“現(xiàn)代材料表征技術(shù)”課程實(shí)踐教學(xué)改革

霍文霞+張磊

摘 要 “現(xiàn)代材料表征技術(shù)”實(shí)踐教學(xué)是結(jié)合大型儀器設(shè)備開設(shè)的課程，該課程的開展有利于學(xué)生掌握現(xiàn)代分析儀器檢測(cè)方法，提高學(xué)生對(duì)樣品表征分析能力，針對(duì)目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，研究了建立以公開講座、具體試樣測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)相結(jié)合的方式向?qū)W生開放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，優(yōu)化整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過實(shí)際證明，學(xué)生的動(dòng)手能力及學(xué)習(xí)熱情得以提高。

關(guān)鍵詞 現(xiàn)代材料表征技術(shù) 實(shí)踐教學(xué) 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.10.041

Abstract The “modern materials characterization technology” practice teaching is a combination of large instruments and equipment to open courses，This course is good for the students to master modern analytical instrument detection method，Improve students ability in characterization of the sample analysis， Aiming at the problems appeared in the process of experiment teaching，Studied the practice teaching mode in establish a public lecture， the specific combination of sample testing， the network platform is open to all students . To optimize and integration of experimental teaching resources， Enrich experiment contents， Through the actual show，？improve students practical ability and learning enthusiasm.

Keywords Modern Material Characterization Technology； practice teaching； network platform

0 前言

材料是人類賴以生存的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著科技的飛速發(fā)展，材料的發(fā)展日新月異。材料的成分、結(jié)構(gòu)決定其性質(zhì)和用途，因而研究探索材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)與組成是發(fā)展新材料的前提和關(guān)鍵，“現(xiàn)代材料表征技術(shù)”課程是一門有關(guān)材料晶體學(xué)、物理學(xué)、力學(xué)等多學(xué)科的交叉學(xué)科，主要包括：近代材料學(xué)科常用的幾種分析測(cè)試方法，內(nèi)容包括X射線衍射技術(shù)、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、電子探針、能譜波譜儀等儀器設(shè)備的原理以方法應(yīng)用。“現(xiàn)代材料表征技術(shù)”是我校金屬材料、無機(jī)非金屬材料、冶金等專業(yè)本科和研究生的專業(yè)基礎(chǔ)和必修課程，主要由課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)組成，該課程的學(xué)習(xí)是提高上述專業(yè)理論認(rèn)知和實(shí)踐能力的重要基礎(chǔ)。具備必要的材料分析測(cè)試能力對(duì)學(xué)生的就業(yè)、后續(xù)的科研和工作都具有重要的推動(dòng)作用。目前我校“現(xiàn)代材料表征技術(shù)”實(shí)踐教學(xué)部分由分析測(cè)試中心舉辦，其主要內(nèi)容是以參觀和觀摩的形式，對(duì)掃描電鏡、透射電鏡、X射線衍射儀、電子探針等分析儀器的構(gòu)造、成像原理、樣品制備做一定的介紹，此課程由于自身的特點(diǎn)和傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)方法的局限，使得這門課程的教學(xué)效果欠佳。因此，文章結(jié)合學(xué)校的實(shí)際情況，重點(diǎn)論述此課程實(shí)踐教學(xué)部分的改革，對(duì)學(xué)生動(dòng)手與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提高其教學(xué)效果和完善課程體系，對(duì)實(shí)現(xiàn)理工科學(xué)生的全面發(fā)展等方面有著重要的意義。

1 “現(xiàn)代材料表征技術(shù)”課程在實(shí)踐教學(xué)過程的現(xiàn)狀分析

1.1 理論知識(shí)與實(shí)踐環(huán)節(jié)的脫節(jié)

在以往“現(xiàn)代材料表征技術(shù)”實(shí)踐教學(xué)過程中，學(xué)生只是觀察別人的實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)處理，在后期自己的課題研究中，缺乏對(duì)實(shí)際問題的靈活應(yīng)用及數(shù)據(jù)結(jié)果的正確分析，不懂得應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)理論，并且這種知識(shí)的脫節(jié)導(dǎo)致學(xué)生在理論學(xué)習(xí)后不能及時(shí)去消化理解。

1.2 學(xué)生動(dòng)手能力較差

按照大綱的要求，學(xué)生在掌握基本原理以外，要求具備一定的實(shí)驗(yàn)技能。但是作為此課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程，占總學(xué)時(shí)的不足1/10，在這種較少的課時(shí)情況下，希望對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐能力的培養(yǎng)，必定會(huì)造成學(xué)生在課后自我完成大量的學(xué)習(xí)工作，并且在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)學(xué)生動(dòng)手能力普遍較差，對(duì)于樣品制備，數(shù)據(jù)結(jié)果的分析較模糊。

1.3 大型儀器在教學(xué)中存在的問題

“現(xiàn)代材料表征技術(shù)”課程的實(shí)踐教學(xué)部分在分析測(cè)試中心開展，所涉及的儀器屬于大型精密設(shè)備，例如一臺(tái)X射線衍射儀價(jià)值數(shù)百萬，屬于教學(xué)設(shè)備，同時(shí)也屬于重要的科研儀器，這些大型設(shè)備在日常工作中承擔(dān)了大量的科研測(cè)試任務(wù)，因此在時(shí)間上無法滿足大量的本科生進(jìn)行上機(jī)實(shí)驗(yàn)操作，此外，大型儀器設(shè)備的價(jià)格比較昂貴，儀器在測(cè)試過程中的消耗品及儀器的維修費(fèi)用相對(duì)較高。這些客觀因素決定了這門課程實(shí)踐教學(xué)部分不可能每人擁有一臺(tái)進(jìn)行操作，所相關(guān)的實(shí)踐教學(xué)部分的內(nèi)容只能以參觀其演示過程進(jìn)行，因此給學(xué)生只是一個(gè)表象，深層次來說，影響其對(duì)該課程內(nèi)容原理的理解與掌握，在這種情形中，制約了學(xué)生對(duì)大型表征儀器設(shè)備的認(rèn)識(shí)與技能的掌握。

2 實(shí)踐教學(xué)改革方案探討

2.1 舉辦講座

實(shí)踐教學(xué)課程前舉辦公開講座，講座首先由不同儀器負(fù)責(zé)人PPT而講授，每人時(shí)間約20分鐘左右，分別針對(duì)授課班級(jí)的專業(yè)方向選擇講授內(nèi)容，內(nèi)容包括具體樣品的制備過程、測(cè)試的內(nèi)容、數(shù)據(jù)結(jié)果的分析與處理，其次授課教師做總結(jié)將同一種樣品在不同儀器設(shè)備中的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，最后由學(xué)生提出問題，授課教師做出解答。針對(duì)金屬亞共析鋼，在SEM下檢測(cè)組織組成，在TEM下檢測(cè)其中珠光組織中碳化物的結(jié)構(gòu)類型，在XRD下檢測(cè)組織組成中各項(xiàng)所占比例等。

2.2 實(shí)踐教學(xué)授課過程以相關(guān)專業(yè)的實(shí)際科研測(cè)試任務(wù)為主要背景

分析測(cè)試中心每周預(yù)約的實(shí)驗(yàn)中有不同材料、不同檢測(cè)項(xiàng)目，在進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)授課前，針對(duì)一周內(nèi)委托試樣中選取與所學(xué)課程班級(jí)的專業(yè)方向接近，檢測(cè)項(xiàng)目涵蓋當(dāng)前儀器的所有功能，進(jìn)行講授，每個(gè)儀器在實(shí)驗(yàn)開始前具有抽真空預(yù)熱時(shí)間，在設(shè)備抽真空的時(shí)間里講述設(shè)備的組成系統(tǒng)、具體部件、基礎(chǔ)理論知識(shí)，在試樣測(cè)試過程中，進(jìn)行原理的介紹、儀器參數(shù)的設(shè)置、以及參數(shù)調(diào)整后對(duì)試樣的影響，最后根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，能夠得到哪些信息。針對(duì)學(xué)生的疑問做出解答。以掃描電鏡為例，表征合金鋼中的稀土夾雜物，綜合其表面形貌的二次電子像和原子序數(shù)的背散射電子像，以及電子探針能譜進(jìn)行綜合分析。

2.3 構(gòu)建“現(xiàn)代材料表征技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)開放平臺(tái)

在內(nèi)蒙古科技大學(xué)的分析測(cè)試中心網(wǎng)頁中設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)開放平臺(tái)，上課學(xué)生以學(xué)號(hào)姓名班級(jí)進(jìn)行實(shí)名注冊(cè)及登陸，個(gè)人用戶須填寫電話郵箱等注冊(cè)登錄，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)如下：

“現(xiàn)代材料表征技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，主要包括教師簡(jiǎn)介、教學(xué)資源、實(shí)驗(yàn)預(yù)約、答疑討論、在線交流、資源投遞。其中教師簡(jiǎn)介包括相關(guān)實(shí)驗(yàn)教師的基本情況及聯(lián)系方式，方便學(xué)生在課前對(duì)相關(guān)教師情況進(jìn)行了解；教學(xué)資源中上傳大量與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)的視屏資料，如：實(shí)驗(yàn)教學(xué)教案、實(shí)驗(yàn)教學(xué)日歷、實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱、具體樣品的制備過程、具體實(shí)驗(yàn)設(shè)備的介紹及使用、針對(duì)不同材料的測(cè)試過程，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)等，學(xué)生根據(jù)自身情況不受時(shí)空的限制去觀看學(xué)習(xí)；實(shí)驗(yàn)預(yù)約包括限定一定時(shí)間范圍內(nèi)，授課班級(jí)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的預(yù)約；答疑討論包括學(xué)生在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，都可以與相應(yīng)的設(shè)備指導(dǎo)教師在答疑討論區(qū)以類似于郵件形式反應(yīng)或交流，答疑討論區(qū)和在線交流區(qū)為師生間提供一個(gè)實(shí)時(shí)溝通平臺(tái)；資源共享中上傳PDF文獻(xiàn)，包括不同儀器設(shè)備在不同材料領(lǐng)域中的應(yīng)用，并且按照由簡(jiǎn)單到難進(jìn)行歸類，學(xué)生可以在線學(xué)習(xí)或者下載學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)資源共享。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中對(duì)資源的安排難易程度由簡(jiǎn)單到深，從不同專業(yè)背景上劃分，滿足學(xué)生的個(gè)性化培養(yǎng)和差異性培養(yǎng)。

“現(xiàn)代材料表征技術(shù)”實(shí)踐教學(xué)的學(xué)時(shí)少，在較少學(xué)時(shí)下完成對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，勢(shì)必要求學(xué)生在“現(xiàn)代材料表征技術(shù)”課后自行完成大量知識(shí)的學(xué)習(xí)和儲(chǔ)備，教學(xué)資源零散，學(xué)生很難進(jìn)行有效的學(xué)習(xí)，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的建立解決了學(xué)生受有效的學(xué)時(shí)限制，使學(xué)習(xí)過程不受時(shí)空的限制。

3 結(jié)論

建立以公開講座、具體試樣測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)相結(jié)合的方式向?qū)W生開放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，優(yōu)化整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過在授課前舉辦講座、授課過程中以實(shí)際委托測(cè)試為背景、課下網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的學(xué)習(xí)與交流，改變了過去傳統(tǒng)的學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的模式，從而把學(xué)生作為實(shí)踐教學(xué)的主體，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，使學(xué)生在主動(dòng)思考、實(shí)踐、探索的過程中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造精神與能力，同時(shí)也有利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的優(yōu)化整合。

將“現(xiàn)代材料表征技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課程放入到實(shí)際的委托測(cè)試工作中，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的人力和物力等資源的最大效益，同時(shí)建立網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái)，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源實(shí)現(xiàn)分層次、分類別管理，改變了以往實(shí)踐教學(xué)課程“大綱統(tǒng)一、內(nèi)容一致、方法一貫”的面貌，建立了“資源分類、在線交流”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，使學(xué)生不受有效學(xué)時(shí)、不受時(shí)空的限制，在開放的時(shí)間、開放的環(huán)境中向著拓展知識(shí)、提高能力、注重質(zhì)量的方向轉(zhuǎn)變，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展，為拔尖學(xué)生成才創(chuàng)造條件，有利于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，為將來盡快地勝任工作、服務(wù)于社會(huì)打下良好的基礎(chǔ)。

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