资料剖析测验技能 《现代资料测验技能》的教学改革与实践

陈权启　李霞

摘 要：本文论述资料在社会打开中的重要效果、现代资料测验技能教育的重要含义及《现代资料测验技能》的教育首要内容，经过剖析本课程现有教育办法的坏处，结合本校研讨生的实践状况，提出并选用新的教育办法和改善办法，进步了本课程的教育质量，显着进步了本校研讨生的资料测验技能根底理论常识和着手操作才干，进步研讨生的科研才干。

关键词：现代资料 测验技能 讨论剖析

一、现代资料测验技能的教育含义

跟着社会经济和科学技能的迅速打开，资料在社会的打开建造中起到至关重要的效果，社会对资料功用、品种及数量的需求显着添加，打开和开发新资料以及新资料技能的运用已成为国家的打开战略，资料研讨已遭到全球的高度重视。国家、企业、研讨机构和高校等方面经过多层次、多渠道和多种办法，出资很多资金用于现代资料的研讨，促进现代资料研讨的蓬勃打开。现代资料测验技能从微观和微观层面临资料功能及性质进行测验，辅导资料的研讨和开发，现代资料测验技能的高速打开促进现代资料研讨的快速打开。

对资料研讨的主力军-研讨生，打开现代资料测验技能的教育，夯实研讨生的测验理论根底及进步操作技能，有利于研讨生往后对资料的深入研讨。现代资料测验技能相关教育教育课程的打开首要是经过一系列现代资料研讨的相关测验技能为根底手法，针对新资料的微观和微观性质，开发新资料和对资料新功用的运用，扩展资料在各个方面建造的运用功率或运用规模，进步资料的运用功能，发掘资料潜在功用。对此，本文经过剖析现代资料测验技能的重要含义以及现代资料技能教育的相关内容，底子教育要求包含X射线单晶体衍射仪、光学显微镜、扫描式电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、红外光谱仪、荧光分光光度计、核磁共振仪等底子原理和首要功用的学习，针对现有教育办法的坏处和现在教育效果，对现有的新旧教育办法进行讨论变革，提出更好的教育办法。

二、现代资料测验技能教育要点底子内容

现代资料测验技能这门课程，根据总的教育教育内容纲要和相关底子课程要求的设置，是需求教师对学生进行以下几个方面测验剖析法的底子原理和首要功用的介绍和学习。

1.X射线单晶体衍射剖析

底子原理：X射线单晶体衍射的最底子原理的运用是经过一个布拉格公式来打开的。根据布拉格公式的运用，首要触及满意必定的晶体衍射条件，然后使波长或掠射角的改动等来完结的，X射线剖析法就是运用这一公式，和对x射线相关剖析仪器设备的常数改动和它所照出的晶体结构衍射图谱数据的不同来求出d，进而由d值来测定被测物，得出不同物相的相应数据。

首要功用：为了断定晶体结构来进行必定的晶体衍射数据的搜集。整个进程首要包含：制备样品、样品测定、断定晶胞参数，设定参数进行数据搜集，数据复原和结构解析。

2.光学显微镜剖析

底子原理：运用众所周知的凸透镜和电子扩大成像原理来进行。因为有些成像并非人的肉眼能够观测到，所以这时就需求仪器把那些细微的人眼看不见的细小物体尽可能地扩大到人眼能够辨认的规模内的尺度巨细。

首要功用：把人眼所不能分辩的细小物体扩大成像，以供人们提取微细结构信息。

3.扫描电子显微镜剖析

作业原理：首要是运用二次电子信号成像来查询样品的外表形状，即用极狭隘的电子束去扫描样品，经过电子束与样品的相互效果发作各种效应，其间首要是样品的二次电子发射。二次电子能够发作样品外表扩大的描摹像，这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的，即运用逐点成像的办法取得扩大像。

首要功用：是为了获取被测样品自身的各种物理、化学性质的信息，如描摹、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等。

4.透射电子显微镜剖析

作业原理：是以波长极短的电子束作为照明源，用电子透镜聚集成像的一种具有高分辩率、高扩大位数的电子光学仪器。一般选用热阴极电子枪来取得电子束作为照明源。热阴极发射的电子，在阳极加快电压的效果下，高速穿过阳极孔，然后被聚光镜集聚成具有必定直径的束斑照到样品上。具有必定能量的电子束与样品发作效果，发作反映样品微区厚度、均匀原子素数或位向不同的多种信息。

首要功用：透射电子显微镜其实就是一种高分辩率、高扩大倍数的显微镜，两者的作业原理相相似但也略有不同，仅仅透射电子显微镜的技能运用更为先进一些。但这两者都是专业研讨者研讨资料科学的常用技能东西和重要手法，能供给极微细的现代资料的組织结构，又能观测到其内部晶体结构，并可测定其化学成分等相关信息。

5.X射线光电子能谱剖析

作业原理： X射线光电子能谱剖析是用X射线去辐射样品，使原子或分子的内层电子或价电子受激起射出来。被光子激起出来的电子称为光电子，能够丈量光电子的能量，以光电子的动能为横坐标，相对强度（脉冲/s）为纵坐标可做出光电子能谱图，然后取得待测物组成。X射线光电子能谱剖析首要运用是测定电子的结合能来完结对外表元素的定性剖析，包含价态。 X射线光电子能谱因对化学剖析最有用，因而被称为化学剖析用电子能谱。

首要功用：（1）检测被测样品的外表组成剖析，剖析其化学状况。 （2）也能够对被测样品进行元素成分进行剖析（3）还能够对被测样品进行原位处理。

6.红外光谱剖析

作业原理：首要是由红外吸收光谱内的分子不停地作振荡和滚动运动而发作的，其间因为过于振荡的原因，有些分子原子会在本来平衡位置邻近做一些相对的运动。而正是这些运动组成了振荡图形。又因为分子运动时会发作能量，而这些能量正好与红外射线光量子能量对应，所以每逢分子振荡时就会相应的发射红外光谱，且分子越大，红外谱带也就越多。

首要功用：红外光谱的剖析首要是经过对分子结构和化学键的振荡频率来剖析。能够作为表征和判定化学物种的办法来运用。除此之外，红外光谱也可对高聚物的构型、构象、力学性质的研讨，也能够包含对物理、地理、气候、遥感、生物、医学等范畴的广泛研讨。

7.荧光分光光度计剖析

作业原理：物质分子或原子吸收辐射被激起后，电子以无辐射跃迁至榜首电子激起态的最低振荡能级，再以辐射的办法开释这一部分能量而发作的光谱，光谱具有不同的波长，经过测定物质发作的光谱，断定物质的品种。荧光分光光度计是用于扫描液相荧光符号物所宣布的荧光光谱的一种仪器。其能供给包含激起光谱、发射光谱以及荧光强度、量子产率、荧光寿数、荧光偏振等许多物理参数，从各个视点反映了分子的成键和结构状况。经过对这些参数的测定，不光能够做一般的定量剖析， 并且还能够揣度分子在各种环境下的构象改变，然后说明分子结构与功用之间的联系。

首要功用：用于固体和液体等荧光物质的定量研讨。

8.核磁共振剖析

底子原理：首要核磁共振仪源于一种核磁共振技能的运用。核磁共振首要是由磁矩不为零的原子核，在外磁场效果下发作自旋运动，发作塞曼割裂，共振吸收某必定频率的射频辐射的物理进程。不同的原子核，自身自旋运动的状况不同，它们能够用核的自旋量子数来表明。并且自旋量子数与原子的质量数和原子序数之间存在必定的联系，能够分为很多种状况。现在广泛作为一种剖析手法遍及运用于物理、化学生物等范畴，到1973年才将它用于医学临床检测。核磁共振仪就是运用生物磁自旋成像技能，根据原子核自旋运动的特色，在外加磁场内，经射频脉冲激后发作信号，用探测器检测并输入计算机，经过处理转化在屏幕上显现图画。

首要功用：核磁共振仪适合于对液体、固体的检测，技能打开到今日，这种技能仪器也支撑了对微量样品的研讨，并且，所成像的核磁谱图也得到了高效打开，由曩昔的单纯的一维谱图（1D）打开到现在的四维（4D）谱图，这就使得现代资料的分子结构愈加明晰展现在人面前。

三、现代资料测验技能教育现状剖析

我国正式打开研讨资料和测验技能相关课程学习，是在上个世纪80年代开端的，其时我国很多高校经过打开引进仪器和教授理论课和实践课相结合的办法来进行教育教育。可是究竟其时研讨资料测验技能相关的课程首要是依托从国外引进的一些技能仪器，所以关于我国资料学这门课程打开的现状有着必定的局限性：其一，因为引进的仅仅仪器，无法把握这些仪器的相关结构技能和测验原理，所以，一旦这些寿数有限的仪器设备呈现问题或许损坏，大多数是无法重组修正的，这也就构成大多数引进的仪器只能是教师等专业人士才干彻底运用，除此之外多用于展现，而不能悉数投入到实践课程中。其二，就现在状况而言，因为最先进的现代资料测验技能相关的仪器设备相对来说价格比较贵重，所以大多数仪器购入数量相对有限，无法到达一切相关学院的教育和科研的装备，无法完结一系列的现代测验设备的科研和教育高度合作。因而，针对资料学相关课程内容规划现状进行相应的教育内容的变革是十分必要的。

四、现代资料测验技能课程教育缺少剖析

在我国现代资料测验技能课程教育教育开设中，仍是存在许多缺少之处的：

（1）教育教材内容跟不上年代打开改变，并且实践教育中所反映出来的剖析办法跟不上现代资料测验技能这门课的最新进展和动态，这需求教师不断更新自己的课件和授课内容。（2）因为测验设备的缺少以及现代资料测验技能的课时缺少，导致学生很难实践触摸和实践操作最新的现代资料测验技能的仪器和设备。大多数学生常识层面仅停留在理论而不是实践中。（3）课堂教育大多只停留在教师讲，下课学生自己了解和操作的阶段，没有很好的师生互动，并且遭到试验课的课时数约束，学生只能是在课上观赏授课教师的操作演示或许样品剖析，而中间环节学生底子无法真实参加其间，这就导致学生只能依靠教师的解说无法实践操作，无法到达最好的教育意图。

五、现代资料测验技能教育相关改善办法

其完结代资料测验技能这门课程开设意图就是为了培育学生的着手操作才干和归纳剖析才干。因而面临以上这门课程教育教育的打开现状和呈现的一些教育缺少之处，可采纳以下应对和改善办法：（1）首要校园最好能够使资料学和一级学科工程两者内容结合，构成体系化的教育。一起要大力吸收最新的现代资料学的常识改变，不时更新现有的仪器，加大校园的科研才干储藏设备。（2）校园要重视教师专业教育和科研才干的培育，教师要根据最新资料学打开现状，不断调理自己的教育方向，丰厚教育教材的内容，完善修订自己的上课课件内容，一起加强对试验课的试验技能训练，加强归纳研讨型的试验室投入建造。（3）培育学生的归纳才干，进一步加强资料学科触及到的相关数学、物理、化学、生物等学科的根底教育和实践教育，进步学生的理论根底和着手操作才干，然后稳固和进步学生现代资料测验技能的理论根底和实践操作才干。（4） 调整现代资料测验技能理论考试和试验操作的评分比重，促进学生重视试验操作才干培育，有利于进步研讨后续研讨的科研才干。

六、现代资料测验新技能课程的教育变革成效

本课程教育变革授课目标首要包含桂林理工大学2012级、2013级和2014级化学工程与技能、运用化学、资料科学与工程、生物化学工程等专业的硕士研讨生。经过本课程的学习，有用弥补了学生本科阶段的根底理论和实践操作才干的缺少，显着进步了研讨生的根底理论常识和资料测验和剖析才干，显着进步了学生的科研才干。经过查询发现，经过课程教育变革后的现代资料测验技能课程学习，相关专业的硕士研讨生宣布的学术论文数量比本来高出30%左右。学术报告或结业论文答辩表现的测验剖析才干也大幅度进步。

结语

综上所述，现代资料測试技能这门课不仅是一门资料测验表征的学科，仍是化学、生物、科学、物理数学等学科的归纳运用表现，这些学科大多是根底性、创造性和实用性都比较强势运用的学科，特别现代资料学是一门以研讨物质的组成、结构的改变，性质规则的讨论为开发目标的科学，并且现代资料学仍是当今信息、动力、环境、海洋、生命、空间等科学上最根底的研讨保证和条件根底，能够说资料学是这些科学的组成。现代资料测验技能打开的终究意图是经过研讨资料的微观结构和性质来研讨资料的组成性质和结构，并据此来开发不同资料以及资料不同功用的运用，终究到达最大极限地对资料的归纳运用。经过对某种资料结构的正确剖析，就能够对资料在习惯进程中呈现的某种共同功能进行正确研讨知道，然后对资料的组成运用供给科学的根据和辅导。

以上经过对资料结构的相关课程剖析、新旧教育办法的比较，启示咱们在现代资料测验技能课程教育进程中，要根据本课程的教育内容、学科研讨现状以及现代资料研讨的需求，结合本校研讨生的生源质量及根底常识把握程度，进行有针对性的教育变革，能够有用进步教育质量，然后进步学生的资料测验操作才干以及测验剖析才干，进而进步研讨生的科研才干。咱们针对研讨生课程《现代资料测验技能》的教育进行行之有用的变革，期望能给本校相关课程教育的变革和其它院校的相关学科教育变革，供给可学习的经历。

参考文献

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