現(xiàn)代冶金分析技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容改革探索

李杰，馮運(yùn)莉，宋卓斐，萬(wàn)德成，寧江利，郭婧，徐博

（華北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院河北省現(xiàn)代冶金技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北唐山 063210）

現(xiàn)代冶金分析技術(shù)是一門(mén)綜合性、實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，是冶金工程、材料加工工程等專(zhuān)業(yè)的必修課程，是研究材料科學(xué)的重要工具，在材料科學(xué)與工程學(xué)科的發(fā)展和相關(guān)的人才培養(yǎng)中具有舉足輕重的地位。但目前研究生使用的該課程的現(xiàn)代冶金分析技術(shù)類(lèi)教材中有部分內(nèi)容還存在程度上的跟不上材料分析技術(shù)的發(fā)展，講述的部分內(nèi)容老套，授課方法傳統(tǒng)，與現(xiàn)代分析技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用已不契合。這使得課程的培養(yǎng)目標(biāo)不明確，教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)代分析技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，使該學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容偏離了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)代分析技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，使學(xué)生對(duì)現(xiàn)代分析技術(shù)的最新發(fā)展趨勢(shì)認(rèn)識(shí)模糊，也無(wú)法掌握最新的分析技術(shù)和手段，嚴(yán)重阻礙了研究生在專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)與課題研究能力的拓展，對(duì)該學(xué)科的發(fā)展極為不利。因此該文在課程教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容方面進(jìn)行一些探索。

1 現(xiàn)代冶金分析方法課程內(nèi)容存在的問(wèn)題

該課程主要講述金屬材料的微觀形貌、結(jié)構(gòu)及成分分析的主要方法原理及基本技術(shù)。要求學(xué)生掌握光學(xué)顯微分析 (OM)、X 射線(xiàn)衍射儀 (XRD)、透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、電子探針的原理和儀器構(gòu)造及應(yīng)用，了解電子能譜分析、背散射電子衍射(EBSD)、俄歇電子能譜儀(AES)、掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)等分析方法。由于該課程涵蓋的分析測(cè)試方法眾多，各個(gè)分析測(cè)試方法之間獨(dú)立性較強(qiáng)，使課程的知識(shí)體系非常分散，因此在教學(xué)的過(guò)程中很難將各個(gè)章節(jié)的內(nèi)容連貫起來(lái)，使學(xué)生感覺(jué)教學(xué)內(nèi)容雜亂無(wú)章，很難系統(tǒng)的把握整個(gè)課程的脈絡(luò)，在課程學(xué)習(xí)結(jié)束后很難形成對(duì)分析測(cè)試方法系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，更無(wú)法具備綜合運(yùn)用各種分析測(cè)試方法來(lái)解決科研問(wèn)題的能力。

2 現(xiàn)代冶金分析方法教學(xué)改革建議

2.1 建立課程線(xiàn)索并貫穿于各個(gè)章節(jié)

該課程涵蓋了眾多的分析測(cè)試方法，各個(gè)分析測(cè)試方法獨(dú)立性較強(qiáng)，課程的知識(shí)體系非常分散。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，根據(jù)冶金分析測(cè)試方法的功能和應(yīng)用，將該課程所講授的所有內(nèi)容分為形貌分析、結(jié)構(gòu)分析、成分分析三個(gè)部分。

在課程的緒論部分，首先給學(xué)生講解該課程的知識(shí)體系線(xiàn)索為“形貌分析、結(jié)構(gòu)分析、成分分析”三部分，讓學(xué)生明確該課程所涵蓋的所有冶金分析測(cè)試方法都可歸類(lèi)于這三部分；同時(shí)，在講解某一具有多種功能的分析測(cè)試方法時(shí)，明確其不同功能分別屬于不同的部分，也將“形貌分析、結(jié)構(gòu)分析、成分分析”的知識(shí)體系作為課程的線(xiàn)索貫穿于各個(gè)章節(jié)之中。例如，講解掃描電鏡的章節(jié)時(shí)，由于掃描電鏡的主要功能為顯微形貌分析，因此其屬于形貌分析部分，但掃描電鏡通常都配有電子能譜配件，其功能為成分分析，因此在講解電子能譜分析時(shí)，要將其歸類(lèi)于成分分析。

將課程所涵蓋的所有冶金分析方法由“形貌分析、結(jié)構(gòu)分析、成分分析”三條線(xiàn)索貫穿起來(lái)，增強(qiáng)了課程的系統(tǒng)性，通過(guò)課程的學(xué)習(xí)能夠使學(xué)生對(duì)分析測(cè)試方法形成系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，能綜合運(yùn)用各種分析測(cè)試方法來(lái)解決實(shí)際的科研問(wèn)題。

2.2 結(jié)合學(xué)科特色與需求，強(qiáng)/弱化相關(guān)內(nèi)容

冶金分析技術(shù)涵蓋的內(nèi)容非常廣泛，作為一門(mén)學(xué)時(shí)有限的研究生課程不可能把所有的分析技術(shù)全部覆蓋，因此根據(jù)我校材料加工工程學(xué)科特色對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了取舍。課程對(duì)教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）由于該校材料加工工程學(xué)科對(duì)光學(xué)顯微分析技術(shù)應(yīng)用較多，因此增加光學(xué)顯微分析技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容。重點(diǎn)掌握光學(xué)顯微鏡的成像原理，理解光學(xué)顯微鏡的重要參數(shù)，了解偏光顯微鏡。

（2）根據(jù)該校材料加工工程學(xué)科的研究方向多集中于金屬材料方面的研究，對(duì)X 射線(xiàn)衍射分析部分的內(nèi)容進(jìn)行了取舍。重點(diǎn)掌握晶體衍射的基本原理，X 射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)技術(shù)，理解晶體倒易點(diǎn)陣的概念，掌握X 射線(xiàn)衍射定性物相分析和定量物相分析，掌握立方晶系點(diǎn)陣常數(shù)的精確測(cè)定。

（3）由于透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡在金屬材料的顯微分析中應(yīng)用最為廣泛，設(shè)置了該部分的講課內(nèi)容。重點(diǎn)掌握電子衍射原理，透射電鏡的結(jié)構(gòu)與成像原理，掌握透射電鏡在材料研究中的應(yīng)用；掌握掃描電鏡的工作原理和結(jié)構(gòu)，掌握掃描電鏡在材料研究中的應(yīng)用。

（4）針對(duì)該校在金屬材料微合金化以及金屬表面鍍層方面的研究特色，設(shè)置了材料微區(qū)成分分析技術(shù)的課程內(nèi)容。重點(diǎn)掌握電子探針、俄歇電子能譜儀的基本原理以及儀器在材料研究中的應(yīng)用。

2.3 與時(shí)俱進(jìn)更新教學(xué)內(nèi)容

在近年來(lái)，高校所使用的現(xiàn)代冶金分析技術(shù)教材的某些內(nèi)容，存在一定程度上跟不上檢測(cè)分析技術(shù)的發(fā)展的情況。例如，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)材料X 射線(xiàn)衍射圖譜數(shù)據(jù)的分析，在科研實(shí)踐中早已不再采用手工檢索PDF 卡片的方法了。又如，電子背散射衍射技術(shù)(EBSD)是一種較新的，用來(lái)分析多晶材料顯微結(jié)構(gòu)和組織的掃描電子顯微鏡技術(shù)，與傳統(tǒng)的分析技術(shù)相比其有許多優(yōu)勢(shì)。因此，增加了EBSD分析的課程內(nèi)容。講解EBSD 技術(shù)的原理的同時(shí)，重點(diǎn)講授了利用OIM Analysis 軟件分析材料織構(gòu)分布、晶界類(lèi)型等問(wèn)題的方法。

為了保證材料分析技術(shù)教學(xué)內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)，通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，將現(xiàn)代冶金分析技術(shù)的新進(jìn)展及時(shí)補(bǔ)充到教學(xué)過(guò)程中，使學(xué)生能夠了解最新的分析技術(shù)，為今后的課題研究打下了良好的基礎(chǔ)。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代冶金分析技術(shù)研究生課程的知識(shí)體系非常分散，各章節(jié)獨(dú)立性較強(qiáng)。根據(jù)課程的這些特點(diǎn)，該文對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革。確立了貫穿于各章節(jié)的講授線(xiàn)索，加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性，并強(qiáng)化了實(shí)際應(yīng)用；根據(jù)自身材料加工工程學(xué)科發(fā)展的特色和需要，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行取舍，更新了不適應(yīng)現(xiàn)代分析方法發(fā)展的陳舊課程內(nèi)容，注重學(xué)生實(shí)際分析能力的培養(yǎng)。為現(xiàn)代冶金分析技術(shù)課程的教學(xué)改革進(jìn)行了一些新探索。