黄明初,尹志民,徐国富

(中南大学有色金属材料科学与工程教育部重点实验室,湖南长沙 410083)

提高扫描电镜实验教学效果方法的探讨＊

黄明初,尹志民,徐国富

(中南大学有色金属材料科学与工程教育部重点实验室,湖南长沙 410083)

扫描电镜属于大型仪器,其学生实验不可能进行学生分组动手实验。通过对扫描电镜实验教学内容的精心选择、教学方法和教学管理模式的改进,使实验更具有针对性、实用性和趣味性。实践证明:三性合一能有效提高实验教学效果,学生能基本掌握运用扫描电镜从事材料研究工作。

针对性;实用性;趣味性;教学管理模式

扫描电镜广泛用于材料科学研究与生产实践,它是材料科学研究者的显微眼,熟练掌握其应用,给我们带来极大的方便,使材料科学研究不再是瞎子摸象。随着中国经济的发展,经济实力的增强,扫描作为价格昂贵的仪器,不再是实验设备中的贵族,其数量越来越多,这就需要更多的从事扫描镜工作的人才,这也给材料科学扫描镜实验教学提出了更高的要求。扫描电镜虽然近年来越来越多,但作为学校实验教学,特别是本科生的实验教学不可能象传统的实验教学一样进行学生分组实验 (价格昂贵且一间实验室不能安装多台,以免相互干扰),这样就给教学带来困难。本文通过对扫描电镜实验教学内容的精心选择和教学方法的改进,进一步提出改进教学管理模式,使实验更具有针对性、实用性和趣味性。实践证明:三性合一能有效提高实验教学效果,使学生在有限的实验时间内能基本掌握如何利用扫描电镜进行分析测试的方法,比较熟练地掌握这种日后从事材料研究工作的基本手段。

一、传统的扫描电镜实验教学存在的问题

(一)主观重视不够

过去因为设备少,扫描电镜主要是从事科研实验的工具,平时大量实验是为科研和生产服务,作为《材料组织与结构分析》课程的实验教学内容之一,扫描电镜实验教学的时间只占很少的一部分,所以,往往忽视了其教学的重要性,一般是走马观花式地上课,对学生的能力培养得不到落实。学生作为实验的主体,也没有充分认识到扫描电镜在日后的工作和学习中的重要作用,以致于常常有学生在做科研实验时,对扫描电镜分析测试方法几乎是一无所知。更有大量的本科学生走出校门,在生产实践中,面对很多属于材料方面的问题,束手无策。其实,这些问题大部分可以用扫描电镜和其他一些分析设备进行分析测试,就可以得到很好的解决方案。

(二)教学实验内容上有缺陷

一般的扫描电镜实验内容安排有较多的不合理,教师对电镜原理安排的比重太多,与《材料组织与结构分析》课堂教学的内容重复,材料分析实战的内容太少。学生实验的目的性不强。所以,学生实验后的效果差,多数是看看热闹而已,几乎不具备运用扫描电镜这种高效的手段进行微观组织与结构的分析能力。

(三)教学管理模式上有不足

一直以来,中国的大学教育对学生的动手实践能力重视不够,主要以理论考核为主。扫描电镜实验是《材料组织与结构分析》课程的实验内容之一,由于某种原因,《材料组织与结构分析》课堂教学与实验教学往往脱节,学生的扫描电镜实验考核成绩被忽视或占的比重大小,使学生对实验课的重视程度大打折扣,以致于有些学生上课缺席没有有效的监督机制,实验课教师也感到力不从心。

二、改进教学效果的有效途径

针对扫描电镜实验教学的困难,完全可以通过一些有效的途径来改变目前的状况[1]。

(一)改变思想观念

课堂教学教师首先要认识掌握扫描电镜这种工具的意义,密切配合实验课教师,让学生认识扫描电镜对于一个材料工作者的的重要性,着力培养学生的实践分析能力。扫描电镜就象材料工作者的眼睛,充分利用可能给我们带来方便与高效率,它在科研实验、生产实践、生产工艺故障分析等方面有着快速便捷的特点,特别是微观组织结构和微观成分分析方面,有着巨大的优势。

(二)精心设计教学实验内容

针对学生实验时间有限、又要有实实在在的教学效果的特点,我们设计了一套简洁、实用的教学实验内容,突出针对性 (教学内容与知识),注重实用实战性 (实用样品观察为主线),兼顾趣味性,一般来讲,大学教育很多时候是因学生成年而忽视了趣味性,其实趣味教学对大学生来说一样重要,同样可以达到提高教学效果的目的[2]。

首先,大大缩减扫描电镜原理内容,只是让学生知道其大概原理:利用高电压从高温灯丝拉出高速电子,使它轰击在所观测样品的表面,产生二次电子、背散射电子、俄歇电子、X射线等产物,再用不同特点的探头识别上述信号,从而形成不同特点的图像和结果。这样避免与课堂教学内容重复,又让学生从感性上认识理解扫描电镜的原理。扫描电镜的原理应该是以课堂教学为主,而且学生课后有充分的时间了解,不必挤占有限的实验教学时间。

其次,让学生在实战观察样品中提高分析能力和理解所涉及的课堂教学内容。这样,教学内容的安排要有一定的技巧,主要的原则是让学生在实战样品观察分析的过程中,学习理解要掌握的内容,从而达到贯穿教学内容的目的。

先安排不同断裂方式样品的观察,实战观察样品主要有:沿晶断裂 (包括沿晶脆性断和沿晶韧断)、穿晶断裂 (包括韧性断裂与脆性断裂以及什么是解理河流花样,使之与课堂教学遥相呼应,这些都是学生感兴趣的内容),在这些内容的教学中,同时用实例让学生看到什么是二次电子像和背散射电子像,加深对它们不同图像特点的理解,懂得在以后的实践中,什么时候是用二次电子像和背散射电子像。接下来是安排金相样品的观察,主要有铝合金铸态、均匀化样品和表面涂层的金相样品,通过观察,学生就会了解以下内容:金属化合物;偏析现象;涂层与扩散层;能谱点扫描、线扫描、面扫描 (面平均成份与面分布)。重点用实例突出能谱测试中各种方式的特点与应用场合,让学生知道以后在实践过程是如何根据自己的实验目的,选择什么样的方式为自己服务。最后安排的实例观察是粉末样品的观察,并总结出扫描电镜观察样品的一般步骤和原则:倍数由小到大、先宏观选区微观观察、高倍聚焦,低倍看像。最后安排的实点观察内容是学生自带样品,比如说头发的微观形貌 (激发学生的兴趣),同时要贯穿的教学内容是如何制样及注意事项,做到趣味性与知识的有机结合。最后的实验内容是图片实例观察,利用平时扫描电镜做的科研实验观察的大量实例,让学生观察,对各种各样的材料的微观形貌及其相应的生产工艺有所了解,以拓展学生的视野,激发学生的求知欲望,同时由于实验时间有限,这部分内容可以让课堂教学在时间上更有弹性,如果时间不够,可让学生拷贝,课后自己进行观察。通过对教学内容的巧妙安排,使教学的知识性、实用性、趣味性有机结合起来,达到提高教学效果的目的。

(三)加强学生实践能力的培养

扫描电镜的主要工作是为科研生产服务,实验教学的时间不多,但供学生实战观察的时间不少,平时从事科研生产的实验时间完全可以对学生开放[3]。在实验课后,实验室的科研生产实验对学生开放,让有兴趣的学生有机会进一步提高实战分析能力,有条件的还可以为学生提供扫描电镜操作培训的机会,为日后社会需要更多的扫描电镜工作者打下良好的基础。

(四)重视实验教学考核

传统的实验教学考核与课堂教学考核脱节,所以引起学生对实验教学的不重视。为了加强实验教学效果,必须把实验教学成绩考核作为必须过关的一环,让扫描电镜实验成为一门单独的成绩,这样对学生加强对实验教学内容的理解有极大的帮助,所以,我们安排了实验报告的内容,主要是加强学生对扫描电镜原理、二次电子像、背散射电子像、断裂方式、能谱的应用、样品的制备、实验观察的基本方法与原则的理解,做到温故而知新。

三、结语

在扫描电镜的教学实践中,我们的教学改革对提高实验教学效果起到了明显的作用,教学的针对性、实用性,趣味性浑然一体,教学内容丰富、紧凑,通过短短的数小时,学生基本上能够充分认识扫描电镜这种工具,掌握如何利用扫描电镜为自己的科研、生产服务,具备一定微观组织与结构的分析能力。这种教学方式的改革,对其他实验教学有一定的借鉴意义,如透射电镜的实验教学,其他专业如矿相分析教学、化学专业的显微分析教学等,只是它们的侧重点有所不同[4]。

[1]王筠.提高《大学物理学》教学质量的几点措施[J].湖北教育学院学报,2005,9,(5):84-85.

[2]王赛玲.科学实验的生活化趣味化初探[J].资治文摘,2009,(2):134.

[3]赵善民.开放实验室教学改革研究[J].医学教育探索,2009,8(9):1077-1078.

[4]樊洪泓.遗传学实验课教学改革创新初探[J].中国电力教育,2009,9(144):137-138.

2010-10-09

黄明初 (1969-),男,湖南浏阳人,硕士,实验师。