關于材料分析課程中XRD的實驗教學思考

張曉萍+羅霞+宋濱娜+劉潔群

（蘇州大學 沙鋼鋼鐵學院，江蘇 蘇州 215021）

摘要：材料分析測試技術是材料相關專業的重要基礎課程，它具有很強的應用性及實踐性，實驗教學是其必不可少的教學環節，本文結合該課程的特點，尤其針對實驗中心即將開設的X射線衍射實驗課程，提出了一些教學側重點，以使學生能更好地掌握材料分析測試的方法，提高其對材料研究的綜合分析能力。

關鍵詞：材料分析；實驗教學；X射線衍射

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）49-0260-02

材料的檢測和分析技術對于材料的發展起著關鍵的作用，因此在高校與材料有關聯的專業，如金屬材料、冶金工程、應用物理、材料成型等，基本都開設了材料分析測試技術這門課程[1]。該課程的主要教學內容通常包括X射線分析、掃描電子顯微分析和透射電子顯微分析等，另外還會簡單介紹一些其他分析方法，如離子探針、俄歇電子能譜儀等。其中，作為材料晶體結構分析的主要手段，XRD的應用越來越廣泛。

一、課程特點

材料分析測試技術是一門實踐性很強的課程，諸如XRD、SEM等大型設備有很強的應用性，因此實驗教學是必不可少的重要教學環節和有效教學形式，是將所學的理論知識和實際科研問題相聯系的重要紐帶。由于涉及的都是大型貴重設備儀器，在傳統的實驗教學環節中多是以參觀或演示性實驗為主，但即使有實驗老師的講解和演示，學生最多也只是對設備的結構、原理及操作方法加深一下表觀認識，其綜合實驗能力及思維方法并不能得到很好的鍛煉[2]。

然而，材料分析測試技術這門課程的主要教學目標是使學生了解現代材料分析的常用方法，熟悉各種分析設備的基本原理、設備結構和測試方法，以及學習如何對所得測試結果進行分析。我院根據自身專業特點及現有設備條件，將XRD和SEM作為該課程的主要教學實踐內容，以材料物理特性分析為主線，通過相關原理介紹、設備講解、以實例為輔助介紹測試方法及進行綜合實驗練習，使學生在掌握材料物相結構、形貌分析表征技術的基礎上，了解材料分析的一般性思維與方法，培養綜合應用基礎知識和設計分析方案并解決實際科研問題的能力。

二、實驗教學方法的思考

為提高材料分析測試技術課程教學實踐效果，根據我院客觀條件并結合專業特點及師生需求，擬提出以下六點對XRD的實驗教學環節進行設計構建。

1.側重結果分析。由于X射線衍射儀設備昂貴，有專職實驗人員進行管理，學院實驗中心也制定了專人操作制度，所以并不是每個學生都能親自進行實驗操作，但鑒于畢業設計及很多學生在本科、研究生階段或將來工作中都會參與到科研項目中，且根據XRD實驗結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、晶格常數、結晶度等，因此實驗結果分析對于XRD實驗教學非常重要。

在XRD的課堂教學中會介紹X射線的本質，X射線衍射的特點，以及如何利用XRD圖譜進行物相分析，但由于課時限制，主要介紹相關原理知識，對于實際軟件分析僅有個別圖示示例。因此，實驗教學中對于儀器原理及結構可以簡單介紹，以加深理解課堂學習的表觀認識，實驗課程側重點更應該放在通過XRD測試結果可以獲取哪些信息以及如何獲取所需要的相關信息，讓學生通過具體分析測試結果來獲得結論，使其能在與實際科學研究類似的情境下得到真正鍛煉，提高其材料分析能力。

2.分組教學。雖然XRD實驗教學側重點在結果分析上，但是在條件允許下，為使學生更能提高實踐效果，學院盡可能提供實驗操作機會。根據我院學生人數及課程安排，可以將學生分成8-12人左右的幾個小組進行小班授課，每堂課給每一小組布置2-3個案例并提供相關樣品，先讓學生對未知樣品進行檢測，得到XRD圖譜結果后再讓其進行分析并得出結論。在這過程中，學生會遇到許多問題，比如樣品的制備要求、測試條件，如何行進結果分析等，然而通過這樣的分組實驗，不僅每個學生都能真正參與到樣品測試和結果分析中，而且他們的主動性和興趣性會得到提高，對知識的理解也會得到加強，另外也鍛煉了動手能力。

三、案例教學

案例教學是一種能將理論和實際有效結合的教學方式，很適合材料分析測試技術這門課程，它不是單純的驗證性實驗教學，比傳統的講授法或舉例教學更有利于學生真正地理解教學內容[3]。

在XRD的實驗教學中，可以讓本院教師根據當前的科研需求提供課堂所需的樣品和測試要求，讓學生通過小組討論及在教師指導下制定實驗方案，采用正確的試樣制備方法，選擇恰當的儀器附件及測試條件，并對測試結果有針對性的分析，最后完成實驗報告。由于我院各個教師的科研方向各有不同，因此能夠提供不同的測試樣品和測試目的，從而可以更加開拓學生的思維。

四、教學內容與時俱進

現在科技日新月異，各種分析檢測方法也不斷發展更新，這就要求教師的授課內容也要緊跟專業發展的最新動態，將材料分析測試技術與當前的科技前沿相結合，做到對學生及課程負責。例如，XRD近年來發展的高溫動態實時檢測技術、真空或保護性氣氛檢測技術、電池充放電實時檢測技術等，雖然暫時沒有條件讓學生親自操作，但是教學時還是需要查找相關資料讓學生了解。對于XRD的圖譜分析，除了Jade外，還有其他的一些軟件，如High Score等，還有針對精修的軟件，如Maud、FullProf等，這些軟件及相關功能在實驗教學時也應進行介紹，使學生能夠了解這些軟件的基本功能，為他們以后的學習和工作打下良好的基礎。

五、完善課程考核，注重教學反饋

實驗教學想要取得良好的教學效果，不僅要教師的教授與引導，更要學生的積極參與，因此課程考核與教學反饋是很重要的教學環節，這對教學質量的保證和教學目標的實現起著非常關鍵的作用。

我院目前采用過程評價與結果評價相結合的課程考核模式。教師會觀察考核每個學生在實驗教學過程中各環節的表現并給予評價，如將學生參與的積極性、發表的意見、完成實驗情況等作為過程評價因子，對于每人最后提交的實驗報告作為結果評價依據。但要建立完善的課程考核體系對實驗教學的效果進行評定，還需要繼續探索及實踐。對于實驗課程的教學質量也應給予相當重視，只有及時的反饋及改進才能保證良好的教學質量。在每一位教師新開設課程時，我院都會采取專家組試聽課程的形式，讓專家和同行給予建議，保證每位教師的教學有一個良好開端。在課程中，也會有專家不定期進行課堂聽課，同時對學生會進行問卷調查、課后回訪等，聽取學生對于課堂教學的意見及建議，并及時反饋給教師，使其做出相應改進，以便獲得更好的教學效果。

六、提高學生學習主動性

為了取得良好的教學成果，教師必須想辦法提高學生的興趣性和主動性，如在XRD實驗教學中，可以先舉一些有趣或有意義的科研實例來說明XRD在材料科學研究中的重要性，讓學生對其有一個宏觀了解。同時，可以用多媒體手段將一些枯燥的理論知識變得直觀生動，如可以將特征X射線產生的原理等制作成動畫演示出來，可以將教師們平時遇到的樣品及制備方法等以圖片形式展示，還可以將數據分析的步驟制作成PPT或錄制視頻，這樣能讓學生在有限的課堂時間內了解到更多知識，在課后也有相關資料以供自我拓展學習，諸如此類，通過各種方法來增強教學方式及內容的形象性及新穎性。

另外，現在高校中有很多大學生創新項目、挑戰杯賽等各種科研活動，鼓勵學生多參與，并且提供給學生足夠的科研條件，將實踐教學與這些項目相結合，讓學生在完成項目的過程中發揮主觀能動性，同時也進一步熟悉材料分析方法。

結束語

實驗教學是材料分析測試技術課程的重要環節，為了讓學生在掌握基礎理論知識的同時，進一步學會如何根據材料研究的實際問題進行分析，教師有責任、有義務探索更佳的教學方法來提高學生的綜合實踐能力，使他們能夠真正實現知識、能力、素質的協調發展。

參考文獻：

[1]趙鳴，李濤，王海燕.材料分析與測試技術課程的實踐能力培養[J].中國冶金教育，2011，（6）：39.

[2]宋金玲，蔡穎，張利文，等.《材料分析與測試技術》課程教學的思考[J].教育教學論壇，2012，（S3）：131.

[3]羅玉梅，王斌，王平.案例教學法在《材料分析方法》課程中的應用與思考[J].教育教學論壇，2012，（22）：168.