關(guān)于材料分析課程中XRD的實(shí)驗(yàn)教學(xué)思考

張曉萍+羅霞+宋濱娜+劉潔群

（蘇州大學(xué) 沙鋼鋼鐵學(xué)院，江蘇 蘇州 215021）

摘要：材料分析測(cè)試技術(shù)是材料相關(guān)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，它具有很強(qiáng)的應(yīng)用性及實(shí)踐性，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是其必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)，本文結(jié)合該課程的特點(diǎn)，尤其針對(duì)實(shí)驗(yàn)中心即將開設(shè)的X射線衍射實(shí)驗(yàn)課程，提出了一些教學(xué)側(cè)重點(diǎn)，以使學(xué)生能更好地掌握材料分析測(cè)試的方法，提高其對(duì)材料研究的綜合分析能力。

關(guān)鍵詞：材料分析；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；X射線衍射

中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）49-0260-02

材料的檢測(cè)和分析技術(shù)對(duì)于材料的發(fā)展起著關(guān)鍵的作用，因此在高校與材料有關(guān)聯(lián)的專業(yè)，如金屬材料、冶金工程、應(yīng)用物理、材料成型等，基本都開設(shè)了材料分析測(cè)試技術(shù)這門課程[1]。該課程的主要教學(xué)內(nèi)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(huì)簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)分析的主要手段，XRD的應(yīng)用越來越廣泛。

一、課程特點(diǎn)

材料分析測(cè)試技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，諸如XRD、SEM等大型設(shè)備有很強(qiáng)的應(yīng)用性，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)是必不可少的重要教學(xué)環(huán)節(jié)和有效教學(xué)形式，是將所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)際科研問題相聯(lián)系的重要紐帶。由于涉及的都是大型貴重設(shè)備儀器，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中多是以參觀或演示性實(shí)驗(yàn)為主，但即使有實(shí)驗(yàn)老師的講解和演示，學(xué)生最多也只是對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理及操作方法加深一下表觀認(rèn)識(shí)，其綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰八季S方法并不能得到很好的鍛煉[2]。

然而，材料分析測(cè)試技術(shù)這門課程的主要教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生了解現(xiàn)代材料分析的常用方法，熟悉各種分析設(shè)備的基本原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)和測(cè)試方法，以及學(xué)習(xí)如何對(duì)所得測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。我院根據(jù)自身專業(yè)特點(diǎn)及現(xiàn)有設(shè)備條件，將XRD和SEM作為該課程的主要教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容，以材料物理特性分析為主線，通過相關(guān)原理介紹、設(shè)備講解、以實(shí)例為輔助介紹測(cè)試方法及進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)練習(xí)，使學(xué)生在掌握材料物相結(jié)構(gòu)、形貌分析表征技術(shù)的基礎(chǔ)上，了解材料分析的一般性思維與方法，培養(yǎng)綜合應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)和設(shè)計(jì)分析方案并解決實(shí)際科研問題的能力。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的思考

為提高材料分析測(cè)試技術(shù)課程教學(xué)實(shí)踐效果，根據(jù)我院客觀條件并結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)及師生需求，擬提出以下六點(diǎn)對(duì)XRD的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)建。

1.側(cè)重結(jié)果分析。由于X射線衍射儀設(shè)備昂貴，有專職實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行管理，學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心也制定了專人操作制度，所以并不是每個(gè)學(xué)生都能親自進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，但鑒于畢業(yè)設(shè)計(jì)及很多學(xué)生在本科、研究生階段或?qū)砉ぷ髦卸紩?huì)參與到科研項(xiàng)目中，且根據(jù)XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shù)、結(jié)晶度等，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析對(duì)于XRD實(shí)驗(yàn)教學(xué)非常重要。

在XRD的課堂教學(xué)中會(huì)介紹X射線的本質(zhì)，X射線衍射的特點(diǎn)，以及如何利用XRD圖譜進(jìn)行物相分析，但由于課時(shí)限制，主要介紹相關(guān)原理知識(shí)，對(duì)于實(shí)際軟件分析僅有個(gè)別圖示示例。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)于儀器原理及結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)單介紹，以加深理解課堂學(xué)習(xí)的表觀認(rèn)識(shí)，實(shí)驗(yàn)課程側(cè)重點(diǎn)更應(yīng)該放在通過XRD測(cè)試結(jié)果可以獲取哪些信息以及如何獲取所需要的相關(guān)信息，讓學(xué)生通過具體分析測(cè)試結(jié)果來獲得結(jié)論，使其能在與實(shí)際科學(xué)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(xué)。雖然XRD實(shí)驗(yàn)教學(xué)側(cè)重點(diǎn)在結(jié)果分析上，但是在條件允許下，為使學(xué)生更能提高實(shí)踐效果，學(xué)院盡可能提供實(shí)驗(yàn)操作機(jī)會(huì)。根據(jù)我院學(xué)生人數(shù)及課程安排，可以將學(xué)生分成8-12人左右的幾個(gè)小組進(jìn)行小班授課，每堂課給每一小組布置2-3個(gè)案例并提供相關(guān)樣品，先讓學(xué)生對(duì)未知樣品進(jìn)行檢測(cè)，得到XRD圖譜結(jié)果后再讓其進(jìn)行分析并得出結(jié)論。在這過程中，學(xué)生會(huì)遇到許多問題，比如樣品的制備要求、測(cè)試條件，如何行進(jìn)結(jié)果分析等，然而通過這樣的分組實(shí)驗(yàn)，不僅每個(gè)學(xué)生都能真正參與到樣品測(cè)試和結(jié)果分析中，而且他們的主動(dòng)性和興趣性會(huì)得到提高，對(duì)知識(shí)的理解也會(huì)得到加強(qiáng)，另外也鍛煉了動(dòng)手能力。

三、案例教學(xué)

案例教學(xué)是一種能將理論和實(shí)際有效結(jié)合的教學(xué)方式，很適合材料分析測(cè)試技術(shù)這門課程，它不是單純的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，比傳統(tǒng)的講授法或舉例教學(xué)更有利于學(xué)生真正地理解教學(xué)內(nèi)容[3]。

在XRD的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以讓本院教師根據(jù)當(dāng)前的科研需求提供課堂所需的樣品和測(cè)試要求，讓學(xué)生通過小組討論及在教師指導(dǎo)下制定實(shí)驗(yàn)方案，采用正確的試樣制備方法，選擇恰當(dāng)?shù)膬x器附件及測(cè)試條件，并對(duì)測(cè)試結(jié)果有針對(duì)性的分析，最后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。由于我院各個(gè)教師的科研方向各有不同，因此能夠提供不同的測(cè)試樣品和測(cè)試目的，從而可以更加開拓學(xué)生的思維。

四、教學(xué)內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)

現(xiàn)在科技日新月異，各種分析檢測(cè)方法也不斷發(fā)展更新，這就要求教師的授課內(nèi)容也要緊跟專業(yè)發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)，將材料分析測(cè)試技術(shù)與當(dāng)前的科技前沿相結(jié)合，做到對(duì)學(xué)生及課程負(fù)責(zé)。例如，XRD近年來發(fā)展的高溫動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)、真空或保護(hù)性氣氛檢測(cè)技術(shù)、電池充放電實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)等，雖然暫時(shí)沒有條件讓學(xué)生親自操作，但是教學(xué)時(shí)還是需要查找相關(guān)資料讓學(xué)生了解。對(duì)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(duì)精修的軟件，如Maud、FullProf等，這些軟件及相關(guān)功能在實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)也應(yīng)進(jìn)行介紹，使學(xué)生能夠了解這些軟件的基本功能，為他們以后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)。

五、完善課程考核，注重教學(xué)反饋

實(shí)驗(yàn)教學(xué)想要取得良好的教學(xué)效果，不僅要教師的教授與引導(dǎo)，更要學(xué)生的積極參與，因此課程考核與教學(xué)反饋是很重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，這對(duì)教學(xué)質(zhì)量的保證和教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)起著非常關(guān)鍵的作用。

我院目前采用過程評(píng)價(jià)與結(jié)果評(píng)價(jià)相結(jié)合的課程考核模式。教師會(huì)觀察考核每個(gè)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中各環(huán)節(jié)的表現(xiàn)并給予評(píng)價(jià)，如將學(xué)生參與的積極性、發(fā)表的意見、完成實(shí)驗(yàn)情況等作為過程評(píng)價(jià)因子，對(duì)于每人最后提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為結(jié)果評(píng)價(jià)依據(jù)。但要建立完善的課程考核體系對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果進(jìn)行評(píng)定，還需要繼續(xù)探索及實(shí)踐。對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量也應(yīng)給予相當(dāng)重視，只有及時(shí)的反饋及改進(jìn)才能保證良好的教學(xué)質(zhì)量。在每一位教師新開設(shè)課程時(shí)，我院都會(huì)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(xué)有一個(gè)良好開端。在課程中，也會(huì)有專家不定期進(jìn)行課堂聽課，同時(shí)對(duì)學(xué)生會(huì)進(jìn)行問卷調(diào)查、課后回訪等，聽取學(xué)生對(duì)于課堂教學(xué)的意見及建議，并及時(shí)反饋給教師，使其做出相應(yīng)改進(jìn)，以便獲得更好的教學(xué)效果。

六、提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性

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

另外，現(xiàn)在高校中有很多大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目、挑戰(zhàn)杯賽等各種科研活動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生多參與，并且提供給學(xué)生足夠的科研條件，將實(shí)踐教學(xué)與這些項(xiàng)目相結(jié)合，讓學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中發(fā)揮主觀能動(dòng)性，同時(shí)也進(jìn)一步熟悉材料分析方法。

結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是材料分析測(cè)試技術(shù)課程的重要環(huán)節(jié)，為了讓學(xué)生在掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)的同時(shí)，進(jìn)一步學(xué)會(huì)如何根據(jù)材料研究的實(shí)際問題進(jìn)行分析，教師有責(zé)任、有義務(wù)探索更佳的教學(xué)方法來提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，使他們能夠真正實(shí)現(xiàn)知識(shí)、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙鳴，李濤，王海燕.材料分析與測(cè)試技術(shù)課程的實(shí)踐能力培養(yǎng)[J].中國(guó)冶金教育，2011，（6）：39.

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

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