無機材料結(jié)構(gòu)表征技術(shù)課程的開設(shè)*

張霞 徐欣欣

(東北大學理學院 遼寧沈陽 110004)

1 課程建設(shè)背景

為更好地適應國家經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展對高層次應用型人才的迫切需要，積極發(fā)展具有中國特色的專業(yè)學位教育，教育部從2009年起，擴大招收以應屆本科畢業(yè)生為主的全日制專業(yè)學位碩士研究生。與傳統(tǒng)學術(shù)型研究生有所不同，專業(yè)學位碩士研究生的培養(yǎng)更注重實踐性和應用性，其目標是培養(yǎng)掌握某一專業(yè)領(lǐng)域堅實的基礎(chǔ)理論和寬廣的專業(yè)知識，具有較強的解決實際問題能力和良好職業(yè)素養(yǎng)的高層次應用型專門人才[1]。全日制化學工程碩士作為專業(yè)學位教育中的一種，在培養(yǎng)方案的制定過程中，針對培養(yǎng)目標、課程設(shè)置、教學理念、培養(yǎng)模式等方面，進行了大幅度的改革，如增加實踐教學環(huán)節(jié)，強調(diào)學生參與企業(yè)工程實踐，完成企業(yè)實踐性研究課題；同時在課程設(shè)置上，更加強調(diào)實用性和技術(shù)性。無機材料結(jié)構(gòu)表征技術(shù)課程是為全日制化學工程碩士開設(shè)的一門專業(yè)技術(shù)實踐課程，也可作為化學專業(yè)學術(shù)型碩士研究生的專業(yè)選修課。

化學工程碩士學位論文課題來源于企業(yè)，有明確的生產(chǎn)技術(shù)背景和應用價值，涉及化學工程領(lǐng)域的新產(chǎn)品、新工藝、新過程、新技術(shù)、新裝備、新軟件或新材料的研制、開發(fā)、放大、設(shè)計與優(yōu)化。材料是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料科學技術(shù)的每一次重大突破, 都會引起生產(chǎn)技術(shù)的革命,加速社會發(fā)展的進程[2]。材料科學與化學學科相互交叉滲透，新材料的設(shè)計、研發(fā)離不開化學科學的支持，同時材料科學的發(fā)展又為化學科學提出新問題，為化學研究開辟新領(lǐng)域。對于從事化學、化工的研發(fā)人員來說，必須了解掌握材料科學領(lǐng)域的技術(shù)知識。我們在工作中經(jīng)常會遇到這樣的問題，如何確定研發(fā)的新材料的結(jié)構(gòu)？有化學、化工學習背景的學生對于化學分析技術(shù)相對熟悉，而對于材料物理結(jié)構(gòu)檢測知識相對匱乏，所以，很有必要在研究生教育階段，開設(shè)相關(guān)課程，彌補學生在知識結(jié)構(gòu)上的不足。

無機材料結(jié)構(gòu)表征技術(shù)課程的設(shè)計從學生的研究目的，如材料的形貌分析、結(jié)構(gòu)分析、表面分析、成分分析、粒度分析等出發(fā)，重點介紹檢測技術(shù)的應用，并與先進無機材料研究實例相結(jié)合，使得學生掌握從檢測技術(shù)的選擇、樣品的準備到結(jié)果分析的全過程，真正做到學以致用。

2 課程國內(nèi)現(xiàn)狀分析

目前，國內(nèi)一些高校及科研院所開設(shè)的有關(guān)材料物理結(jié)構(gòu)測試技術(shù)的課程主要是針對無機非金屬材料與工程、材料物理、復合材料等材料學專業(yè)的學生。例如，材料研究方法課程是同濟大學材料科學與工程專業(yè)學生的一門必修課，課程主要教學內(nèi)容是材料結(jié)構(gòu)與性能的表征方法和有關(guān)測試儀器的結(jié)構(gòu)原理及其應用；現(xiàn)代無機材料組成與結(jié)構(gòu)表征是中國科學院上海硅酸鹽研究所研究生的必修課，該課程從大型儀器出發(fā)，分別介紹無機材料常用的檢測技術(shù)的原理和檢測方法。根據(jù)調(diào)研，針對化學及化學工程專業(yè)學生開設(shè)此類課程的報道相對較少。

從教材上來說，有關(guān)材料物理檢測技術(shù)的專門教材較多，如透射電子顯微分析、X射線衍射分析技術(shù)等，這些教材往往主要介紹一種檢測技術(shù)，從技術(shù)發(fā)展的歷史、檢測原理到結(jié)果分析給出詳盡的闡述。最近幾年，也出了一些綜合性書籍，如《現(xiàn)代無機材料組成與結(jié)構(gòu)表征》(高等教育出版社，2006年)[3]，《納米材料表征》(化學工業(yè)出版社，2005年)[4]，這些書籍較為綜合地介紹了主要材料的物理檢測技術(shù)，但是也不完全適合于我們的課程教學。主要原因是技術(shù)原理過深，具體應用實例較少，與化學分析技術(shù)聯(lián)用更少。所以，針對此門課程的教學內(nèi)容設(shè)計，一個重要而且艱巨的任務(wù)是如何從眾多的參考書中，選擇適合的教學資料，根據(jù)化學工程碩士研究生的知識結(jié)構(gòu)特點，科學合理設(shè)計教學內(nèi)容，完成教學目標。

3 課程教學內(nèi)容設(shè)計

經(jīng)過充分調(diào)研，我們首先確立了無機材料結(jié)構(gòu)表征技術(shù)課程的教學大綱：無機材料結(jié)構(gòu)表征技術(shù)是全日制化學工程碩士實踐課程，同時也可作為化學專業(yè)碩士研究生的專業(yè)選修課。通過本課程的講授，使學生掌握現(xiàn)代無機材料結(jié)構(gòu)表征的一些常用檢測技術(shù)，如X射線衍射分析、X射線熒光光譜分析、透射電子顯微分析、掃描電鏡顯微分析、熱分析等，掌握基本檢測原理、檢測方法、檢測結(jié)果分析及檢測技術(shù)應用范圍，為研究生論文設(shè)計，工廠生產(chǎn)實踐以及更進一步的科學研究工作打好基礎(chǔ)。同時在科學思維能力方面獲得應有的訓練和培養(yǎng)。

課程教學內(nèi)容設(shè)計突出實用性。教學內(nèi)容安排從研究目的出發(fā)，按照檢測應用對現(xiàn)代材料物理檢測技術(shù)進行分類，具體課程教學內(nèi)容包括7章，分別為：

第1章 現(xiàn)代無機材料概述。重點介紹一些先進無機材料，如功能陶瓷和高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、仿生材料、先進玻璃、人工晶體及無機納米材料。

第2章 材料形貌分析技術(shù)。包括掃描電子顯微分析(SEM)、透射電子顯微分析(TEM)、掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)。

第3章 結(jié)構(gòu)分析技術(shù)。包括X射線衍射分析(XRD)、激光拉曼光譜分析(Raman)、透射電鏡選區(qū)電子衍射分析。

第4章 成分分析。包括X射線熒光光譜分析(XRF)、電子探針顯微分析(EPMA)、電鏡能譜分析(EDS)。

第5章 界面分析。包括X射線光電子能譜(XPS)、紫外光電子能譜(UPS)、俄歇電子能譜(AES)。

第6章 激光粒度分析。

第7章 納米材料光譜分析。

4 課程建設(shè)特色

本課程的課堂教學在常規(guī)教學模式的基礎(chǔ)上，通過使用大量演示性多媒體課件，縮短從理論教學到實際應用的距離，同時在課程中引入國內(nèi)外最新研究成果，進行實例分析，擴大學生的視野，加強對檢測技術(shù)的掌握。本課程特色如下：

(1) 針對化學工程碩士應用型人才培養(yǎng)需求，注重學生綜合運用物理和化學檢測技術(shù)能力的培養(yǎng)。

課程內(nèi)容的設(shè)計、編排完全從技術(shù)應用出發(fā)，按照材料分析目的(如：形貌分析、結(jié)構(gòu)分析和表面分析等)組織教學內(nèi)容，將重要的檢測技術(shù)分散到各個章節(jié)中。在每一類技術(shù)介紹過程中，注重分析結(jié)果的處理，并與較新的研究結(jié)果相結(jié)合，同時聯(lián)合化學分析技術(shù)，使學生具備綜合運用各種分析技術(shù)的能力。在課堂講授過程中，根據(jù)化學工程碩士研究生的知識特點，深入淺出，以求達到最佳的教學效果。

(2) 應用多媒體進行教學, 解決內(nèi)容多與課時少的矛盾。

教學手段是否得當, 直接關(guān)系到教學目標的實現(xiàn)。利用計算機進行多媒體教學可以在單位時間內(nèi)為學生提供更多的知識信息。在實際教學中, 運用鏈接等技術(shù)將各種檢測技術(shù)的原理盡可能以動畫演示出來，并展示一些最新的研究實例，鼓勵學生進行現(xiàn)場分析，既節(jié)省時間，又有利于提高學生的學習興趣, 更有利于對知識的理解和掌握。

(3) 充分利用網(wǎng)絡(luò)資源, 激發(fā)學生學習興趣、豐富學習內(nèi)容。

計算機網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)與發(fā)展, 改變了人們的學習習慣與方式, 將人們帶入開放的學習時代。在有限的課時里, 的確有許多在課堂上不能傳授卻又十分重要的內(nèi)容, 尤其在當今知識爆炸的時代, 最新的研究成果往往難以及時收入教科書中，而這些能激發(fā)學生興趣和開發(fā)學生思維的最新研究成果往往都可以從網(wǎng)上獲得。

在講完每一類檢測分析技術(shù)后，要求學生利用網(wǎng)絡(luò)收集并整理最近一年報道的相關(guān)材料研究進展，探究檢測分析技術(shù)的具體應用，鼓勵學生相互交流收集整理的內(nèi)容。

(4) 課程受益面廣，相關(guān)教學文件可上網(wǎng)，資源共享。

無機材料結(jié)構(gòu)表征技術(shù)為我校全日制化學工程碩士生的必修實踐課程，同時也可作為無機化學、應用化學、物理化學等專業(yè)碩士生的選修課，因為材料的物理檢測技術(shù)也是化學專業(yè)學術(shù)型碩士研究生知識結(jié)構(gòu)中相對欠缺的內(nèi)容。

無機材料結(jié)構(gòu)表征技術(shù)課程的教學大綱、教學課件、習題、參考資料等對校內(nèi)師生免費開放，體現(xiàn)了我校研究型大學的特點和研究生教育的改革趨勢。

我們相信，通過無機材料結(jié)構(gòu)表征技術(shù)課程的學習，化學、化工專業(yè)的學生能夠掌握材料物理結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)，包括樣品的準備、檢測結(jié)果的分析，各種檢測技術(shù)的綜合運用，與化學分析技術(shù)的有機結(jié)合等,使得各種分析檢測技術(shù)能夠服務(wù)于企業(yè)生產(chǎn)實踐和新產(chǎn)品、新技術(shù)的研發(fā)以及科學研究等過程。

[1] 教育部關(guān)于做好全日制碩士專業(yè)學位研究生培養(yǎng)工作的若干意見.教研[2009]1號

[2] 趙北君，朱世富，何知宇，等.高等理科教育，2008(6)：77

[3] 王佩玲，李香庭，陸昌偉，等.現(xiàn)代無機材料組成與結(jié)構(gòu)表征.北京：高等教育出版社，2006

[4] 王中林.納米材料表征.曹茂盛，李金剛譯.北京：化學工業(yè)出版社，2005