朱岩岩，卞振涛，曹红霞，张萍花

（宿州学院 化学化工学院，安徽宿州 234000）

“材料分析测试”实验是化学化工学院应用化学、化学工程与工艺、新能源材料与器件专业的必修实验课程，也是在材料化学、材料分析方法、仪器分析等理论课程的基础上所开展的一门重要实验课。课程介绍了材料在不同领域的应用现状、应用前景以及研究进展。讲解了多种材料分析方法及表征手段。目标是通过课堂教学、实验操作使学生了解典型的无机非金属、金属、高分子、复合材料的制备方法。掌握常用的现代分析测试仪器，能够正确地选择合适的实验方法去解决问题。进一步培养和提高学生在材料、化学、物理、生物等交叉学科的创新思维和实践能力。为今后工作、学习以及毕业论文实验提供必要的知识面和方法。因此，“材料分析测试”实验课的教学质量对学生专业学习和综合能力发展起到非常重要的作用[1-2]。然而，传统的“材料分析测试”实验教学中仍存在结构陈旧、方式单一、考核不合理、学生动手和创新能力较弱等问题[3-5]。针对这些问题，文章提出了一系列改革措施，并设计了扫描电镜实验为例。希望通过这些措施的改革和探索，提高教学效果和教学质量，并得到学生们的肯定。

1 “材料分析测试”实验教学存在的问题

1.1 实验教学结构陈旧

“材料分析测试”实验的教学内容主要为一些简单的实验和基础性操作，关于设计型、综合型、应用型实验所占比例较少。这种陈旧的教学结构不利于培养学生的创新思维和综合能力。

1.2 实验教学方式单一

“材料分析测试”实验教学时，通常是教师为主导的模式，根据教材讲解实验目的、实验原理、实验仪器、操作步骤、结果分析等各部分内容。学生则被动地按部就班完成实验，缺少对实验现象和数据结果的分析。单一的教学方式很难调动学生的学习兴趣和学习自主性，不利于培养学生解决实际问题的能力。

1.3 实验中学生动手和创新能力较弱

“材料分析测试”实验课程中使用的大多数进口仪器设备，价格比较昂贵、数量少且维修成本高。因此一般是由老师进行操作演示，学生能够动手参与的机会很少。从而导致学生普遍注意力不够集中，实验过程中思考交流较少，对实验和仪器理解不深，总体教学效果不好。

1.4 实验考核不合理

“材料分析测试”实验课的考核方式一般由平时成绩和实验报告成绩组成。考虑到学生参与度少，所做实验内容类似，并不能直接用实验报告情况作为学生的最终实验成绩。不合理的考核方式会降低学生的积极性，产生实验报告抄袭的不良现象。

2 “材料分析测试”实验教学的改革措施

针对上述“材料分析测试”实验课程教学中存在的问题，进行教学反思，探索出了相对应的教学改革措施。

2.1 优化教学结构

根据学生学习情况，除了常规实验操作外，增加一些设计、综合和应用类型实验，提升学生的创新思维和综合能力。比如开展“锂离子电池的制备及电化学性能研究”“静电纺丝法制备纳米纤维及样品微观形貌观察”等实验。同时选取与生活相关的绿色环保实验，激发学生的学习兴趣。如“磁性碳基复合材料的制备及电磁波吸收性能研究”“MOFs材料的制备及光催化降解有机染料废水”等。

2.2 丰富教学方式

采用多媒体辅助实验教学，提前准备关于仪器设备的内部结构、工作原理、操作步骤、注意事项等照片和视频。传入慕课平台，学生可以灵活安排时间，反复学习[6-7]。其次，老师在实验课时应边操作边提问，检查学生的预习情况和引导思考性学习。调整学生分组做实验，有益于锻炼团队意识和合作能力。此外，课上将额外补充学习文献检索、数据处理、绘图分析和论文写作等方面内容，为学生毕业论文和科学研究打下坚实的基础。

2.3 设置开放实验室

为了增强学生的实验动手能力和创新能力，学院设置开放实验室，给予锻炼学习的空间和时间[8]。包括合成制备实验室和分析测试实验室（自旋电子与纳米材料安徽省重点实验室），让学生接触到更多的材料合成方法和大型仪器。目前，自旋电子与纳米材料安徽省重点实验室具有X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线荧光光谱仪、拉曼、紫外、红外、研究级物理吸附仪、同步热分析等仪器，学生可在老师的指导下快速完成材料制备和分析表征。此外，学校积极鼓励学生参加大学生科研立项和大学生创新训练等各类项目，提高学生知识转化、自主创新的综合素质。

2.4 完善实验考核机制

完善实验考核机制，进行随堂实验操作考试，并将操作考试情况、慕课线上视频学习、知识点测试、实验报告都作为实验成绩的一部分。这样可以更加真实合理地评价学生的实验课学习程度。

3 以扫描电镜实验为例进行实验教学探索

研究发现，人类眼睛能够分辨的两点之间的最小距离为0.1～0.2mm，而生物上使用的光学显微镜的分辨率约为0.2μm。随着纳米材料的兴起和发展，扫描电子显微镜成为观察和表征材料的微观组织、形貌结构的有力工具，其分辨率可达0.2nm。扫描电镜的工作原理是：通过电子束在样品表面一定范围内进行扫描，采集表层所产生的二次电子信号，获得试样形貌衬度的信息。目前，扫描电镜已广泛应用于材料科学、化学、生物学、医学、冶金、地质、机械等科研和工程领域[9]。本文实验课程教学中使用自旋电子与纳米材料安徽省重点实验室的日本日立公司SU1510 扫描电子显微镜，配套能谱仪X-act。仪器具有体积小、性能高、可变压力等优点，可以同时满足样品形貌观察和微区成分定性定量分析。

设计扫描电镜实验的具体开展过程设计。实验预习阶段，教师通过慕课平台，向学生介绍各类材料的微观形貌图片，生动立体，如视觉盛宴般，打开了精彩的微观世界大门，激发学生的学习热情和兴趣。同时线上提供实验课内容及仪器设备相关视频资料。学生在此基础上完成实验预习报告。实验进行阶段，教师带领学生走进实验室，结合书本理论知识对扫描电镜的结构、工作原理、操作步骤及注意事项等进行详细深入的讲解。教学时可将不同形貌的碳材料（碳球、碳纳米管、石墨烯）进行观察对比，作为演示性实验。同时，为增加实验的探索性，准备未知的待测样品（比如不同摩尔比例的C/ZnO复合材料），要求学生分组完成样品研磨、固定、喷金等过程，并独立进行检测，来锻炼学生的耐心和动手能力。另外，实验课上穿插提问和讨论环节，有利于集中学生注意力，培养思考解决问题的能力。实验结束阶段，注重数据的处理与图谱分析。学生根据扫描图片描述样品形貌结构，依据能谱图确定微区的化学组成，严谨完成实验报告的写作。然后，教师通过多方面考查，给出合理的实验成绩。

通过扫描电镜实验课设计及教学过程的改革，学生对仪器、操作、数据分析以及绘图等方面得到了充分理解掌握，综合能力增强。学生参与度高，总体教学效果和教学质量较好。

4 结语

“材料分析测试”实验课程的改革顺应高校课程改革和国家绿色可持续的发展方向，势在必行。文中对“材料分析测试”实验课程的教学结构、教学方式和考核模式等方面进行一系列探索式改革。提出优化实验内容，培养学生的创新思维和综合能力。采用慕课辅助教学，激发学生的学习兴趣。设置开放实验室，增加学习主动性和科学研究的热情。最后考核上强调实验操作，锻炼学生的动手能力。以扫描电镜实验的设计为例，在今后的实验教学中，将继续努力，坚持“以生为本”，争取把学生培养成为综合素质高、创新和实践能力强的全面应用型人才。