仪器分析实验

刘大亮 吴琼 李莹

摘要：仪器分析实验是化学专业的必修基础课程，其中电子显微镜课程中的扫描电镜和透射电镜作为大型精密仪器的代表，为学生展示了现代分析测试手段，以及其强大的综合检测功能。文章针对实验教学中的一些问题，提出建立网络平台、结合测试工作、举行讲座等教学模式，通过教学改革提高教学效果和学生操作能力。

关键词：电子显微镜;仪器分析;实验教学;教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2020）21-0382-02

随着科技的快速发展，越来越多的新材料、新产品被研制开发出来，为科研工作和人类生活带来便捷和革新。这些材料、产品在开发及质量评价过程中都离不开精密仪器的分析，这就要求相关专业学生必须熟练掌握分析仪器的知识。辽宁大学化学院拥有化学、应用化学、材料化学3个本科专业，本科生约500人，全部开设了仪器分析实验作为必修课程，共计48学时。

仪器分析课程的特点是理论与实践相结合，所以课程要求学生要有一定的专业基础知识及操作仪器的能力，开设仪器分析实验课程的对象也是各专业的高年级学生。学生通过学习不仅可以掌握仪器的原理及基本操作方法，还能够了解仪器应用方向，并利用仪器完成实验课程内容。

“扫描电镜”和“透射电镜”是仪器分析课程中的两种大型仪器，因其直观性、科研性、实践性等各方面能力较强，在仪器分析课程中具有重要作用。但是由于仪器自身的特点，目前我校“扫描电镜”和“透射电镜”仪器分析实验主要以讲授和观摩的形式授课，教学方法单一，教学效果不佳。为此，本文从学校实际情况出发，探讨、改进现有教学内容和模式，为提高教学效果、增强学生实践能力、完善课程体系起到重要作用。

一、电镜仪器分析实验教学现状

辽宁大学化学院电镜室目前拥有HITACHI场发射扫描电镜、JEOL 200KV超高压透射电镜各一台，配备高级实验师一名、博士学历实验师两名，在科研、教学以及学生培养各个方面发挥了巨大的作用，积累了丰富的经验。电镜仪器分析教学内容主要包括仪器的成像原理、电镜样品制备、电镜观察等，教学模式是教师讲解和示范操作，这样的教学过程重复了数十年，也存在着诸多问题。

（一）大型仪器设备属性限制了学生的动手能力

扫描电镜和透射电镜都属于大型精密仪器，其价值均在数百万，在教学过程中不可能每人操作一台仪器。同时，上机时间（观摩和操作）需达到要求才可以操作电镜，如果由于操作不当使仪器出错或损坏，其维修费用较高、维修时间漫长，对学院的教学和科研都有巨大的影响。这些严苛的操作条件以及误操作带来的风险，都表明了学生无法动手操作仪器的事实。教学大纲要求，学生不仅要掌握仪器的原理，更要具备基本的实验技能。但这种只能观摩教师演示、学生无法接触仪器的教学方法，注定了學生动手能力普遍较差的教学结果，对学生将来的科研工作益处甚微。

（二）大量科研测试任务限制了实验课时

扫描电镜和透射电镜是材料表征的重要设备，广泛应用于化学、生物、物理等各个学科，是科研必不可少的仪器。由于电镜应用范围广、精密度高，故其价格昂贵，各大高校及科研院所拥有的数量也很少。辽宁大学化学院有扫描电镜和透射电镜各一台，也是学校仅有的两台电镜，承担了大量的科研测试任务，用于教学的时间有限，无法满足本科实验上机操作的课时需求。

（三）理论知识与实验内容严重脱节

“仪器分析实验”系列教学中，针对每台仪器设备都有其原理及应用的讲解，但对于理解仪器的使用来说还是远远不够的。通常在实验过程中，学生只是盲目的听老师介绍实验内容，对仪器的原理及应用并未掌握，当面对实验结果及现象时，不能够用理论知识去分析处理，同时也不能用实验现象促进理论知识的理解吸收。

（四）实验教学模式单一枯燥

扫描电镜和透射电镜仪器的特殊性，决定了学生无法动手操作仪器，实验基本只能以参观及演示的方式进行教学，这种单一的教学模式不仅限制了学生对仪器技能的掌握，同时也削弱了教师授课的热情。而且，目前选课模式是15人左右按照课表规定时间参加课程学习，对于电镜室工作环境来说，学生人数超负荷，教师在讲课的同时还需照顾仪器设施，无法逐一指导学生，学生上课也会心不在焉，授课和学习效果都不尽人意。

二、电镜仪器分析实验教改方案探讨

目前扫描电镜和透射电镜仪器分析课程的教学方法还是存在不足，不利于学生理解、掌握本课程的知识点。针对上述问题，结合本院实际情况，笔者现况提出以下教改方法，以改进和充实本实验课程。

（一）多模式教学增加授课学时

1.开设网络平台学习。近些年，网络平台教育已在高校中普遍开展，辽宁大学化学院早已将网络平台教育应用于基础实验教学中，效果良好。利用学校网络教育平台，开设“仪器分析实验—电子显微镜”课程，学生以姓名、学号进行注册并登录，平台内容包括：教学资源、交流讨论、实验预约、在线考试等板块。教学资源板块涵盖仪器原理及使用过程、样品测试及制样要求等内容，并且以文本、照片及视频等多种形式展现。扫描电镜和透射电镜这类大型仪器，学生很少在课程之前有所接触，学生可以利用平台中的视频、PPT等教学内容自主学习，保证了学习资源和授课学时充足。在交流讨论板块中，学生针对仪器或者课程开展讨论或提问，老师跟同学都可以对所提问题答疑或讨论，不仅可以解决学生的疑惑还可以增进师生的沟通，达到更好的教学效果。在实验预约板块中，学生可以根据课程开放的时间以及自己学业的安排，自由选择上课时间，获得批准后即可按照选课时间上课。在线考试板块中包括教师编写的多套测试题，学生上实验课前进行网上答题。根据考题的分数，学生对自己学习情况有一定的了解，同时教师分析答题情况考量学生是否具备上机资格。

2.结合测试任务参观学习。化学院电镜室每天都有测试任务，在实际测试过程中会处理不同材料、检测不同项目。教师可以按照学生选课时间，安排好测试内容，在仪器开始测试前参观样品前处理、进样过程等。在测试过程中，着重讲解仪器参数的设置及调整，让学生体验仪器的功能、应用，使学生更直观地了解仪器。测试完毕后，针对测试的结果进行分析讲解，根据测试结果信息，更深入地理解理论知识。

3.舉办电镜专题讲座。电镜是分析测试的重要仪器，随着科研高速发展，这种精密度高、直观性强的仪器越来越被需要。由于本科生之前一般都并未接触过电镜仪器，因此学校可以举办电镜的专题讲座，主要介绍电镜的功能及应用，让学生对仪器、科研都有宏观的认识，同时为后续的电镜分析实验课程打下基础。

（二）培养学生动手能力

电镜仪器资源有限以及价格昂贵等因素限制了学生的动手能力和操作技能的培养，实验教学模式只能是教师演示、学生观摩，教学效果不好。根据电镜室工作环境特点，限制每组上课学生2—4人，在教师的指导下可以操作简单的处理样品、上样、筛选形貌等过程。通过学生的动手操作，极大地提高了学习的能动性，达到了实验课程的根本目的。

电镜仪器分析实验课程的改革，是为了提高学生的操作技能，给日后的科研工作打下坚实的基础。同时课程的改革也对任课教师提出了更高的要求，任课教师不仅要进行理论的讲解，知识的更新、技术的掌握、行业的进展更需要教师不断学习和积累。因此，电镜仪器分析实验教学改革，实现的是教与学的相互促进、共同发展。

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[5]吴琼，高敬群，王君，矣杰.基于Bb教学平台的《无机化学实验》课程的设计与安排[J].时代教育，2015，（23）：100.

Abstract： Instrumental analysis experiment is a compulsory basic course for chemistry majors. Scanning electron microscope （SEM） and transmission electron microscope （TEM） as the representatives of large-scale precision instruments in the course on Electron Microscopy demonstrate modern analytical testing methods and their powerful comprehensive testing functions to students. Aiming at solving problems in the experiment teaching， this paper puts forward a teaching mode of establishing a network platform， combining test work and giving lectures， so as to improve the teaching effect and operation ability of students through reform.

Key words： electron microscope; instrument analysis; experimental teaching; teaching reform