《電子顯微分析》課程教學(xué)內(nèi)容及方法研究

王治國，宋見喜，張勝渠，董春香

(北華大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 吉林 132013)

《電子顯微分析》課程的前身是《材料現(xiàn)代分析測試方法》，最早是為原東北重型機械學(xué)院金相專業(yè)本科生開設(shè)的專業(yè)課，主要內(nèi)容包括電子光學(xué)基礎(chǔ)、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子探針、電子衍射、衍襯運動學(xué)和試樣制備等，目前已發(fā)展成為各高校材料科學(xué)與工程、應(yīng)用化學(xué)、材料物理、藥學(xué)、林學(xué)等專業(yè)的重要的專業(yè)選修課之一。該課程涵蓋內(nèi)容多，涉及專業(yè)廣，具有物理學(xué)、材料學(xué)、醫(yī)學(xué)和林學(xué)等多學(xué)科交叉的特點，是一門理論性和實踐性均較強的課程[1-2]。北華大學(xué)自2005年購置掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡后，相繼為相關(guān)專業(yè)的研究生以及本科生開設(shè)了該課程，旨在訓(xùn)練學(xué)生掌握透射電鏡、掃描電鏡、X射線能譜儀儀分析材料的微觀結(jié)構(gòu)、缺陷、形貌以及元素分布的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生在參加科研課題中正確使用電子顯微分析方法分析問題和解決問題的能力。然而隨著人才培養(yǎng)模式對實踐環(huán)節(jié)要求的提高，再加上以慕課(MOOC)[3-4]為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)在高等教育中的應(yīng)用，以及不斷縮短的學(xué)時進一步加大了學(xué)生理解與掌握理論及實踐操作方面的難度，因此無論是對教育理念、教學(xué)模式還是教學(xué)內(nèi)容以及考核方式都需要不斷探索、改革和實踐。

一、電子顯微分析教學(xué)中存在的問題

(一) 課程設(shè)置影響了教學(xué)效果

隨著生命科學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，人們對各種材料微觀結(jié)構(gòu)的研究也越來越深入，科研的發(fā)展推動了研究生甚至本科生越來越早地進入了實驗室參與到老師的科研項目中去，進而推動了電子顯微分析課程從研究生階段授課逐步下探到本科階段。由于物理、化學(xué)、材料、醫(yī)學(xué)、林學(xué)等不同學(xué)科專業(yè)培養(yǎng)方案各不相同，因而各專業(yè)該課程的開課學(xué)期及學(xué)時設(shè)置也不相同，導(dǎo)致了學(xué)生在開課前掌握的相關(guān)的物理理論基礎(chǔ)知識總體偏少且參差不齊，因而學(xué)生在上課時理解原理困難較大，普遍存在囫圇吞棗、現(xiàn)學(xué)現(xiàn)忘的現(xiàn)象。

(二) 教材缺少針對性與實用性

信息時代的到來促使新的理論不斷產(chǎn)生，新的分析方法和儀器設(shè)備層出不窮，因而電子顯微分析理論和知識更新的速度不斷加快。目前的教材要么專業(yè)性太強、理論過于系統(tǒng)而受限于學(xué)時，要么就是作為儀器分析教材的一個章節(jié)而太過簡略，對于綜合性大學(xué)的本科生既沒有針對性，又沒有合理突出不同專業(yè)特色的實用性，學(xué)生學(xué)習(xí)起來具有一定的難度[5-6]。

(三) 教學(xué)模式有待改善，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)有待提高

目前的教學(xué)現(xiàn)狀仍以多媒體加板書為主，缺少演示原理的Flash動畫，導(dǎo)致學(xué)生需要憑想象能力去思考原理知識，無法引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，影響了教學(xué)效果。此外，該課程既要求掌握理論知識，又要求掌握實際操作，本來課時就有限，可以分配給實驗操作環(huán)節(jié)的課時量更少，導(dǎo)致學(xué)生的實際培養(yǎng)水平與培養(yǎng)目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)。

綜上所述，電子顯微分析課程要按照各專業(yè)自身的特點和人才培養(yǎng)的需要，有的放矢地進行教學(xué)改革，多管齊下，把實用性和科學(xué)性貫穿于教學(xué)的各個環(huán)節(jié)之中，同時還要對該課程的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法進行大刀闊斧的改革。

二、對不同專業(yè)電子顯微分析教學(xué)的思考與建議

(一) 根據(jù)專業(yè)特點，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容上要有所為有所不為，突出科學(xué)性與實用性。首先要根據(jù)專業(yè)特點精選教材，教材作為教學(xué)內(nèi)容的載體有著至關(guān)重要的作用。教材既要給學(xué)生展示儀器設(shè)計與測試的原理，又要給學(xué)生展示與學(xué)科專業(yè)相關(guān)的應(yīng)用。這樣既能引起學(xué)生的興趣，又能使教學(xué)內(nèi)容具有針對性和相關(guān)性，利用有限的課時盡量拓展學(xué)生的知識面。其次要對教材中的內(nèi)容進行優(yōu)化，有重點、有側(cè)重地進行講授。要緊緊圍繞電子顯微分析的基本原理、基本分析技術(shù)、儀器的基本結(jié)構(gòu)和基本應(yīng)用這條主線，重點介紹相關(guān)的新理論、新方法、新技術(shù)及新成果。簡化處理那些冗長的公式推演，引入一些具有指導(dǎo)意義的應(yīng)用實例，做到突出重點、深入淺出、詳略得當(dāng)。除通用的原理以外，對林學(xué)、醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)，側(cè)重講授生物樣品的制備方法，而對材料類專業(yè)突出強調(diào)高分辨領(lǐng)域的原理與方法。這樣既能優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，又能突出教學(xué)重點與專業(yè)特色，從而提高教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)效率[7]。另外還可以通過“互聯(lián)網(wǎng)+教育”[8]技術(shù)，引入一些其他高校的優(yōu)秀課程，讓學(xué)生在課前利用這些教學(xué)資源進行預(yù)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率。可以針對同一章節(jié)、同一重點難點引進難度不同的教學(xué)資源，讓同學(xué)們可以根據(jù)自身的知識儲備情況，選擇適合自己的資源去學(xué)習(xí)，這樣可以在一定程度上彌補由理論基礎(chǔ)知識參差不齊而造成的教材沒有針對性的問題。

(二) 豐富教學(xué)手段，理論與實踐教學(xué)相結(jié)合

現(xiàn)代電子顯微分析要突破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，緊緊圍繞人才培養(yǎng)這一根本，從教學(xué)方法和教學(xué)手段上凸顯科學(xué)性與實用性。除利用多媒體與傳統(tǒng)板書相結(jié)合之外，可以借鑒網(wǎng)絡(luò)課與微課的模式，對一些重點難點問題，制作動畫模擬或?qū)嶋H操作的微視頻，讓學(xué)生能夠直觀地弄懂儀器的工作原理、結(jié)構(gòu)及操作。這些教學(xué)手段的引入可以提高教學(xué)的生動性與形象性，有利于集中學(xué)生的注意力從而提高教學(xué)效果。增加實踐操作的課時設(shè)置，讓學(xué)生及時地、近距離地感受、操作電子顯微鏡，把理論知識與實踐實時印證，加深印象從而掌握牢固[9-10]。為使學(xué)生增加對專業(yè)的認(rèn)知，教學(xué)過程中還要不斷引入該領(lǐng)域與課程相關(guān)的前沿技術(shù)，做到理論與實際的緊密結(jié)合。鼓勵開設(shè)綜合性、設(shè)計性實驗，鼓勵和引導(dǎo)本科生在老師的指導(dǎo)下積極參與科研活動，邊學(xué)邊練，互相印證，使學(xué)生在真正理解掌握基本原理和基本結(jié)構(gòu)的同時，還能真正了解和熟悉儀器的性能和操作方法，在實踐中提升學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新意識。

(三) 改革考核方式，綜合評價學(xué)生成績

客觀公正地評價學(xué)生成績是教學(xué)過程的一個重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的考核方式以學(xué)生出勤和實驗報告為主，再加上實驗課上由于學(xué)時緊、儀器少、人數(shù)多，實際教學(xué)中往往以教師的演示實驗為主。一個班的學(xué)生圍著一臺儀器，絕大多數(shù)人往往只看不做，走馬觀花地參觀一下，部分同學(xué)即便有上機操作的機會，時間也非常有限，根本沒有辦法全面考察學(xué)生對知識的掌握程度以及實踐能力。因此，可以把考核方式改革為理論筆試部分和實驗操作部分，筆試部分主要考察儀器及測試原理、樣品處理及注意事項，實驗操作部分采用輪轉(zhuǎn)制、小組化教學(xué)與考試，主要考察學(xué)生操作的規(guī)范性、合理性及結(jié)果處理分析能力，每個同學(xué)只完成實驗測試過程中的一部分，實驗完成后，同學(xué)將各自的數(shù)據(jù)共享，以便每個學(xué)生對實驗過程和結(jié)果進行全面的分析和討論。以此來鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生積極思考、主動參與，全面提升綜合素質(zhì)。

三、結(jié) 語

綜上所述，從課程體系、課堂教學(xué)、實驗安排及考核方式等幾方面指出了目前電子顯微分析教學(xué)中存在的問題，論述了以往教學(xué)條件和教學(xué)方法的弊端，同時針對性地提出了教學(xué)改革的思路，優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段，改革了考核方式，從而使教學(xué)內(nèi)容更加合理完善，教學(xué)方式更加科學(xué)多樣，考核方式更加靈活有效。既可以為本科畢業(yè)設(shè)計階段的表征分析打下堅實的基礎(chǔ)，又可以為培養(yǎng)適合新形勢下培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱要求的知識型、技術(shù)型、創(chuàng)新型科研人才提供借鑒。