数据分析软件的辅助教学

日期:2016-03-24 11:06:29 来源:大学生学习网

  近年来,随着国内外新材料研发的日新月异,材料分析测试手段不断进步发展,材料分析技术作为材料类专业的主干课,须要进一步与时俱进,跟得上时代前沿新材料发展的步伐,在教学内容上推陈出新,更好地完善和优化相应的教学内容,建立更加规范合理的课程体系和教学方法。

  该课程内容不仅繁多,而且较抽象,对于刚刚接触本门课程的学生,很多名词概念头一次碰到,感到晦涩难懂,在学习的过程中普遍感到枯燥难学,导致对本课程的学习动力不足,影响了学习效果。因此,为了能够提高该门课程的教学质量和教学效果,让同学们能够对本课程充满兴趣和爱好,本文在课程体系与内容、教学方法及手段、实践教学改革、课程评价体系四个方面提供一些有益的探讨。

  一、课程体系和内容

  (一)课程知识体系的划分

  目前,传统的章节式教学方式越来越不能满足教学的需求,尤其是对于本课程,由于材料分析技术的不同章节之间相对独立,知识的连贯性不好掌握,在讲授过程中难免使学生产生知识的跨越,思维上的空白[1]。因此,根据学生对知识的掌握情况,将整个材料分析技术的课程教学内容进行归类划分,归类的依据可按照分析的对象来划分,如分为:1. 结构分析。判断某种样品的晶体结构是体心立方、面心立方以及晶格参数等,根据这个待分析的对象,再去选择相应的分析仪器如X 射线衍射仪、扫描电镜、透射电子显微镜等;2. 成分分析。判断某种材料是由何种物质构成,包括了定量和定性分析,可分析的仪器有X 射线衍射仪、能谱仪、波谱仪等;3. 形貌分析。主要观察材料的表面形貌,所用到的仪器主要包括扫描电镜和透射电镜;4. 物化性能分析。分析材料的光学性能、电学性能、磁学性能等,所需要应用的是各类光谱能谱仪。以这样的脉络进行学习,目的性强,思路清楚,不至于让学生们的学习思路混乱,这个学习过程也是今后在解决实际科研问题时的思路。

  (二)课程内容与时俱进

  在教学大纲的框架内,教师应尽可能讲授各个重点和难点内容,但不应该仅仅局限于教材内容,应该结合当前材料科学的发展趋势,扩充介绍最新前沿的新材料的分析测试技术,如包括纳米材料等一些功能材料,如2013 年美国加州大学洛杉矶分校成功研制出新型超级电容材料即一种合成的氧化铌,并证明其拥有稳定的储能和释能的能力??梢酝ü匝趸甑慕樯?,让学生自行查阅相关的文献了解针对氧化物材料如何去制作样品,通过哪些分析仪器来测试,最后再进行总结,使学生拓宽视野,加深对分析技术的应用及其基本原理的理解与掌握,提高学习的积极性,从而提高科研能力和解决问题的能力。

  二、教学手段和方法

  (一)数据分析软件的辅助教学

  材料分析技术一课离不开对测试数据的处理和分析,即使学生掌握了材料分析测试的原理、仪器以及数据的采集,但最后拿到一系列数据却不会分析,这样也是徒劳无功的。如何能够熟练地操作虚拟的数据分析软件对以后解决具体的材料分析问题具有极其重要的作用。因此,在常规的教学手段中需要辅以数据分析软件的操作教学。

  以X 射线衍射仪为例,在学生们学习晶体X 射线衍射时,必须要学会如何通过所测得的X 射线衍射图来确定材料中的物相组成,那么就需要Jade 软件来对数据进行处理。教师以动画形式向学生展示如何利用Jade 软件将原始数据导入软件中,如何通过各项参数来搜索已知的PDF 卡片等等。经过这些处理,才可能得到最终的物相分析结果。

  (二)实物道具的辅助教学

  随堂展示实物道具,并不仅仅是多媒体动画展示,让学生们能够第一时间接触实物,可以加深学生的感性认识。实物道具是指教师做过的真真正正的一些样品、试验的辅助材料、小型工具等,而不是模型之类的教具,比如扫描样品、透射样品、德拜相机的底片安装。如在讲解透射电子显微镜样品时,教师可将自己科研过程中制备好的一些样品拿给学生们传看,以及透射电子显微镜用于支撑样品用的碳膜铜网,让学生真正体会到透射电镜样品的制作要求,同时介绍一些具体的操作规程。

  三、实验教学改革

  对于材料分析技术这门专业性和实践性很强的课程,实验教学可以帮助学生对所讲授的各种测试仪器有个感性的认识,尤其可以通过实验室现场教学能够巩固和加深对理论知识的理解,加强学生的实验动手能力以及解决实际问题的能力,了解大型仪器内部结构、操作方法、样品适用范围以及工作原理等都是十分重要的。

  考虑到多数高校大型仪器使用率都比较高,因此材料分析技术课程的实验教学可以和大学生科技创新项目以及大四毕业生的毕业设计相结合,理论课教师和实验中心的实验教师沟通好实验大纲框架可固定并制订完善的实验方案,但实验的具体细节可以灵活掌握。同一种实验如低碳钢断口形貌的观察可以在利用大学生科技创新中进行,让学生亲自动手进行操作观察,同时可以以验证性为目的实验课进行,这样既提高了仪器的使用率又不浪费宝贵的实验资源。

  由于大多数材料专业的教师都参与了科学研究和工程实际项目,因此,教师不仅可以利用教学过程中的理论知识可以解决科研和实际中遇到的问题,反过来,利用自身的科研课题的研究也有助于丰富教学内容,提高教学质量。结合实验大纲的基本要求,教师可以将自己的科研项目中的实验进行设计,剔除掉专业性较强的部分,设计出能够被学生在短暂的实验课上理解好的实验设计内容。具体做法如各个班级的学生分组,每组5~6 人为宜,给每组学生一块未知样品,由学生根据教师的要求进行自行准备来完成实验,同时学生在学习仪器使用的过程中,应渗透课堂上的理论知识,使理论与实践相结合,使学生在实验过程中学会数据处理的方法。然后让学生利用所学知识对实验结果进行分析,并提交一份实验报告由教师进行批阅,并由教师提出改进意见。

  四、建立科学、合理的课程评价体系

  如何才能够正确地反映教学质量,应该建立科学、合理的考核与评价方式??纬痰钠兰塾Ω么咏淌脱礁龇矫嫒胧?,即学习效果的评价和教学效果的评价。1. 学习效果的评价。之前的考试一般以本课程期末考试成绩来盖棺定论一个学生学习的好坏,由于本课程的学习偏重于锻炼学生的动手实践能力,因此在反映学生学习效果时,应加大实验课成绩的比重,适当降低期末考试成绩比重,可将平时成绩、实验课成绩、期末考试成绩的比例定为:20%、20%、60%。在期末考试卷面上主观题应与客观题合理地搭配,这样既能反映学生的基本知识的掌握程度,同时能够灵活地反映学生对知识的实际应用能力。2. 教学效果的评价。目前教学效果主要是由学校的督导组、学院同行教师以及学生的网上评价组成。而其中学生是教师教学的最直接的受体,是教学过程的最重要主题,学生的评价最能够体现出一名教师的教学水平和教学效果,教学效果的好坏直接影响学生的学习效果,因此应适当增加学生对教师教学效果的评价比例。