扫描电子显微镜实验教学模式探讨

李阳阳，席俊华

(杭州电子科技大学 材料与环境工程学院，浙江 杭州 310018)

扫描电子显微镜(简称扫描电镜，SEM)因其分辨率高、聚焦景深大、制样方便、不破坏样品等特点已经成为研究物质微观结构的强有力手段之一，除了断口形貌观察、显微组织观察等主要应用，扫描电镜还可搭配能量分散谱仪(能谱仪，EDS)实现微区化学成分分析[1]。扫描电镜强大的功能使其在材料研究中发挥了越来越重要的作用。随着科技发展和经济实力的提高，扫描电镜已经慢慢应用到高校研究生和本科生的实验教学中[2]。杭州电子科技大学材料科学与环境工程学院也将扫描电镜作为基本的材料测试方法之一纳入到本科实验教学中，但是由于扫描电镜的特殊性，在教学中存在不少问题。本文通过分析本科实验教学扫描电镜的教学现状，探讨了"理论教学-实验教学-课后培训"相结合的教学模式，以期提高教学效果。

1 扫描电镜在本科教学中存在的问题

扫描电镜作为大型仪器，由于资源有限，价格昂贵，需要专人操作专人维护，用于本科教学时无法做到像其他实验课一样每人一台设备或几个人一台设备，上课的时候往往是十几甚至几十个人聚在一起，无法满足实验课小组操作的要求，大多时候在整个实验过程中学生只能看着老师示范操作，并没有亲自操作仪器的机会或者上机操作的时间很短。因为仪器设备的这种特殊性，导致了该类以大型仪器设备为介质的实验课的授课形式只能以教师演示为主[3]，大大降低了学生参与度。实验教学是高等院校培养学生实践能力的重要环节，提高学生参与度是优化实验教学的主要手段之一，参与度高的实验形式有利于学生养成规范的实验操作习惯，有利于培养学生的自主实验能力[4]。这种以教师演示为主的实验课，在上课过程中学生以看为主，并不能很好地参与到实践中，这容易导致学生对扫描电镜的认识只能停留在感性认知的层面，仍然会觉得仪器很神秘，并且不利于学生加强对理论知识的理解，容易出现理论与实践脱节的现象。

本学院的扫描电镜本科教学的授课计划中设置了8个学时的理论教学和8个学时的实验教学，听课学生数为30人左右。由此可见，授课课时数相对较少，而学生数又多，这就导致了学生上机的时间更少，极大地限制了学生的学习主动性，不利于学生主观能动性的发挥和创新能力的培养，并且也降低了扫描电镜的使用率。

2 “理论教学-实验教学-课后培训”相结合的教学模式的建立

针对扫描电镜在实验教学中存在的问题，杭州电子科技大学材料科学与环境工程学院采用了“理论教学-实验教学-课后培训”相结合的教学模式，首先通过基础理论的学习，让学生对扫描电镜和能谱仪有基本的认识；再通过实验教学，让学生实实在在地接触仪器，并对仪器构造和使用方法有一定的了解；最后通过操作培训，让学生更加熟悉仪器使用，并真正参与样品测试。“理论教学-实验教学-课后培训”相结合的教学模式让学生有更多的机会接触扫描电镜，并给学生创造机会参与到实际样品测试中，为其他老师和学生提供测试服务，更好地做到理论与实践相结合。

2.1 理论教学

通过课堂讲授的方式，任课老师向学生讲述扫描电子显微镜(SEM)工作原理及构造，电子束的产生，扫描电镜的像衬原理，能量分散谱仪(EDS)，电镜样品的制样及扫描电镜和能谱仪的应用等理论知识，让学生对扫描电子显微镜分析方法有一定的认识，培养学生学习扫描电镜的兴趣，为之后的实验教学奠定坚实的基础。

2.2 实验教学

扫描电镜实验课由于仪器限制，大型仪器一般只有一台，每个学生亲自操作仪器的时间非常有限，一般采用教师讲授、教师操作结合指导学生操作的讲课方式，教师通过边操作边讲授的形式详细讲解仪器设备的工作原理、样品制备及操作流程，在观察过教师的操作示范后，学生在教师指导下，逐一使用扫描电子显微镜对样品进行形貌观察，元素分析，在操作过程中及时发现问题，解决问题。实验课后，学生大致了解了如何使用扫描电镜。

2.3 操作培训

由于实验课堂上，一个学生接触扫描电镜的时间只有十来分钟甚至几分钟，远远达不到对仪器熟悉的程度，往往课一上完就什么都不记得了，为了进一步锻炼学生对扫描电镜的操作，进一步推广扫描电镜在学院乃至学校层面的广泛应用，我们学院特地开设了大型仪器设备的课外培训，培训以学生自愿参加、学院提供学习机会和鼓励学生积极参加为原则展开，学生根据自己兴趣，选择相应的大型仪器设备进行报名，培训老师根据报名情况安排培训时间。

最初的扫描电镜培训课程以培训老师提供的测试材料为观察目标，学生通过观摩再次复习实验课堂内容，之后，在培训老师的指导下，根据要求进行反复测试，直到熟练操作仪器设备。

最后，安排培训合格的学生给需要做电镜测试的教师或者企业进行样品表面形貌扫描和元素分析，在实践过程中往往会遇到很多既定课程无法预料的问题，再根据具体问题具体分析，让学生对扫描电子显微镜有了进一步的了解及熟悉，学生对大型仪器设备的认识也不会只局限于课本或者实验课老师的操作中。

3 教学效果

“理论教学-实验教学-课后培训”相结合的教学模式实施两年以来，有不少学生积极主动地参加了操作培训，在规定的课程学习后更深入地学习仪器操作。这样的学习方式提高了学生的学习兴趣和热情，调动了学生的积极性和主动性，培养了学生遇到问题解决问题的能力。经过培训的学生基本能熟练地使用扫描电镜，不但为自己今后的科研道路打下了坚实的基础，还能为教师和企业提供测试服务和技术支持，真正做到了理论与实践相结合，将所学到的理论知识运用到解决实际问题中。

“理论教学-实验教学-课后培训”相结合的教学模式的运用取得了一定的教学效果，但是由于课后培训是以学生自愿参加的形式展开的，而且由于教学工作量的繁大，该教学模式在今后的实验教学中有待于更进一步推广。