掃描電鏡-能譜儀實驗技術在《材料分析方法》課程教學中的應用

戴世娟

摘 ?要：掃描電鏡及能譜儀是廣泛應用于材料等專業的大型貴重儀器之一，該文通過對《材料分析方法》本科課程中涉及的掃描電鏡技術的實驗課進行設計、探索，初步總結出掃描電鏡實驗技術教學過程中的側重點和如何增加趣味性，教學效果比較理想。

關鍵詞：掃描電鏡 ?能譜儀 ?材料分析方法 ?實驗教學

中圖分類號：TB302-4 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）12（c）-0041-02

任何一種材料的宏觀性能是由其微觀組織結構決定的，材料在制備、加工等過程中由于受到自身成分和外部環境的作用，其微觀結構可能發生變化，從而影響其性能。因此掌握材料的微觀組織變化的詳細信息是每個材料學研究人員的首要任務，各種材料分析測試技術在材料專業的研究中顯得更為重要。《材料分析方法》課程從材料研究所需的各種分析手段的基本原理出發，對各種實驗技術進行介紹，是材料專業本科生和研究生需要學習的課程之一。掃描電鏡形貌觀察分析能譜分析實驗技術是各種材料微觀結構觀察和分析的重要手段，也是《材料分析方法》課程的重點之一[1]。因掃描電鏡屬于大型精密貴重儀器，因此這方面的實驗教學通常為演示型，課時較短，所以在實驗教學課堂上，既要充分利用有限的教學實踐，又要有針對性的教學內容，從而使學生能夠掌握相關的理論知識及實驗技能。該文分析了掃描電鏡和能譜儀的實驗技術特點，通過不斷地進行教學實踐，總結了該實驗課的教學方法。

1 ?教學方案

該實驗項目所分配的課時較短（掃描電鏡和能譜分析共4課時），而教學內容較多，因此需要對內容進行篩選，把教學重點放在操作講解和演示方面，盡量壓縮電鏡工作原理方面的教學，這方面內容可以在《材料分析方法》理論課上進行介紹。實驗樣品選用TC4合金（鑲嵌）樣品，對固體樣品的制樣過程進行簡單講解及演示。重點講解及演示以下內容。

（1）掃描電鏡參數（如電壓、spot等參數）對觀察效果的影響。

（2）荷電效應的產生和避免。

（3）能譜儀的使用方法。

如此這樣，既可以避免與課堂教學內容重復，又讓學生從感性上認識掃描電鏡和能譜儀的原理及主要用途。

2 ?教學過程

在教學過程中，教學內容的安排要有一定的技巧，主要目的是讓學生在實驗樣品觀察分析的過程中，對實驗的原理進行分析理解，從而能夠掌握基本的實驗技能。實驗原理部分的授課會涉及大量的專業詞匯，例如“束流”“束斑”“荷電效應”等，教師應該挑選一些關鍵的術語對其進行深入的講解[2]，以幫助學生能夠更好地理解實驗原理，尤其對于材料、化學等專業的學生而言，還應該學會對實驗結果進行分析。在進行實際操作演示時，應注意與學生積極互動，以便了解學生掌握的情況，同時注意演示的內容能夠吸引學生，從而引起學生對于了解微觀世界的興趣[3]。高速噴丸處理過的鈦板的截面的掃描電鏡觀察結果，如圖1所示，這時可跟學生進行互動：通過圖1，可觀察到什么形貌？有什么規律可循？教師帶著與學生一起分析：可觀察到樣品表面晶粒十分細小，甚至分辨不出，而靠近心部晶粒粗大。由于應力的作用，從樣品表面到心部，晶粒尺寸由小變大。在講解過程中，教師應注意引導，并加強學生對專業基礎知識的理解。

在使用能譜儀進行成分分析的演示操作中，要重點講解其工作原理：各種元素具有自己的X射線特征波長，特征波長的大小則取決于能級躍遷過程中釋放出的特征能量，能譜儀就是利用不同元素X射線光子特征能量不同這一特點來進行成分分析的，并且譜峰的產生是個動態的過程。對于學生而言，他們可能對這樣的內容很難提起興趣，而這部分知識又是這堂實驗課所必須掌握的內容，通過進行教學發現，此時教師可以做個比喻：儀器識別元素好似我們去圖書館借書，圖書館的藏書是按照特有的順序和位置進行擺放，當我們需要哪本書的時候，會按照索引去尋找，能譜儀也是這樣，按照X射線光子的特征能量去索引尋找與之對應的元素，每一個元素都有它自己唯一的特征能量值。這樣把專業知識和生活聯系起來，學生聽了這樣的比喻，顯得不再枯燥，更容易理解和接受。由于在授課過程中對重點知識有選擇性地進行了講解，注意了側重點，在實驗教學過程中增加創新性的實驗部分，同時增加了趣味性，可吸引不少學生，因此比單獨接受理論教學效果要直觀很多，從而提高了教學效果[4]。

3 ?結語

（1）在以后的教學中要多挑選創新性的樣品進行演示，增加學生的興趣，如有條件，可引導他們能獨立動手操作電鏡。

（2）在掃描電鏡實驗技術的實驗教學中，應注重側重點，有選擇地進行講解和分析。

參考文獻

[1] 張大同.掃描電鏡與能譜儀分析技術[M].廣州：華南理工大學出版社，2009.

[2] 張壽祿.應用掃描電鏡中背散射電子成像技術研究鋼中復合夾雜物[J].太鋼技術，2006（1）：24-28.

[3] 樊洪泓.遺傳學實驗課教學改革創新初探[J].中國電力教育，2009，9（144）：137-138.

[4] 趙善民.開放實驗室教學改革研究[J].醫學教育探索，2009，8（9）：1077-1078.