分析测试技术课程的探索与改革(3)

[1]余金山,刘东青,斯永敏.《材料分析测试原理与技术》本科课程教学探讨[J].教育教学论坛,2018(12):3-94.

[2]宋浩杰.“材料近代分析测试方法”课程的教学改革探讨[J].河南化工,2014,31(2):62-64.

[3]张捷,韩冰.《现代分析测试技术》教学体会与心得[J].河南化工,2012(9):63-64.

[4]高俊珊,丁国新.《材料现代分析测试方法》课程教学的改革初探[J].广州化工,2013,41(14):210-211.

[5]郭雷,张恒,范兴星,等.《现代材料分析测试技术》教学改革探索[J].山东化工,2016,45(12):162-163.

材料科学是材料专业学生的一门重要课程，其研究的基本内容为材料的合成、加工以及材料性能的测定和组成分析。材料的合成和加工是研究材料的原料以及制备方法；性能的测定和组成分析涉及材料的表征技术以及对材料化学、物理性能的宏观组成和微观结构[1]。该课程融合了化学、物理学以及方法学等实践性和理论性较强的学科，作为应用型本科院校，学生的知识相对薄弱，教学如果仅仅局限于书本，学生对分析测试技术较难理解，在学习过程中容易产生消极心理，对课程的学习失去信心，不利于学生德智体美劳的发展，也不利于应用型人才的培养。材料测试技术则是材料科学发展的重要手段，是对日益发展的现代先进仪器和技术的补充[2]。如能掌握最新测试方法，不仅能很好地表征材料，同时能够利用其性质对其进行实际应用，有利于激发学生的学习兴趣，提高学生的实验技能，对培养学生良好的科学素养具有重要意义。作者结合自己的教学实践，根据教学中出现的问题，提出对教学内容、教学手段以及成绩评价体系进行探索，并总结反思提出改革措施。1 地方应用型本科院校分析测试技术课程教学过程中存在突出问题目前，在课程的教学过程中容易出现诸多问题，现通过对自己的教学实践探索过程中的主要问题进行剖析，总结概括，从以下几方面突出的问题进行阐述。(1)在科技飞速发展的时代，新材料不断的显现，分析测试技术也在不断更新，往往实验教材是开课之前准备的，仅根据传统教材在章节的次序安排上稍微修改，即装订成册，书中阐述的基本都是陈旧的教学内容，并未对近年来发展的最新分析技术和方法进行补充，与现代测试手段不相适应。如若不能适时补充和更新内容，学生不能掌握现代分析测试方法，尤其对地方应用本科院校的学生不利，对其今后的工作和考研具有消极的影响，因此，对教学内容的补充和更新势在必行。(2)由于大型精密仪器价格昂贵，数量有限，需要专职人员进行维护，另外近年来科研需求增加，平时样品量较大等原因，在一定程度上限制了本科生实验的开展[3]。而本科生由于理论课程较多，往往接触大型仪器机会较少，从而学生在对一些大型仪器结构和原理的理解比较抽象，有时学生甚至听不懂，往往一个问题的提出，能够全面回答问题的同学少之又少，出现课堂氛围不活跃的现象。(3)同时教学方法主要采用教师理论课讲授，演示实验为主，学生只需要观看教师的实验操作，从而获得实验结果即可。在此过程中，学生可对分析测试具有一定的认识，但是往往只能记住部分实验结果，对实验的操作、测试过程以及结果的分析都不能深刻地掌握，更谈不上结合实际对材料进行应用，这不仅是对大型仪器的浪费，也对不能很好地开发人才培养，并且各个课程之间没有明显的联系，学生基本不能综合运用分析测试技术真正地对各种材料进行分析，良好的科学素养难以养成。(4)教学考核体系相对比较单一陈旧，局限于对理论知识的考核和单一实验结果的分析，最后成绩往往是死记硬背的同学得到高分，而容易埋没那些真正具有科研潜力的学生，自主性内容太少，学生发挥不出潜能，不利于对学生创新性的培养，很难使学生学以致用。2课程改革具体措施2.1 教学内容突出重难点课程内容的讲授并不是笼统地将全部知识点灌输给学生，而应该注重难点和重点的讲解。在分析测试方法这门课程中，不同的测试方法对应不同的仪器设备，且各个设备构造原理都不一样，内容繁多复杂，知识点较乱较多[4]。针对这些，我们的课程在内容安排上，能够突出重难点，主要内容为X射线衍射分析、电子显微镜分析以及光谱分析等。其中着重介绍X射线衍射仪、红外光谱法以及扫描电镜分析软件的操作和结果的分析。X射线衍射仪Highscore软件首先讲解如何联机，其次根据测试条件调用测试程序，如广角测试需调用20°～80°衍射角范围，小角衍射测试则需选取0.5°～10°衍射角范围以及薄膜散射、变温测定等选择相应的程序，最后对测试结果用软件进行晶型分析，根据其知识结构，尽量选择简单晶型的样品如二氧化硅给学生分析，并计算其结晶度，总结实验报告。红外光谱法这章内容可先安排一节理论课，对光学基本内容进行讲解，之后可以带领学生到实验室，首先根据仪器的构造掺入原理讲解再次巩固理论知识；其次打开软件，教师演示操作，在操作的过程中提出相关问题启发学生，如样品压片的注意点、傅里叶变换原理等问题；软件应用时重点讲解如何基线校准、手动除去CO2峰和H2O峰干扰；对结果的分析过程中主要抓住各个基团的特征峰，如羟基、羧基以及苯环等常见基团的出峰波数和峰型。另外，结合本校理工科科研特点，讲解扫描电镜法观察水泥、玻璃、陶瓷等样品的微观结构。以水泥和玻璃样品测试过程为例，可以在扫描电镜(SEM)下水泥样品放大倍数、颗粒大小以及分散性用文字描述出来。还可以通过测试负载二氧化硅玻璃的截面，展示二氧化硅层和玻璃层的SEM照片，并测定不同层的厚度，在背散射条件下测定元素类型及含量，展示物质的微观构成。由宏观到微观，联系实际，讲解物质之间的相同点和异同点。这些能够丰富学生的测试方法，可以直观地学习扫描电镜，增加学生的兴趣。对这些课程的学习后，增加学生理论的学习；学会了实验操作，提高实验技能；数据结果的分析，把握实际应用，增强综合科研能力，层层深入，将难点转化为自身知识，应用实际 适时采用多种教学手段，提高学生兴趣应用现代多媒体手法，在将复杂的理论知识通过Flash动画将其直观化，加深学生的印象[5]。如在在原子火焰吸收光谱法讲解过程中，将仪器如何点火测试等细节可通过动画将其具体和形象化，学生掌握其内部构造和原理。而讲解气相-质谱联用仪时可从进样针的清洗、样品的制备以及仪器的操作和运行过程等录制成视频，让学生能够直接观察实验现象，掌握测试方法。进而通过对学生提问或实验举例引导学生把握知识。本校测试中心已引进多种大型仪器设备，现有扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱、X射线荧光光谱仪、气质联用仪以及液质联用仪等。在大型精密仪器的讲解过程中，实践创新，将课本上的内容根据仪器原理和设备分为微区分析、结构分析以及化学分析组，鼓励学生进入理论课之前进入实验室，充分了解实验仪器，有助于理论知识的学习。而对于一些反应方程和计算推导公式时则需要运用结合板书，如对布拉格演示方程，教师演练，层层启发，鼓励学生推倒公式，加深对公式的计算和应用能力。同时，为了培养应用型本科人才，需将所学的知识运用到生产实际中，从而进一步加深对理论的学习，熟练掌握分析测试方法。在教学的过程中，根据学生的特点和学习情况，积极引导学生参加科学实验，开展相关分析测试方法课题的研究，提高学生的学习兴趣。结合大一实验课程，进行大学生申报实验项目，如申请实验室项目X射线光电子能谱分析法测定氧化铜催化剂。首先学生需自行调用已学实验课程自主合成氧化铜催化剂材料，对其进行重结晶提纯和真空干燥；其次，在测试中心老师的帮助下学习X射线光电子能谱仪的粉末制样法并学会如何将样品放进仪器中抽真空处理，记录实验注意事项，并安排学生自主上机；最后测试数据得出结果，利用X射线光电子能谱仪的分峰软件对数据进行处理，最后书写实验报告，并在报告中标明表面所含元素种类及其价态，写出其相对含量。在此实验过程中，学生不仅可以促进课程的学习，而且能够学习先进设备的操作，可以提高学习技能，增强科研能力，培养良好的科学素养，为今后的科学研究和工作打下坚实基 丰富成绩评价体系成绩评价是体现教学效果的重要手段，考核处理平时成绩和考试成绩以外，可增加学生探究性实验考核，根据成绩分析学生学习特点，设置不同的实验课题。即可利用某一台或几台适宜的大型精密仪器进行实际样品的测定合分析，并书写实验报告，考查对具体问题的处理方法。如利用X射线衍射仪和扫描电镜设立情境。例：学生在实验室发现一包标签已掉的晶体，未知其成分(实际上是氯化钠)，对其成分、结构、晶型以及形貌分析，并书写实验报告。此时根据题目，学生可调用该课程的知识——X射线衍射仪测定结构，扫描电镜测试形貌，应用大型仪器。具体做法为：利用X射线衍射仪测定结构，根据其PDF卡片检索，对峰形峰位进行匹配，可发现其是氯化钠，进一步通过晶型计算其晶面间距d值；接着运用扫描电镜观察形貌，可以发现是立方结构，再用背散射模式下测定所含元素为钠和氯，其比例近似1:1，故学生可以总结该白色晶体为氯化钠。增加学生成绩评价的丰富性，开发具有科研潜力的学生，为应用型本科院校人才的培养提供帮助。3结 语通过对分析测试技术课程的探索与改革，结合本校现有优越的大型精密仪器设备资源，通过对教学内容、教学手段以及成绩评价等几方面的探讨，根据教学实践提出改革措施，并在课程教学方面加以应用，可以增加学生的兴趣，提高科学创新能力，达到更好的教学效果。能够提高学生的对样品的表征测试能力，提高测试技能，对学生掌握现代先进的测试方法具有重要意义，对理论课的开展具有指导作用，从而培养具有创新能力的现代本科应用型人才。参考文献[1]余金山,刘东青,斯永敏.《材料分析测试原理与技术》本科课程教学探讨[J].教育教学论坛,2018(12):3-94.[2]宋浩杰.“材料近代分析测试方法”课程的教学改革探讨[J].河南化工,2014,31(2):62-64.[3]张捷,韩冰.《现代分析测试技术》教学体会与心得[J].河南化工,2012(9):63-64.[4]高俊珊,丁国新.《材料现代分析测试方法》课程教学的改革初探[J].广州化工,2013,41(14):210-211.[5]郭雷,张恒,范兴星,等.《现代材料分析测试技术》教学改革探索[J].山东化工,2016,45(12):162-163.

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