現代冶金分析技術課程教學內容改革探索

李杰，馮運莉，宋卓斐，萬德成，寧江利，郭婧，徐博

（華北理工大學冶金與能源學院河北省現代冶金技術重點實驗室，河北唐山 063210）

現代冶金分析技術是一門綜合性、實踐性非常強的課程，是冶金工程、材料加工工程等專業的必修課程，是研究材料科學的重要工具，在材料科學與工程學科的發展和相關的人才培養中具有舉足輕重的地位。但目前研究生使用的該課程的現代冶金分析技術類教材中有部分內容還存在程度上的跟不上材料分析技術的發展，講述的部分內容老套，授課方法傳統，與現代分析技術的實際應用已不契合。這使得課程的培養目標不明確，教學內容與現代分析技術的實際應用脫節，使該學科的教學內容偏離了國內外現代分析技術發展的趨勢，使學生對現代分析技術的最新發展趨勢認識模糊，也無法掌握最新的分析技術和手段，嚴重阻礙了研究生在專業理論知識的學習與課題研究能力的拓展，對該學科的發展極為不利。因此該文在課程教學體系和教學內容方面進行一些探索。

1 現代冶金分析方法課程內容存在的問題

該課程主要講述金屬材料的微觀形貌、結構及成分分析的主要方法原理及基本技術。要求學生掌握光學顯微分析 (OM)、X 射線衍射儀 (XRD)、透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、電子探針的原理和儀器構造及應用，了解電子能譜分析、背散射電子衍射(EBSD)、俄歇電子能譜儀(AES)、掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)等分析方法。由于該課程涵蓋的分析測試方法眾多，各個分析測試方法之間獨立性較強，使課程的知識體系非常分散，因此在教學的過程中很難將各個章節的內容連貫起來，使學生感覺教學內容雜亂無章，很難系統的把握整個課程的脈絡，在課程學習結束后很難形成對分析測試方法系統的認識，更無法具備綜合運用各種分析測試方法來解決科研問題的能力。

2 現代冶金分析方法教學改革建議

2.1 建立課程線索并貫穿于各個章節

該課程涵蓋了眾多的分析測試方法，各個分析測試方法獨立性較強，課程的知識體系非常分散。針對這個問題，根據冶金分析測試方法的功能和應用，將該課程所講授的所有內容分為形貌分析、結構分析、成分分析三個部分。

在課程的緒論部分，首先給學生講解該課程的知識體系線索為“形貌分析、結構分析、成分分析”三部分，讓學生明確該課程所涵蓋的所有冶金分析測試方法都可歸類于這三部分；同時，在講解某一具有多種功能的分析測試方法時，明確其不同功能分別屬于不同的部分，也將“形貌分析、結構分析、成分分析”的知識體系作為課程的線索貫穿于各個章節之中。例如，講解掃描電鏡的章節時，由于掃描電鏡的主要功能為顯微形貌分析，因此其屬于形貌分析部分，但掃描電鏡通常都配有電子能譜配件，其功能為成分分析，因此在講解電子能譜分析時，要將其歸類于成分分析。

將課程所涵蓋的所有冶金分析方法由“形貌分析、結構分析、成分分析”三條線索貫穿起來，增強了課程的系統性，通過課程的學習能夠使學生對分析測試方法形成系統的認識，能綜合運用各種分析測試方法來解決實際的科研問題。

2.2 結合學科特色與需求，強/弱化相關內容

冶金分析技術涵蓋的內容非常廣泛，作為一門學時有限的研究生課程不可能把所有的分析技術全部覆蓋，因此根據我校材料加工工程學科特色對教學內容進行了取舍。課程對教學內容的調整主要體現在以下幾個方面。

（1）由于該校材料加工工程學科對光學顯微分析技術應用較多，因此增加光學顯微分析技術的教學內容。重點掌握光學顯微鏡的成像原理，理解光學顯微鏡的重要參數，了解偏光顯微鏡。

（2）根據該校材料加工工程學科的研究方向多集中于金屬材料方面的研究，對X 射線衍射分析部分的內容進行了取舍。重點掌握晶體衍射的基本原理，X 射線衍射實驗技術，理解晶體倒易點陣的概念，掌握X 射線衍射定性物相分析和定量物相分析，掌握立方晶系點陣常數的精確測定。

（3）由于透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡在金屬材料的顯微分析中應用最為廣泛，設置了該部分的講課內容。重點掌握電子衍射原理，透射電鏡的結構與成像原理，掌握透射電鏡在材料研究中的應用；掌握掃描電鏡的工作原理和結構，掌握掃描電鏡在材料研究中的應用。

（4）針對該校在金屬材料微合金化以及金屬表面鍍層方面的研究特色，設置了材料微區成分分析技術的課程內容。重點掌握電子探針、俄歇電子能譜儀的基本原理以及儀器在材料研究中的應用。

2.3 與時俱進更新教學內容

在近年來，高校所使用的現代冶金分析技術教材的某些內容，存在一定程度上跟不上檢測分析技術的發展的情況。例如，隨著計算機技術的快速發展，對材料X 射線衍射圖譜數據的分析，在科研實踐中早已不再采用手工檢索PDF 卡片的方法了。又如，電子背散射衍射技術(EBSD)是一種較新的，用來分析多晶材料顯微結構和組織的掃描電子顯微鏡技術，與傳統的分析技術相比其有許多優勢。因此，增加了EBSD分析的課程內容。講解EBSD 技術的原理的同時，重點講授了利用OIM Analysis 軟件分析材料織構分布、晶界類型等問題的方法。

為了保證材料分析技術教學內容與時俱進，通過對教學內容進行改革，將現代冶金分析技術的新進展及時補充到教學過程中，使學生能夠了解最新的分析技術，為今后的課題研究打下了良好的基礎。

3 結語

現代冶金分析技術研究生課程的知識體系非常分散，各章節獨立性較強。根據課程的這些特點，該文對教學內容進行了改革。確立了貫穿于各章節的講授線索，加強教學內容的系統性，并強化了實際應用；根據自身材料加工工程學科發展的特色和需要，對課程內容進行取舍，更新了不適應現代分析方法發展的陳舊課程內容，注重學生實際分析能力的培養。為現代冶金分析技術課程的教學改革進行了一些新探索。