黃明初,尹志民,徐國富

(中南大學(xué)有色金屬材料科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南長沙 410083)

提高掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果方法的探討＊

黃明初,尹志民,徐國富

(中南大學(xué)有色金屬材料科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南長沙 410083)

掃描電鏡屬于大型儀器,其學(xué)生實(shí)驗(yàn)不可能進(jìn)行學(xué)生分組動手實(shí)驗(yàn)。通過對掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的精心選擇、教學(xué)方法和教學(xué)管理模式的改進(jìn),使實(shí)驗(yàn)更具有針對性、實(shí)用性和趣味性。實(shí)踐證明:三性合一能有效提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果,學(xué)生能基本掌握運(yùn)用掃描電鏡從事材料研究工作。

針對性;實(shí)用性;趣味性;教學(xué)管理模式

掃描電鏡廣泛用于材料科學(xué)研究與生產(chǎn)實(shí)踐,它是材料科學(xué)研究者的顯微眼,熟練掌握其應(yīng)用,給我們帶來極大的方便,使材料科學(xué)研究不再是瞎子摸象。隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng),掃描作為價(jià)格昂貴的儀器,不再是實(shí)驗(yàn)設(shè)備中的貴族,其數(shù)量越來越多,這就需要更多的從事掃描鏡工作的人才,這也給材料科學(xué)掃描鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了更高的要求。掃描電鏡雖然近年來越來越多,但作為學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué),特別是本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不可能象傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)一樣進(jìn)行學(xué)生分組實(shí)驗(yàn) (價(jià)格昂貴且一間實(shí)驗(yàn)室不能安裝多臺,以免相互干擾),這樣就給教學(xué)帶來困難。本文通過對掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的精心選擇和教學(xué)方法的改進(jìn),進(jìn)一步提出改進(jìn)教學(xué)管理模式,使實(shí)驗(yàn)更具有針對性、實(shí)用性和趣味性。實(shí)踐證明:三性合一能有效提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果,使學(xué)生在有限的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)能基本掌握如何利用掃描電鏡進(jìn)行分析測試的方法,比較熟練地掌握這種日后從事材料研究工作的基本手段。

一、傳統(tǒng)的掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

(一)主觀重視不夠

過去因?yàn)樵O(shè)備少,掃描電鏡主要是從事科研實(shí)驗(yàn)的工具,平時(shí)大量實(shí)驗(yàn)是為科研和生產(chǎn)服務(wù),作為《材料組織與結(jié)構(gòu)分析》課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容之一,掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間只占很少的一部分,所以,往往忽視了其教學(xué)的重要性,一般是走馬觀花式地上課,對學(xué)生的能力培養(yǎng)得不到落實(shí)。學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)的主體,也沒有充分認(rèn)識到掃描電鏡在日后的工作和學(xué)習(xí)中的重要作用,以致于常常有學(xué)生在做科研實(shí)驗(yàn)時(shí),對掃描電鏡分析測試方法幾乎是一無所知。更有大量的本科學(xué)生走出校門,在生產(chǎn)實(shí)踐中,面對很多屬于材料方面的問題,束手無策。其實(shí),這些問題大部分可以用掃描電鏡和其他一些分析設(shè)備進(jìn)行分析測試,就可以得到很好的解決方案。

(二)教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上有缺陷

一般的掃描電鏡實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排有較多的不合理,教師對電鏡原理安排的比重太多,與《材料組織與結(jié)構(gòu)分析》課堂教學(xué)的內(nèi)容重復(fù),材料分析實(shí)戰(zhàn)的內(nèi)容太少。學(xué)生實(shí)驗(yàn)的目的性不強(qiáng)。所以,學(xué)生實(shí)驗(yàn)后的效果差,多數(shù)是看看熱鬧而已,幾乎不具備運(yùn)用掃描電鏡這種高效的手段進(jìn)行微觀組織與結(jié)構(gòu)的分析能力。

(三)教學(xué)管理模式上有不足

一直以來,中國的大學(xué)教育對學(xué)生的動手實(shí)踐能力重視不夠,主要以理論考核為主。掃描電鏡實(shí)驗(yàn)是《材料組織與結(jié)構(gòu)分析》課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之一,由于某種原因,《材料組織與結(jié)構(gòu)分析》課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往脫節(jié),學(xué)生的掃描電鏡實(shí)驗(yàn)考核成績被忽視或占的比重大小,使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課的重視程度大打折扣,以致于有些學(xué)生上課缺席沒有有效的監(jiān)督機(jī)制,實(shí)驗(yàn)課教師也感到力不從心。

二、改進(jìn)教學(xué)效果的有效途徑

針對掃描電鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)的困難,完全可以通過一些有效的途徑來改變目前的狀況[1]。

(一)改變思想觀念

課堂教學(xué)教師首先要認(rèn)識掌握掃描電鏡這種工具的意義,密切配合實(shí)驗(yàn)課教師,讓學(xué)生認(rèn)識掃描電鏡對于一個(gè)材料工作者的的重要性,著力培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐分析能力。掃描電鏡就象材料工作者的眼睛,充分利用可能給我們帶來方便與高效率,它在科研實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)踐、生產(chǎn)工藝故障分析等方面有著快速便捷的特點(diǎn),特別是微觀組織結(jié)構(gòu)和微觀成分分析方面,有著巨大的優(yōu)勢。

(二)精心設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

針對學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限、又要有實(shí)實(shí)在在的教學(xué)效果的特點(diǎn),我們設(shè)計(jì)了一套簡潔、實(shí)用的教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,突出針對性 (教學(xué)內(nèi)容與知識),注重實(shí)用實(shí)戰(zhàn)性 (實(shí)用樣品觀察為主線),兼顧趣味性,一般來講,大學(xué)教育很多時(shí)候是因?qū)W生成年而忽視了趣味性,其實(shí)趣味教學(xué)對大學(xué)生來說一樣重要,同樣可以達(dá)到提高教學(xué)效果的目的[2]。

首先,大大縮減掃描電鏡原理內(nèi)容,只是讓學(xué)生知道其大概原理:利用高電壓從高溫?zé)艚z拉出高速電子,使它轟擊在所觀測樣品的表面,產(chǎn)生二次電子、背散射電子、俄歇電子、X射線等產(chǎn)物,再用不同特點(diǎn)的探頭識別上述信號,從而形成不同特點(diǎn)的圖像和結(jié)果。這樣避免與課堂教學(xué)內(nèi)容重復(fù),又讓學(xué)生從感性上認(rèn)識理解掃描電鏡的原理。掃描電鏡的原理應(yīng)該是以課堂教學(xué)為主,而且學(xué)生課后有充分的時(shí)間了解,不必?cái)D占有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間。

其次,讓學(xué)生在實(shí)戰(zhàn)觀察樣品中提高分析能力和理解所涉及的課堂教學(xué)內(nèi)容。這樣,教學(xué)內(nèi)容的安排要有一定的技巧,主要的原則是讓學(xué)生在實(shí)戰(zhàn)樣品觀察分析的過程中,學(xué)習(xí)理解要掌握的內(nèi)容,從而達(dá)到貫穿教學(xué)內(nèi)容的目的。

先安排不同斷裂方式樣品的觀察,實(shí)戰(zhàn)觀察樣品主要有:沿晶斷裂 (包括沿晶脆性斷和沿晶韌斷)、穿晶斷裂 (包括韌性斷裂與脆性斷裂以及什么是解理河流花樣,使之與課堂教學(xué)遙相呼應(yīng),這些都是學(xué)生感興趣的內(nèi)容),在這些內(nèi)容的教學(xué)中,同時(shí)用實(shí)例讓學(xué)生看到什么是二次電子像和背散射電子像,加深對它們不同圖像特點(diǎn)的理解,懂得在以后的實(shí)踐中,什么時(shí)候是用二次電子像和背散射電子像。接下來是安排金相樣品的觀察,主要有鋁合金鑄態(tài)、均勻化樣品和表面涂層的金相樣品,通過觀察,學(xué)生就會了解以下內(nèi)容:金屬化合物;偏析現(xiàn)象;涂層與擴(kuò)散層;能譜點(diǎn)掃描、線掃描、面掃描 (面平均成份與面分布)。重點(diǎn)用實(shí)例突出能譜測試中各種方式的特點(diǎn)與應(yīng)用場合,讓學(xué)生知道以后在實(shí)踐過程是如何根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?選擇什么樣的方式為自己服務(wù)。最后安排的實(shí)例觀察是粉末樣品的觀察,并總結(jié)出掃描電鏡觀察樣品的一般步驟和原則:倍數(shù)由小到大、先宏觀選區(qū)微觀觀察、高倍聚焦,低倍看像。最后安排的實(shí)點(diǎn)觀察內(nèi)容是學(xué)生自帶樣品,比如說頭發(fā)的微觀形貌 (激發(fā)學(xué)生的興趣),同時(shí)要貫穿的教學(xué)內(nèi)容是如何制樣及注意事項(xiàng),做到趣味性與知識的有機(jī)結(jié)合。最后的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是圖片實(shí)例觀察,利用平時(shí)掃描電鏡做的科研實(shí)驗(yàn)觀察的大量實(shí)例,讓學(xué)生觀察,對各種各樣的材料的微觀形貌及其相應(yīng)的生產(chǎn)工藝有所了解,以拓展學(xué)生的視野,激發(fā)學(xué)生的求知欲望,同時(shí)由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限,這部分內(nèi)容可以讓課堂教學(xué)在時(shí)間上更有彈性,如果時(shí)間不夠,可讓學(xué)生拷貝,課后自己進(jìn)行觀察。通過對教學(xué)內(nèi)容的巧妙安排,使教學(xué)的知識性、實(shí)用性、趣味性有機(jī)結(jié)合起來,達(dá)到提高教學(xué)效果的目的。

(三)加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)

掃描電鏡的主要工作是為科研生產(chǎn)服務(wù),實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間不多,但供學(xué)生實(shí)戰(zhàn)觀察的時(shí)間不少,平時(shí)從事科研生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)時(shí)間完全可以對學(xué)生開放[3]。在實(shí)驗(yàn)課后,實(shí)驗(yàn)室的科研生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)對學(xué)生開放,讓有興趣的學(xué)生有機(jī)會進(jìn)一步提高實(shí)戰(zhàn)分析能力,有條件的還可以為學(xué)生提供掃描電鏡操作培訓(xùn)的機(jī)會,為日后社會需要更多的掃描電鏡工作者打下良好的基礎(chǔ)。

(四)重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核與課堂教學(xué)考核脫節(jié),所以引起學(xué)生對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不重視。為了加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果,必須把實(shí)驗(yàn)教學(xué)成績考核作為必須過關(guān)的一環(huán),讓掃描電鏡實(shí)驗(yàn)成為一門單獨(dú)的成績,這樣對學(xué)生加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的理解有極大的幫助,所以,我們安排了實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容,主要是加強(qiáng)學(xué)生對掃描電鏡原理、二次電子像、背散射電子像、斷裂方式、能譜的應(yīng)用、樣品的制備、實(shí)驗(yàn)觀察的基本方法與原則的理解,做到溫故而知新。

三、結(jié)語

在掃描電鏡的教學(xué)實(shí)踐中,我們的教學(xué)改革對提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果起到了明顯的作用,教學(xué)的針對性、實(shí)用性,趣味性渾然一體,教學(xué)內(nèi)容豐富、緊湊,通過短短的數(shù)小時(shí),學(xué)生基本上能夠充分認(rèn)識掃描電鏡這種工具,掌握如何利用掃描電鏡為自己的科研、生產(chǎn)服務(wù),具備一定微觀組織與結(jié)構(gòu)的分析能力。這種教學(xué)方式的改革,對其他實(shí)驗(yàn)教學(xué)有一定的借鑒意義,如透射電鏡的實(shí)驗(yàn)教學(xué),其他專業(yè)如礦相分析教學(xué)、化學(xué)專業(yè)的顯微分析教學(xué)等,只是它們的側(cè)重點(diǎn)有所不同[4]。

[1]王筠.提高《大學(xué)物理學(xué)》教學(xué)質(zhì)量的幾點(diǎn)措施[J].湖北教育學(xué)院學(xué)報(bào),2005,9,(5):84-85.

[2]王賽玲.科學(xué)實(shí)驗(yàn)的生活化趣味化初探[J].資治文摘,2009,(2):134.

[3]趙善民.開放實(shí)驗(yàn)室教學(xué)改革研究[J].醫(yī)學(xué)教育探索,2009,8(9):1077-1078.

[4]樊洪泓.遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革創(chuàng)新初探[J].中國電力教育,2009,9(144):137-138.

2010-10-09

黃明初 (1969-),男,湖南瀏陽人,碩士,實(shí)驗(yàn)師。