《材料分析方法》中透射電鏡教學(xué)方法的探討

陳鳳娟 金學(xué)坤

摘?要：透射電鏡是《材料分析方法》教學(xué)中的難點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)實(shí)際和該內(nèi)容自身的特點(diǎn)，提出了橫向比較、結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方法來(lái)促進(jìn)這一內(nèi)容的教學(xué)，進(jìn)一步提升教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：透射電鏡;橫向比較;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

Discussion?on?the?Teaching?Method

of?Transmission?Electron?Microscope?in?Material?Analysis?Method

Chen?Fengjuan?Jin?Xuekun

School?of?Physics?Science?and?Technology，Xinjiang?University?XinjiangUrumqi?830046

Abstract：Transmission?electron?microscopy?is?a?difficult?point?in?the?teaching?of?"Material?Analysis?Methods".Combining?the?teaching?practice?with?the?characteristics?of?the?content?itself，it?proposes?horizontal?comparison?and?combined?with?experimental?teaching?to?promote?the?teaching?of?the?content，and?further?enhances?the?teaching?effect.

Key?words：Transmission?electron?microscopy;Horizontal?comparison;Experimental?teaching

《材料分析方法》是材料科學(xué)與工程學(xué)科的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是關(guān)于材料分析理論及技術(shù)的一門(mén)課程。學(xué)好該課程是正確認(rèn)識(shí)和理解材料成分、結(jié)構(gòu)、加工和性能四要素，合理設(shè)計(jì)材料的加工工藝，實(shí)現(xiàn)材料性能控制的前提。

透射電鏡是這門(mén)課程的核心內(nèi)容之一，所占篇幅較大，概念和理論較多，且內(nèi)容比較抽象，一直以來(lái)是教學(xué)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。但是，該部分內(nèi)容對(duì)于材料表征和應(yīng)用來(lái)說(shuō)又非常重要。因此，如何開(kāi)展好透射電鏡基本原理和結(jié)構(gòu)，及其在科研工作中實(shí)際應(yīng)用的研究，就顯得格外重要。

本文結(jié)合透射電鏡該部分內(nèi)容的自身特點(diǎn)，通過(guò)與光學(xué)顯微鏡橫向比較，分析了透射電鏡的工作原理、優(yōu)勢(shì)及具有物相分析和組織觀察兩種功能的原因。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合，加深了學(xué)生對(duì)透射電鏡工作原理和應(yīng)用的視覺(jué)感悟，提出了課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的高效的教學(xué)方法，取得了良好的教學(xué)效果。

1?橫向比較，加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)

在以往的教學(xué)當(dāng)中，對(duì)透射電鏡的工作原理，由于學(xué)生初次接觸理解困難，導(dǎo)致學(xué)生領(lǐng)悟不透，不能很好地掌握該技術(shù)。因此，我們應(yīng)該重視透射電鏡理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，加深對(duì)該內(nèi)容的研究。

1.1?明確學(xué)習(xí)目的

透射電鏡的工作原理，仍然是阿貝成像原理。即平行光束受到具有周期性特征物體的散射作用在物鏡的后焦面形成各級(jí)衍射譜，各級(jí)衍射波重新在像平面上形成反映物的特征的像。在講解該部分時(shí)需要強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)目的，使學(xué)生明白透射電鏡具有兩大功能（物相分析和組織觀察），即通過(guò)透射電鏡可以得到衍射譜和物像，啟發(fā)學(xué)生去探究采取何種措施可以獲得衍射譜和物像。

1.2?橫向比較，分析原理

光學(xué)顯微鏡和透射電鏡的工作原理均是阿貝成像原理。但是，兩者又有著明顯不同。首先，光源不同。光學(xué)顯微鏡的光源是日光，而透射電鏡的光源是由電子槍產(chǎn)生的電子束，同時(shí)高壓電場(chǎng)將該電子束加速到所需的能量，從而達(dá)到高質(zhì)量的成像。其次，透鏡不同。光學(xué)顯微鏡的透鏡是玻璃透鏡，而透射電鏡的成像部分則采用電磁透鏡進(jìn)行三級(jí)逐步放大，放大倍數(shù)可達(dá)數(shù)百萬(wàn)，從而獲得原子級(jí)的分辨率，來(lái)直接觀測(cè)原子像。

此外，與光學(xué)顯微鏡相比，透射電鏡兼具物相分析和組織觀察兩種功能。在透射電鏡中，這兩種功能主要是通過(guò)改變中間鏡的電流實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)中間鏡的物面取在物鏡的像面上時(shí)，則將圖像進(jìn)一步放大，即得到圖像;當(dāng)中間鏡聚焦，物面取在物鏡的后焦面時(shí)，則將衍射譜放大，即得到衍射花樣。這就是透射電鏡既能得到衍射花樣又能觀察到圖像的原因。

1.3?總結(jié)歸納

在光學(xué)顯微鏡和透射電鏡的光源、透鏡和成像模式橫向比較的基礎(chǔ)上，可以更加明確透射電鏡的優(yōu)勢(shì)。比如，高的圖像分辨率，微區(qū)物相分析以及立體豐富的信息，從而加深對(duì)透射電鏡工作原理的理解，促進(jìn)透射電鏡在教學(xué)、科研等實(shí)際工作中的應(yīng)用。

2?結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，加深理解

透射電鏡的理論性較強(qiáng)，比較抽象。研究發(fā)現(xiàn)，眼、耳等多種感官并用，學(xué)習(xí)效率最高。僅憑課堂中的理論教學(xué)學(xué)生很難深入理解，若結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀摩實(shí)驗(yàn)并傾聽(tīng)教師講解實(shí)驗(yàn)儀器等方式，則可把透射電鏡的結(jié)構(gòu)、工作原理和應(yīng)用等過(guò)程直觀形象地展現(xiàn)在學(xué)生面前，加深學(xué)生對(duì)透射電鏡理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用的理解。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)師生共同學(xué)習(xí)踐行的過(guò)程，可以提高學(xué)生探索知識(shí)的積極性，并改進(jìn)課堂教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。在教師的指導(dǎo)下，首先，學(xué)生進(jìn)行透射電鏡實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)，為開(kāi)展實(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備工作。然后，教師現(xiàn)場(chǎng)講解透射電鏡的原理、結(jié)構(gòu)等知識(shí)，并與課堂上的理論教學(xué)相對(duì)照，加深學(xué)生對(duì)透射電鏡的理解。同時(shí)，選取某一樣品，教師現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行透射電鏡的測(cè)試，說(shuō)明透射電鏡在形貌和物相分析方面的應(yīng)用。最后，教師要求學(xué)生對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在教師指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展透射電鏡實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，學(xué)生將課堂所學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合，加深了對(duì)課堂理論知識(shí)的理解，提高了他們的學(xué)習(xí)創(chuàng)造能力。

通過(guò)課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)多種教學(xué)方式的結(jié)合，可調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)習(xí)效果，并培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)的能力。

3?總結(jié)

總之，透射電鏡是《材料分析方法》課程中非常重要的一部分內(nèi)容。通過(guò)該部分內(nèi)容的講授，可以增進(jìn)學(xué)生對(duì)透射電鏡理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生將其應(yīng)用在科研和工作中的能力，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)造性思維。筆者對(duì)如何加強(qiáng)學(xué)生對(duì)透射電鏡理解的問(wèn)題進(jìn)行了思考，在教學(xué)手段上進(jìn)行了實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果。在今后的教學(xué)工作中，仍需要不斷嘗試，進(jìn)一步提高教學(xué)效果并培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

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作者簡(jiǎn)介：陳鳳娟（1984-），女，博士，副教授，主要從事光電材料方面的教學(xué)科研工作。