摘要：通过对透射电子显微镜基本原理、教学实验、实验考核及课程反思等方面的介绍，探讨了透射电子显微镜在教学中的应用，使学生掌握透射电子显微镜的使用方法，提高他们对材料微观结构的认知能力和分析解决问题的能力。实践证明，透射电子显微镜能提高学生学习兴趣和学习效率，对于培养高素质人才有重要意义。

关键词：透射电镜；教学；应用；探索

Abstract： By introducing the basic principle， teaching experiment， experimental assessment， and course reflection of transmission electron microscope， the application of transmission electron microscopes in teaching has been explored， which enable students to master the use method of transmission electron microscope， improve the microstructure recognization of materials and problem analyzing and solving ability. Practice proved that transmission electron microscopy can improve the learning interest and efficiency of students， and is of great significance for cultivating high-quality talents.

Key words： transmission electron microscope; teaching; application; exploration

透射电子显微镜（简称透射电镜）是一种以较短波长电子束为光源，研究材料微观结构、缺陷及其它信息的大型仪器设备，在材料科学研究、工程技术和工业生产等领域有着广泛的应用[1]。随着材料科学技术的不断发展，对材料微观结构与性能关系的研究是材料科学中的重要课题，透射电镜可对材料进行高分辨形貌及结构分析，并与材料宏观性能相联系，进而从原理上理解材料宏观性能与微观结构的相互关系，因此透射电镜在材料科学研究中起到重要作用[2，3]。由于透射电镜价格昂贵、操作复杂，因此主要服务于校内科研工作，在教学过程中多数学生仅可学习一些书本知识，且透射电镜原理复杂，枯燥的书本知识会打消学生的学习兴趣，不能完全发挥透射电镜的教学属性[4]。由此，探索透射电镜在教学中的应用，提高透射电镜在教学中的比重，有助于开拓学生视野，提高学生科研积极性及科研创新能力[5，6]。

在教学中，首先需要学生了解透射电镜的工作原理和基本构成部件，以便在实验中能熟练操作仪器进行观察。其次需要学生掌握透射电镜的使用方法，并能将所观察到的微观结构信息进行处理和分析。通过理论与实践相结合，可提高学生的学习兴趣和学习效率，促进他们综合能力的发展。本文所探索的透射电镜在教学中的应用主要分为透射电镜基本介绍、教学实验、实验考核、课程反思四部分组成。

1  基本介绍

透射电镜是一种利用电子束来观察材料表面或界面微观结构的仪器，透射电镜一般由高压照明系统、真空系统、成像系统等部分组成[7，8]。在高压照明系统中，灯丝是影响电子束质量的关键部件，灯丝的性能好坏直接影响着透射电子显微镜观察到的图像质量，在照明系统中，使用电磁透镜改变电子束方向，目的是将平行的电子束照射在样品上。为延长灯丝使用寿命及保证高质量电子束照射在样品表面，透射电子显微镜内必须保持高真空，一般由油泵、分子泵及离子泵组成。成像系统由物镜、中间镜和投影镜组成，主要作用是将形貌图像或衍射花样投影到荧光屏上。

由于透射电镜可以观察到材料表面或界面微观结构和图像，因此在材料科学、冶金、生物医学等领域得到了广泛应用[9]。在材料分析领域，透射电镜不仅能进行材料表面形貌和结构的观察，而且还能对其表面化学组成、元素分布等信息进行研究[10]。在冶金领域，透射电镜可用来观测金属材料的晶体结构、缺陷、原子排列等信息[11]。在生物医学领域，透射电镜已被广泛应用于细胞、组织结构以及人体组织器官等观察和研究工作[12]。

2  教学实验

透射电镜可以帮助学生加深对材料微观结构的认识，并为学生提供一个理论知识与实践操作结合的平台。但由于透射电镜结构复杂，功能复杂，在教学中使用的透射电镜仪器相对较少。在本部分实验教学中，设定了高分辨形貌观测和晶体结构分析实验两部分。学生通过这些实验，可以了解到透射电镜的基本结构以及几个主要功能操作，完成教学实验之后，学生可以掌握利用透射电镜获取高分辨照片及判定材料晶体类型的方法。

2.1  高分辨形貌观测实验

透射电镜分辨率高，可对材料进行高分辨形貌分析。在形貌观测实验中，需要指导学生如何制备高质量透射样品，并演示样品从放进设备到得到清晰高分辨照片的全部过程。在演示过程中，依照透射电镜实物再次讲解设备构造，加深学生对设备的了解；在拍摄不同放大倍率的照片时，讲解质厚衬度和衍射衬度对照片的影响，在拍摄高分辨照片时，讲解晶格条纹的判定及晶面间距的测量等内容。在这个实验过程中，教师可以通过让学生观察、对比不同样品表面形貌和内部结构来提高学生对透射电镜的兴趣。

2.2  晶体结构分析实验

透射电镜具有分析材料结构的功能，能够根据衍射信息确定晶体结构。在本部分实验过程中，可以让学生使用透射电镜观察不同晶体类型的样品，如单晶、多晶和非晶。其中在观测晶体材料时，演示了利用透射电镜获取样品衍射花样的流程，并以单晶硅的衍射花样为例讲解了电子衍射花样分析的基本原理和指数化方法，通过演示讲解，让学生了解了单晶硅的衍射图像和结构信息，并掌握由衍射花样反推晶体结构的方法，由此学会透射电镜对晶体材料的结构分析方法。

3  实验考核

为了激发学生学习兴趣，培养学生自主学习、独立思考和解决问题的能力，提高他们的创新思维能力和综合实践能力，我们设计了一套完整的实验考核体系，包括理论考核与实验考核。理论考核：在实验开始之前，我们要求学生必须对透射电镜基础理论有一定了解，考核内容包括透射电镜的基本构造及原理、操作方法和图像分析等。实验考核：在此过程中，我们将学生分成小组，每组4～5人，并按照小组分配考核实验命题，同时制定了详细的实验流程和实验步骤，考核内容包括装载透射样品、拍摄形貌及获取衍射信息等。通过这样的实验考核体系，能够培养学生自主学习、独立思考和解决问题的能力。同时也提高了他们的科研意识和创新能力。

4  课程反思

透射电镜能够帮助学生理解并掌握相关的专业理论知识，还能帮助学生建立起理论联系实际的桥梁。例如，在讲解晶体缺陷时，我们可以用透射电镜来观察晶体的表面形貌和缺陷类型。这种教学方法不仅能够加深学生对晶体缺陷的理解，还可以增强学生对知识的综合应用能力。但由于透射电镜设备价值高、原理复杂、操作繁琐、机时有限等原因，导致在教学中透射电镜的应用较少。如何在有限的教学时间内，尽量让学生多了解透射电镜相关知识，并在以后的科研工作中提供助力，至关重要。通过前期多次授课经验以及本校实际情况，关于透射电镜的教学工作有以下几条建议。1、加强理论基础学习。实验课之前，向学生发放详细学习资料，加深对透射电镜的构造、原理、分类等内容的了解。2、强化理论联系实际。由于材料领域研究方向驳杂，学生在以后的科研工作中会遇到不同关于透射电镜的问题，因此，在实验课过程中，重点讲解针对不同样品，透射电镜选型、样品制备、铜网选择的相关知识，理论联系实际，提高学生解决问题综合能力。

为了让学生更好地掌握透射电镜的使用方法，在教学中教师应以专业知识为基础，以专业技能为重点，充分利用先进技术，积极探索教学新方法和新模式。具体来说，教师应先结合理论知识进行讲解，让学生了解透射电镜的工作原理，为后续实验教学打下基础。然后，将课堂学习和实践操作相结合，通过实例来激发学生学习兴趣，使他们能够积极主动地参与到实验教学中去。此外，在实验教学中还可以加入自主设计性实验、开放性实验和研究性实验等内容。另外，教师应不断改进和完善教学方法与模式，充分调动学生的主观能动性和创新意识。最后要对学生进行考核，采用上机操作与实际操作相结合的形式进行实验技能测试。

5  结语

随着社会的发展和时代的进步，透射电镜的应用范围越来越广泛，其教学方式也应不断更新。从传统的课堂教学到现代化教学模式，从单一教师授课到师生互动等，都是现代教育技术不断发展和进步的体现。通过设计和革新透射电镜的教学模式，不仅可发挥其本身极高的科研价值，同时可以帮助学生理解和掌握相关专业理论知识，提高学生的专业素养和科研兴趣，为培养创新型人才提供助力。

参考文献

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[11]Yao Z， Xu S， Jenkins M L， et al. Preparation of TEM samples of ferritic alloys[J]. Journal of Electron Microscopy，2008，57（3）：91-94.

[12]李方舟，戴文敬. 透射电子显微镜在医学院校中的实际应用及教学思考[J]. 现代职业教育，2022，31：142-144.

作者简介：彭辉（1986- ），男，实验师，主要从事扫描电子显微镜和透射电子显微镜的研究教学工作。