材料现代分析方法课程的教学与实验研究

赵 鸽

内蒙古工业大学材料学院 内蒙古呼和浩特 010051

材料现代分析方法课程的教学与实验研究

赵 鸽

内蒙古工业大学材料学院 内蒙古呼和浩特 010051

材料现代分析方法课程是材料类本科生的重要课程之一，该课程主要培养学生了解并掌握材料的分析方法。论文从目前课程教学中存在的问题出发，针对如何使学生对该课程内容进行更有效的学习，提出了合理安排教学内容、案例式教学应用、改革实验教学手段等方法，该方法对学生有效地掌握课程内容和培养学生对所学内容的运用能力有及其重要的意义。

材料现代分析方法；教学；实验

随着科学技术的发展，对材料的各种性能的要求越来越高，各种新材料的研发越来越倚重精密仪器的测试与分析，并且大型精密仪器也是高校和科研院所开展科学研究、教学工作和学科建设的基础设备。材料现代分析方法课程就是对各种仪器的原理和结果分析进行讲解的课程，该课程能够使科研结果服务于教学，能够使学生在学习过程中接触到科研前沿内容，是将理论与实践相结合的课程。材料现代分析方法课程是材料类本科生的专业必修课和选修课，课程的主要内容包括材料X射线衍射分析和材料电子显微分析两方面内容，是一门理论性和实践性都很强的课程［1］。本课程的目的是通过了解常用的测试方法和测试设备，使学生了解物相分析，结构表征，形貌观察和成分分析等分析方法的测试，原理和应用，为学生将来从事材料研发及相关工作打下基础［2］。本文分析并讨论了材料类专业在材料现代分析方法课程教学中存在的问题，提出了教学和试验方法的改革。

1 材料现代分析方法课程教学中的问题

1.1 教学内容繁多，课时有限

在以往的教学中发现，课程的理论部分对于本科生来说难度较大，学生学起来比较吃力，内容也比较枯燥。材料现代分析方法课程设计到化学、物理、光谱学、材料学等多门学科，课程内容包括X射线衍射分析和电子显微分析两大部分。每部分的内容设计较广，如X射线衍射分析包括晶体几何学，仪器设备和衍射花样的应用，电子显微分析包括透射电子显微镜，扫描电子显微镜，电子探针等设备及应用以及电子衍射，高分辨电子显微技术，电子背散射衍射分析技术，电子衍射等分析手段。而教学课时有限，教师只能在有限的时间内对理论部分做简要的介绍，结果如走马观花，使学生对知识掌握的质和量都有限，教学效果不理想。

1.2 实验教学难以开展

目前本课程在各高校的教学过程中存在着这样一个现象：课程教学内容中涉及的原理性知识过深，理论课程多，实践教学内容少，所学理论与实践很难结合，不能学以致用。造成这一现象的主要原因是由于本课程涉及的一些测试方法均必须在昂贵的大型测试仪器中才能完成，但高校中大型测试设备台套数少，一般全校只有一至两台，且操作复杂，实验繁忙，而学生数量多，因而学生不可能亲自对设备进行操作。深奥的脱离实际的理论课的学习，使学生对该课程的学习兴趣不高，造成学习使为应付考试的局面，基本上没有突出本课程的实践性的特点［3］。

2 材料现代分析方法课程改革策略

2.1 合理安排教学内容

材料现代分析方法课程所讲述的设备多，原理及用途也各不相同，可以说是内容深，范围广，但课时有限，不可能将所有知识系统全面深入的为学生讲解。如何安排教学内容，帮助学生深入系统地掌握材料分析测试方面的知识，是授课教师的工作重点。笔者在教学中发现，在授课过程中，侧重介绍实际应用方面的原理和分析，可以使学生更好地掌握课程内容。如X射线衍射部分，第一章中介绍了X射线和物质相互作用时，根据能量的转化会发生散射（包括相干散射和不相干散射）、吸收（包括光电效应，荧光辐射和俄歇效应）和透射现象，这些现象是X射线衍射仪原理和应用的基础，根据吸收限选择X射线衍射仪的阳极靶和滤波片，这部分内容既烦琐又深奥，是授课过程中的难点。但在实际应用中，如何选择阳极靶和滤波片是由设备负责人来负责的，且目前的设备几乎不用滤波片而使用石墨弯晶单色器，因此，这部分的内容可重点讲解相干散射，因为该现象是X射线衍射的基础，而其余的内容则可简要介绍，学生在学习时就会有侧重点，能够更好地掌握衍射的原理。

2.2 案例教学

案例教学在课程的实践教学中能够取得很好的效果［4］。将案例和教师的科研结合是一种非常好的方法，教材的知识是固定的，以理论为主，但本课程注重分析实践，单靠理论知识的学习不能满足课程的要求，理论和实践之间的联系需要有教师来填补，而教师要想通过吸取学科领域最前沿的学术成果和研究现状来充实丰富教学内容，这就要求教师从事科研工作。从事科研工作的老师，在讲授中会自然地把这些新知识贯穿到课堂教学之中，以激发学生的科学研究的兴趣或灵感，有利于教学质量的提高［5］。为保证教学质量，在教学过程中需选取合适的案例。高校中教学和科研是相辅相成的，任课教师可以将自己的科研成果和教学相结合，将科研成果作为案例，对其中关于材料测试分析的方面结合教学内容进行讲解。如Al和CuO之间的反应，可以用热分析仪对其反应过程进行分析，用X射线衍射对各反应的物相进行分析，用二次电子像，背散射电子像并结合能谱对其各相的形貌和分布进行分析，从而使学生对所学的设备的作用及用途进行分析。笔者发现，学生对研究结果的分析十分感兴趣，因而科研有助于革新教学内容，有效地提高授课质量。

2.3 强化多媒体教学

由于材料现代分析方法课程中含有大量的原理和仪器结构，因此在使用多媒体教学时，加入动画直观地对原理进行展示，可以使学生加深原理的理解。如在讲解特征X射线的产生和荧光辐射时，画出原子结构图，动态地将电子和光子的运动过程显示出来，即能够使学生对概念掌握准确，又能够记忆深刻。

2.4 改革实验教学手段

我校拥有先进的科研仪器，但目前科研设备，尤其是价格较高的贵重仪器，并不对本科生开放。因此实验课程只能是带领学生对设备进行参观，让学生亲自动手操作或进行试验方案的设计无从谈起，因此实验课并不能真正起到实践教学作用，这个问题目前在各大高校均未得到有效解决。笔者认为，对于本科生而言，学生通过本课程的学习，能够知道物相分析，形貌观察和成分分析可以用哪种设备和测试方法进行分析，能够对试验结果，如X射线衍射图谱，扫描电镜图片，能谱，电子衍射花样等进行简单的分析，因而试验课未必一定要对实验设备进行参观和操作，因为目前通过录像可以对各设备拆开后的结构进行详细观察，比实验室的参观效果更好。

笔者认为在试验环节中，教师可以结合自己的科研成果，将X射线衍射花样，扫描电镜图片，能谱图，简单的单晶电子衍射花样等试验结果发给学生，可以将相关的分析软件发给学生并对其使用进行讲解，让学生自己对试验结果进行分析。这样既可避免实验无法亲自动手操作的情况，又可使学生对所学内容的应用有实际体会。

3 结束语

材料现代分析方法课程是在材料学、化学、物理和光谱等理论知识的基础上，着力培养本科生对一起设备的了解，测试方法的掌握和测试结果的分析，而测试结果的分析是重中之重。结合实际情况，需要对传统教学模式进行更改，努力提高学生的学习兴趣，侧重实践教学，为材料科学的发展培养后备人才。

［1］ 褚海亮.《材料分析方法》教学的改革与探讨［J］.科技信息，2012（17）：124.

［2］ 宋春林，何洪，唐剑锋.《材料现代测试技术》课程改革探讨［J］.西南师范大学学报，2015，40（6）：150.

［3］ 罗建新，张春燕，胡汉祥.《材料现代测试技术》的课程教学研究［J］.科技信息，2013（1）：23.

［4］ 熊程.案例教学探析［J］.科技情报开发与经济，2009，19（11）：176.

［5］ 方黑虎，丁毅信，戴小莉.论高校教师教学与科研相结合的利与弊［J］.教育与现代化，2005，75（2）：25.

The Study of Teaching and Experiment on the Modern Methods for Material Analysis

Zhao Ge

Inner Mongolia University of Technology， Hohhot， 010051， China

s： Modern Methods for Material Analysis is one of the most important Undergraduate Courses. The analysis methods of the materials are understanding by the course. There are some problems in teaching. The reasonable teaching content， using case teaching， and reforming experiment teaching et. al. are used to improve studying effects. It is important of these methods to make the students master and apply what they have learned.

Modern Methods for Material Analysis； teaching； experiment

2015-08-17

赵鸽，博士，讲师

内蒙古工业大学高等教育教学改革项目（编号：2014208）。