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    《材料分析方法》中差热理论的教学难点处理

    时间：2023-02-21 17:20:20来源：百花范文网本文已影响人

    罗清威

    (陕西理工大学 材料科学与工程学院，陕西 汉中 723001)

    2018年6月21日，教育部部长陈宝生在新时代全国高等学校本科教育工作会议上第一次提出，对大学生要合理增加课程难度，拓展课程深度，扩大课程的可选择性，真正把“水课”转变成有深度、有难度、有挑战度的“金课”。

    8月份，教育部印发了《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》(教高函〔2018〕8号)，提出“各高校要全面梳理各门课程的教学内容，淘汰“水课”、打造“金课”[2-3]。标志着“淘汰水课、打造金课”正式写入教育部的文件，提升我国高等教育质量攻坚战正式拉开序幕。2019年10月教育部关于一流本科课程建设的实施意见(教高〔2019〕8号)提出认定万门左右国家级一流本科课程的计划。因此积极探索专业类“金课”的打造模式迫在眉睫，只有这样才能更好的达到预期的教学目的和人才培养目标，并将创新育人过程和深化高等教育教学改革落到实处，让更多的学生受益[1-3]。

    材料科学的研究与发展离不开各种先进的分析手段，只有利用各类先进的检测仪器才能对各种材料的不同微观结构进行表征，从而控制其性能[4]。因此《材料分析方法》是全国高校材料类专业的一门核心课程，其中热分析技术是材料热力学性能分析检测的重要手段，由于热分析技术与本课程的其它检测技术关联性不大，再加上课程本身具有极其抽象枯燥的缺点，让学生学习起来更加艰难。如果教师在教学设计和教学实施过程中不能处理好相关难点，学生课后必然一头雾水[5-6]。

    根据我校材料科学与工程专业《材料分析方法》课程的教学大纲，本节课的教学目标是掌握差热分析的基本原理，理解影响差热分析曲线可靠性的因素，了解差热分析技术的仪器构造及主要应用。学会差热分析测试结果的相关图谱分析技巧。

    《材料分析方法》课程是一门交叉性课程，对材料工艺、结构、物理、化学、磁学、力学和热学等各方面知识要有一定的基础，否则在讲授和学习的过程中都会存在较大的困难。热分析技术一章在《材料分析方法》课程中知识内容相对较为独立，与其它章节所学的知识相通性不强。另外热分析技术包括9类17种方法，知识较为零散，各类热分析技术所测材料性能不尽相同又可以互相通用，易于混淆。差热分析章节教学过程中的主要相关教学难点包括以下几方面：

    (1)差热分析技术的原理(如图1所示)。差热分析技术原理理解起来比较抽象枯燥，根据以往教学经验，学生掌握情况不太理想。

    (2)差热分析分析技术的影响因素(各因素的作用机制、特殊试样的处理和选用条件的原则)。差热分析技术的影响因素主要分为仪器结构、操作条件选择和样品状态三类，每一类又包括了不同的子影响因素。学生在学习各因素的作用机制时经常发生难以理解和混淆概念现象，只有充分理解了各影响因素的作用机制，才能更好的掌握选用的原则。

    (3)差热分析曲线的解析。曲线解析是学习的一个重点，数据分析时存在很多的技巧和方法，由于学习课堂知识和毕业设计实际测试结果分析间隔时间太长，中间缺少相应的实践环节，学生往往学会了理论，在遇到具体数据时，却无从下手，不会分析。

    图1 差热分析原理示意图

    教学设计能力对于教师提高工作绩效、促进学生学业进步具有举足轻重的作用。科学合理地对课程知识进行教学进行设计，是课堂教学取得成功的重要保障。在教学设计时应充分利用现代信息技术和网络资源，科学地安排课堂教学过程的各个环节和要素，进行教学设计。教学设计合理与否直接关系到学生对新知识的掌握情况和授课效果，是觉得课堂教学成果与否的前提。教师在教学过程中扮演了导演的角色，一个好的教学设计如同一个优秀的活动策划方案[7-8]。

    图2 NH4NO3的DTA曲线：a.5mg；
    b.50mg；

    c.5g

    针对本章节知识抽象枯燥等特点，笔者在进行课程教学设计时，采用引导式、启发式和预设式教学方法。在具体教学过程中，先让学生对新课程内容进行猜想，结合前期知识储备进行构想，如各影响因素对DTA/DSC曲线有何影响，其作用机制可能是什么，通过教师的内容讲解与分析对同学们的猜想进行验证，从而让新知识在同学们的思维中进行反思和修正，建构及完善成新的知识。如差热分析的影响因素一节具体教学过程是采用铁观音与西湖龙井茶味道的区别如何分析等经典实例导入新课，通过引导与讨论形成认知冲突，从而激发学生的课堂参与愿望、启发积极思维，维持其思维动力，提高课堂效果。通过讨论+辩论+情景表演+实例分析等方法帮助学生掌握相关重难点。分析过程中结合羊肉泡馍、烤红薯、煮稀饭糊锅等生活实例帮助学生理解，新知识总结以后再给出具体测试误差的实例，如不同颗粒大小、样品用量和填装方式对无水硫酸铜差热分析曲线所造成的实测误差(如图2所示)，让学生明白各影响因素的作用机制及选择原则。针对差热曲线分析不易掌握的问题，笔者在教学过程中增加了数据解析练习环节。教师备课时通过文献检索，查阅论文中有关差热分析的一些文章，从中选出分析比较全面的一些例子，作为课堂练习题和课后作业题，让学生及时运用课堂所学知识解决实际问题，在参与过程中加深他们的理解和印象。相应作业更注重学生工程实践能力的培养，如差热分析课后作业为：很多人在热分析测试时往往因为样品处理不科学导致数据失真，能否开设一个专业的分析制样机构进行创业，查阅资料并简单做一个市场分析？三聚氰胺是不法商贩经常采用的有害物质，结合本节课知识说明如何了解三聚氰胺在0-120 ℃的热力学性能？热分析在我校检测时往往出现拥堵现象，为提高仪器的使用效率，请构思一种互联网+仪器预约服务平台？

    传统的课堂教师容易满足于自己讲授了多少知识和技巧，但学生真正掌握了多少，学会了多少，不同学生掌握的情况如何，往往被忽略。课堂创新和创新课堂是高等教育发展新阶段对高校课堂的新要求与新标准，每一位高等教育工作者都应该积极在教学过程中进行教学方法的改革与创新。课堂改革，一方面要把学生的被动学习改为主动学习，让学生在课堂上有成就感享受感，自觉主动地把身心都留在课堂上；
    另一方面要让教师有用户思维，以学生为中心，改掉以前只重输出不顾接收的教学理念。

    在热分析技术章节的教学过程中积极进行改革和课堂创新，可能存在以下几点创新性：首先是课程思政，通过嫦娥五号等事例的思考培养学生爱国主义情怀和家国情怀。课程思政是新时代高等教育的新要求和特征，专业课程的思政是培养政治合格型高级专业人才的前提与保障。其次，通过导致测试误差的因素分析培养学生严谨的科学研究态度，让科学严谨的科研态度根植于心，为学生毕业后从事产品品质管理和产品研发等方面工作打下坚实基础，杜绝学术不端现象发生；
    第三，利用传统文化中戏曲事例帮助学生理解难点，在传统戏曲与材料学科的碰撞过程中培养其文化自信。比如影响差热曲线的样品填装方式，比较难理解，可用京剧《苏三起解》中苏三和《贵妃醉酒》中杨贵妃的头饰的“疏”与“密”进行比喻，帮助学生理解样品填装送与紧的区别。在知识传授过程中又培养了学生的综合素养和文化自信。最后是考核方式多维度化。传统一考定终身的考核方式存在诸多不合理因素，在教学难点处理过程中加大过程考核。如：采用小组讨论、小型辩论赛、情景短剧表演、课后设计类作业完成情况等方式进行考核。在结课考试命题中取消传统填空、简答、名词解释等题型，采用工程案例分析、工程设计和纠错(工程生产问题的相关问题)等题型进行考核，培养学生的工程能力。这些课堂上可能存在的创新方式一方面有利于学生更好的掌握课堂教学的重难点知识，从而实现教学目的；
    另一方面是为了实现“一流本科课程”的打造，积极响应国家教育方针，落实相关政策。

    全面开展一流本科课程建设，树立课程建设新理念，推进课程改革创新，实施科学课程评价，严格课程管理是实现大学课堂“挤水炼金”的具体行动，作为一线教师应该积极参与到这场教学改革的革命中去。开展教学模式改革，进行课堂创新，积极培养学生的综合素养和工程实践能力是工科专业教师的责任。笔者以《材料分析方法》课程中差热分析的相关理论知识为例进行了创新性教学设计，帮助学生掌握和理解教学难点，并引入课程思政、新工科建设、多维度考核、科学素养与文化自信的培养等教学理念，从教学实践中迈出了课程建设的实质性步伐，为培养新时代合格人才打下基础。

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