关于材料分析课程中XRD的实验教学思考

张晓萍+罗霞+宋滨娜+刘洁群

（苏州大学 沙钢钢铁学院，江苏 苏州 215021）

摘要：材料分析测试技术是材料相关专业的重要基础课程，它具有很强的应用性及实践性，实验教学是其必不可少的教学环节，本文结合该课程的特点，尤其针对实验中心即将开设的X射线衍射实验课程，提出了一些教学侧重点，以使学生能更好地掌握材料分析测试的方法，提高其对材料研究的综合分析能力。

关键词：材料分析；实验教学；X射线衍射

中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）49-0260-02

材料的检测和分析技术对于材料的发展起着关键的作用，因此在高校与材料有关联的专业，如金属材料、冶金工程、应用物理、材料成型等，基本都开设了材料分析测试技术这门课程[1]。该课程的主要教学内容通常包括X射线分析、扫描电子显微分析和透射电子显微分析等，另外还会简单介绍一些其他分析方法，如离子探针、俄歇电子能谱仪等。其中，作为材料晶体结构分析的主要手段，XRD的应用越来越广泛。

一、课程特点

材料分析测试技术是一门实践性很强的课程，诸如XRD、SEM等大型设备有很强的应用性，因此实验教学是必不可少的重要教学环节和有效教学形式，是将所学的理论知识和实际科研问题相联系的重要纽带。由于涉及的都是大型贵重设备仪器，在传统的实验教学环节中多是以参观或演示性实验为主，但即使有实验老师的讲解和演示，学生最多也只是对设备的结构、原理及操作方法加深一下表观认识，其综合实验能力及思维方法并不能得到很好的锻炼[2]。

然而，材料分析测试技术这门课程的主要教学目标是使学生了解现代材料分析的常用方法，熟悉各种分析设备的基本原理、设备结构和测试方法，以及学习如何对所得测试结果进行分析。我院根据自身专业特点及现有设备条件，将XRD和SEM作為该课程的主要教学实践内容，以材料物理特性分析为主线，通过相关原理介绍、设备讲解、以实例为辅助介绍测试方法及进行综合实验练习，使学生在掌握材料物相结构、形貌分析表征技术的基础上，了解材料分析的一般性思维与方法，培养综合应用基础知识和设计分析方案并解决实际科研问题的能力。

二、实验教学方法的思考

为提高材料分析测试技术课程教学实践效果，根据我院客观条件并结合专业特点及师生需求，拟提出以下六点对XRD的实验教学环节进行设计构建。

1.侧重结果分析。由于X射线衍射仪设备昂贵，有专职实验人员进行管理，学院实验中心也制定了专人操作制度，所以并不是每个学生都能亲自进行实验操作，但鉴于毕业设计及很多学生在本科、研究生阶段或将来工作中都会参与到科研项目中，且根据XRD实验结果可以分析得到大量有用信息，如物相成分及含量、晶粒大小、晶格常数、结晶度等，因此实验结果分析对于XRD实验教学非常重要。

在XRD的课堂教学中会介绍X射线的本质，X射线衍射的特点，以及如何利用XRD图谱进行物相分析，但由于课时限制，主要介绍相关原理知识，对于实际软件分析仅有个别图示示例。因此，实验教学中对于仪器原理及结构可以简单介绍，以加深理解课堂学习的表观认识，实验课程侧重点更应该放在通过XRD测试结果可以获取哪些信息以及如何获取所需要的相关信息，让学生通过具体分析测试结果来获得结论，使其能在与实际科学研究类似的情境下得到真正锻炼，提高其材料分析能力。

2.分组教学。虽然XRD实验教学侧重点在结果分析上，但是在条件允许下，为使学生更能提高实践效果，学院尽可能提供实验操作机会。根据我院学生人数及课程安排，可以将学生分成8-12人左右的几个小组进行小班授课，每堂课给每一小组布置2-3个案例并提供相关样品，先让学生对未知样品进行检测，得到XRD图谱结果后再让其进行分析并得出结论。在这过程中，学生会遇到许多问题，比如样品的制备要求、测试条件，如何行进结果分析等，然而通过这样的分组实验，不仅每个学生都能真正参与到样品测试和结果分析中，而且他们的主动性和兴趣性会得到提高，对知识的理解也会得到加强，另外也锻炼了动手能力。

三、案例教学

案例教学是一种能将理论和实际有效结合的教学方式，很适合材料分析测试技术这门课程，它不是单纯的验证性实验教学，比传统的讲授法或举例教学更有利于学生真正地理解教学内容[3]。

在XRD的实验教学中，可以让本院教师根据当前的科研需求提供课堂所需的样品和测试要求，让学生通过小组讨论及在教师指导下制定实验方案，采用正确的试样制备方法，选择恰当的仪器附件及测试条件，并对测试结果有针对性的分析，最后完成实验报告。由于我院各个教师的科研方向各有不同，因此能够提供不同的测试样品和测试目的，从而可以更加开拓学生的思维。

四、教学内容与时俱进

现在科技日新月异，各种分析检测方法也不断发展更新，这就要求教师的授课内容也要紧跟专业发展的最新动态，将材料分析测试技术与当前的科技前沿相结合，做到对学生及课程负责。例如，XRD近年来发展的高温动态实时检测技术、真空或保护性气氛检测技术、电池充放电实时检测技术等，虽然暂时没有条件让学生亲自操作，但是教学时还是需要查找相关资料让学生了解。对于XRD的图谱分析，除了Jade外，还有其他的一些软件，如High Score等，还有针对精修的软件，如Maud、FullProf等，这些软件及相关功能在实验教学时也应进行介绍，使学生能够了解这些软件的基本功能，为他们以后的学习和工作打下良好的基础。

五、完善课程考核，注重教学反馈

实验教学想要取得良好的教学效果，不仅要教师的教授与引导，更要学生的积极参与，因此课程考核与教学反馈是很重要的教学环节，这对教学质量的保证和教学目标的实现起着非常关键的作用。

我院目前采用过程评价与结果评价相结合的课程考核模式。教师会观察考核每个学生在实验教学过程中各环节的表现并给予评价，如将学生参与的积极性、发表的意见、完成实验情况等作为过程评价因子，对于每人最后提交的实验报告作为结果评价依据。但要建立完善的课程考核体系对实验教学的效果进行评定，还需要继续探索及实践。对于实验课程的教学质量也应给予相当重视，只有及时的反馈及改进才能保证良好的教学质量。在每一位教师新开设课程时，我院都会采取专家组试听课程的形式，让专家和同行给予建议，保证每位教师的教学有一个良好开端。在课程中，也会有专家不定期进行课堂听课，同时对学生会进行问卷调查、课后回访等，听取学生对于课堂教学的意见及建议，并及时反馈给教师，使其做出相应改进，以便获得更好的教学效果。

六、提高学生学习主动性

为了取得良好的教学成果，教师必须想办法提高学生的兴趣性和主动性，如在XRD实验教学中，可以先举一些有趣或有意义的科研实例来说明XRD在材料科学研究中的重要性，让学生对其有一个宏观了解。同时，可以用多媒体手段将一些枯燥的理论知识变得直观生动，如可以将特征X射线产生的原理等制作成动画演示出来，可以将教师们平时遇到的样品及制备方法等以图片形式展示，还可以将数据分析的步骤制作成PPT或录制视频，这样能让学生在有限的课堂时间内了解到更多知识，在课后也有相关资料以供自我拓展学习，诸如此类，通过各种方法来增强教学方式及内容的形象性及新颖性。

另外，现在高校中有很多大学生创新项目、挑战杯赛等各种科研活动，鼓励学生多参与，并且提供给学生足够的科研条件，将实践教学与这些项目相结合，让学生在完成项目的过程中发挥主观能动性，同时也进一步熟悉材料分析方法。

结束语

实验教学是材料分析测试技术课程的重要环节，为了让学生在掌握基础理论知识的同时，进一步学会如何根据材料研究的实际问题进行分析，教师有责任、有义务探索更佳的教学方法来提高学生的综合实践能力，使他们能够真正实现知识、能力、素质的协调发展。

参考文献：

[1]赵鸣，李涛，王海燕.材料分析与测试技术课程的实践能力培养[J].中国冶金教育，2011，（6）：39.

[2]宋金玲，蔡颖，张利文，等.《材料分析与测试技术》课程教学的思考[J].教育教学论坛，2012，（S3）：131.

[3]罗玉梅，王斌，王平.案例教学法在《材料分析方法》课程中的应用与思考[J].教育教学论坛，2012，（22）：168.