朱巖巖，卞振濤，曹紅霞，張萍花

（宿州學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，安徽宿州 234000）

“材料分析測試”實驗是化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程與工藝、新能源材料與器件專業(yè)的必修實驗課程，也是在材料化學(xué)、材料分析方法、儀器分析等理論課程的基礎(chǔ)上所開展的一門重要實驗課。課程介紹了材料在不同領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀、應(yīng)用前景以及研究進(jìn)展。講解了多種材料分析方法及表征手段。目標(biāo)是通過課堂教學(xué)、實驗操作使學(xué)生了解典型的無機非金屬、金屬、高分子、復(fù)合材料的制備方法。掌握常用的現(xiàn)代分析測試儀器，能夠正確地選擇合適的實驗方法去解決問題。進(jìn)一步培養(yǎng)和提高學(xué)生在材料、化學(xué)、物理、生物等交叉學(xué)科的創(chuàng)新思維和實踐能力。為今后工作、學(xué)習(xí)以及畢業(yè)論文實驗提供必要的知識面和方法。因此，“材料分析測試”實驗課的教學(xué)質(zhì)量對學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)和綜合能力發(fā)展起到非常重要的作用[1-2]。然而，傳統(tǒng)的“材料分析測試”實驗教學(xué)中仍存在結(jié)構(gòu)陳舊、方式單一、考核不合理、學(xué)生動手和創(chuàng)新能力較弱等問題[3-5]。針對這些問題，文章提出了一系列改革措施，并設(shè)計了掃描電鏡實驗為例。希望通過這些措施的改革和探索，提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，并得到學(xué)生們的肯定。

1 “材料分析測試”實驗教學(xué)存在的問題

1.1 實驗教學(xué)結(jié)構(gòu)陳舊

“材料分析測試”實驗的教學(xué)內(nèi)容主要為一些簡單的實驗和基礎(chǔ)性操作，關(guān)于設(shè)計型、綜合型、應(yīng)用型實驗所占比例較少。這種陳舊的教學(xué)結(jié)構(gòu)不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合能力。

1.2 實驗教學(xué)方式單一

“材料分析測試”實驗教學(xué)時，通常是教師為主導(dǎo)的模式，根據(jù)教材講解實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗儀器、操作步驟、結(jié)果分析等各部分內(nèi)容。學(xué)生則被動地按部就班完成實驗，缺少對實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)結(jié)果的分析。單一的教學(xué)方式很難調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)自主性，不利于培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。

1.3 實驗中學(xué)生動手和創(chuàng)新能力較弱

“材料分析測試”實驗課程中使用的大多數(shù)進(jìn)口儀器設(shè)備，價格比較昂貴、數(shù)量少且維修成本高。因此一般是由老師進(jìn)行操作演示，學(xué)生能夠動手參與的機會很少。從而導(dǎo)致學(xué)生普遍注意力不夠集中，實驗過程中思考交流較少，對實驗和儀器理解不深，總體教學(xué)效果不好。

1.4 實驗考核不合理

“材料分析測試”實驗課的考核方式一般由平時成績和實驗報告成績組成?？紤]到學(xué)生參與度少，所做實驗內(nèi)容類似，并不能直接用實驗報告情況作為學(xué)生的最終實驗成績。不合理的考核方式會降低學(xué)生的積極性，產(chǎn)生實驗報告抄襲的不良現(xiàn)象。

2 “材料分析測試”實驗教學(xué)的改革措施

針對上述“材料分析測試”實驗課程教學(xué)中存在的問題，進(jìn)行教學(xué)反思，探索出了相對應(yīng)的教學(xué)改革措施。

2.1 優(yōu)化教學(xué)結(jié)構(gòu)

根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，除了常規(guī)實驗操作外，增加一些設(shè)計、綜合和應(yīng)用類型實驗，提升學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合能力。比如開展“鋰離子電池的制備及電化學(xué)性能研究”“靜電紡絲法制備納米纖維及樣品微觀形貌觀察”等實驗。同時選取與生活相關(guān)的綠色環(huán)保實驗，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如“磁性碳基復(fù)合材料的制備及電磁波吸收性能研究”“MOFs材料的制備及光催化降解有機染料廢水”等。

2.2 豐富教學(xué)方式

采用多媒體輔助實驗教學(xué)，提前準(zhǔn)備關(guān)于儀器設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、操作步驟、注意事項等照片和視頻。傳入慕課平臺，學(xué)生可以靈活安排時間，反復(fù)學(xué)習(xí)[6-7]。其次，老師在實驗課時應(yīng)邊操作邊提問，檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)情況和引導(dǎo)思考性學(xué)習(xí)。調(diào)整學(xué)生分組做實驗，有益于鍛煉團(tuán)隊意識和合作能力。此外，課上將額外補充學(xué)習(xí)文獻(xiàn)檢索、數(shù)據(jù)處理、繪圖分析和論文寫作等方面內(nèi)容，為學(xué)生畢業(yè)論文和科學(xué)研究打下堅實的基礎(chǔ)。

2.3 設(shè)置開放實驗室

為了增強學(xué)生的實驗動手能力和創(chuàng)新能力，學(xué)院設(shè)置開放實驗室，給予鍛煉學(xué)習(xí)的空間和時間[8]。包括合成制備實驗室和分析測試實驗室（自旋電子與納米材料安徽省重點實驗室），讓學(xué)生接觸到更多的材料合成方法和大型儀器。目前，自旋電子與納米材料安徽省重點實驗室具有X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、X射線熒光光譜儀、拉曼、紫外、紅外、研究級物理吸附儀、同步熱分析等儀器，學(xué)生可在老師的指導(dǎo)下快速完成材料制備和分析表征。此外，學(xué)校積極鼓勵學(xué)生參加大學(xué)生科研立項和大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練等各類項目，提高學(xué)生知識轉(zhuǎn)化、自主創(chuàng)新的綜合素質(zhì)。

2.4 完善實驗考核機制

完善實驗考核機制，進(jìn)行隨堂實驗操作考試，并將操作考試情況、慕課線上視頻學(xué)習(xí)、知識點測試、實驗報告都作為實驗成績的一部分。這樣可以更加真實合理地評價學(xué)生的實驗課學(xué)習(xí)程度。

3 以掃描電鏡實驗為例進(jìn)行實驗教學(xué)探索

研究發(fā)現(xiàn)，人類眼睛能夠分辨的兩點之間的最小距離為0.1～0.2mm，而生物上使用的光學(xué)顯微鏡的分辨率約為0.2μm。隨著納米材料的興起和發(fā)展，掃描電子顯微鏡成為觀察和表征材料的微觀組織、形貌結(jié)構(gòu)的有力工具，其分辨率可達(dá)0.2nm。掃描電鏡的工作原理是：通過電子束在樣品表面一定范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，采集表層所產(chǎn)生的二次電子信號，獲得試樣形貌襯度的信息。目前，掃描電鏡已廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、冶金、地質(zhì)、機械等科研和工程領(lǐng)域[9]。本文實驗課程教學(xué)中使用自旋電子與納米材料安徽省重點實驗室的日本日立公司SU1510 掃描電子顯微鏡，配套能譜儀X-act。儀器具有體積小、性能高、可變壓力等優(yōu)點，可以同時滿足樣品形貌觀察和微區(qū)成分定性定量分析。

設(shè)計掃描電鏡實驗的具體開展過程設(shè)計。實驗預(yù)習(xí)階段，教師通過慕課平臺，向?qū)W生介紹各類材料的微觀形貌圖片，生動立體，如視覺盛宴般，打開了精彩的微觀世界大門，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣。同時線上提供實驗課內(nèi)容及儀器設(shè)備相關(guān)視頻資料。學(xué)生在此基礎(chǔ)上完成實驗預(yù)習(xí)報告。實驗進(jìn)行階段，教師帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)實驗室，結(jié)合書本理論知識對掃描電鏡的結(jié)構(gòu)、工作原理、操作步驟及注意事項等進(jìn)行詳細(xì)深入的講解。教學(xué)時可將不同形貌的碳材料（碳球、碳納米管、石墨烯）進(jìn)行觀察對比，作為演示性實驗。同時，為增加實驗的探索性，準(zhǔn)備未知的待測樣品（比如不同摩爾比例的C/ZnO復(fù)合材料），要求學(xué)生分組完成樣品研磨、固定、噴金等過程，并獨立進(jìn)行檢測，來鍛煉學(xué)生的耐心和動手能力。另外，實驗課上穿插提問和討論環(huán)節(jié)，有利于集中學(xué)生注意力，培養(yǎng)思考解決問題的能力。實驗結(jié)束階段，注重數(shù)據(jù)的處理與圖譜分析。學(xué)生根據(jù)掃描圖片描述樣品形貌結(jié)構(gòu)，依據(jù)能譜圖確定微區(qū)的化學(xué)組成，嚴(yán)謹(jǐn)完成實驗報告的寫作。然后，教師通過多方面考查，給出合理的實驗成績。

通過掃描電鏡實驗課設(shè)計及教學(xué)過程的改革，學(xué)生對儀器、操作、數(shù)據(jù)分析以及繪圖等方面得到了充分理解掌握，綜合能力增強。學(xué)生參與度高，總體教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量較好。

4 結(jié)語

“材料分析測試”實驗課程的改革順應(yīng)高校課程改革和國家綠色可持續(xù)的發(fā)展方向，勢在必行。文中對“材料分析測試”實驗課程的教學(xué)結(jié)構(gòu)、教學(xué)方式和考核模式等方面進(jìn)行一系列探索式改革。提出優(yōu)化實驗內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合能力。采用慕課輔助教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。設(shè)置開放實驗室，增加學(xué)習(xí)主動性和科學(xué)研究的熱情。最后考核上強調(diào)實驗操作，鍛煉學(xué)生的動手能力。以掃描電鏡實驗的設(shè)計為例，在今后的實驗教學(xué)中，將繼續(xù)努力，堅持“以生為本”，爭取把學(xué)生培養(yǎng)成為綜合素質(zhì)高、創(chuàng)新和實踐能力強的全面應(yīng)用型人才。