开课学院：理学院 制作人：刘志强
课程名称 |
材料表征与检测技术 |
授课对象所属专业 |
微电子科学与工程 |
课程类型 |
专业教育课程 |
开课年级 |
本科大三 |
课程性质 |
选修课 |
课程总学时 |
32 |
一、课程简介
《材料表征与检测技术》是微电子科学与工程专业本科三年级开设的一门选修课程，在人才培养中占有重要地位。课程遵循OBE理念，针对专业的培养目标和毕业要求，制定课程培养目标，培养学生自主学习意识、解决问题的能力，帮助学生凝练正确的世界观、人生观、价值观，有社会责任感。通过学习，学生能了解各种测试方法及其原理，掌握样品的制备、参数的选择、数据和曲线的处理、各种影响因素与结果分析，使学生符合国家发展、行业的发展需求。此外，培养学生利用课程知识完成研读科技资料、开展科学研究、撰写科技论文等任务，为学生毕业后从事材料专业的生产与研究奠定基础。
二、案例基本信息
1.案例名称：细心、严谨决定成功－－X射线的发现
2.对应章节：1.1 X射线及其物理学基础
3.课程讲次：第2讲
三、案例教学目标
1.教学目标
（1）促进学生了解 X 射线的发现及发展历史。
（2）掌握 X 射线的性质及X射线谱。
（3）帮助学生掌握正确的研究方法；促进学生专业素养、专业理论、专业知识和专业能力的培养。
2.思政目标
（1）结合热点问题，对《“X射线”的发现》进行展开讲解，把严谨治学、深入探索、深刻思考的作风以间接、内隐的方式，有意识、有计划、有目的地融入，引导学生树立严谨的科学思维习惯。
（2）培养学生自主学习、自主探究的能力。
（3）帮助学生凝练正确的世界观、人生观、价值观，做一个有思想的“智者”。
四、案例主要内容
1.X射线
（1）展示电磁辐射的相关照片， 引导学生思考：太阳光的本质是什么?
广义上讲，太阳光是来自太阳所有频谱的电磁辐射。在地球，当太阳在地平线之上，经过地球大气层过滤照射到地球表面的太阳辐射，则称为日光，也即是我们平时常说的太阳光。
（2）进一步引导学生思考 5G 移动网络信号属于哪一波段电磁辐射，讲解我国 5G 技术的发展和突破，激发学生的爱国情怀。
（3）CT影像判断病情，成为新冠肺炎诊断的重要依据之一。引导学生思考CT影像所应用的“射线”，从而引出X射线，并说明X射线也是一种电磁辐射。
2.X射线的发现
（1）播放短视频
（2）讲授X射线发现过程
通过短视频我们知道的X射线是如何发现的，但是为什么伦琴能发现X射线呢？从中我们可以得到什么启示呢。
先来看看X射线的发现过程。十九世纪末，阴极射线研究是物理学的热门课题，许多物理实验室都致力于这个方面。在德国维尔茨堡大学的伦琴(Wilhelm Konrad Rontgen，1845-1923)教授也对这个问题感兴趣。1895年11月8日，他到实验室工作，一个偶然事件吸引了他的注意。当时房间一片漆黑，放电管用黑纸包严，但是他发现在不超过一米远的小桌上一块亚铂氰化钡溶液浸洗过的纸板发出闪光。他很奇怪，就移远纸板荧光屏继续试验，荧光屏的仍然闪光，随放电过程的节拍断续出现。伦琴是一位治学严谨实验物理学家，他取来各种不同的物品，包括书本、木板、铝片等等，放在放电管和荧光屏之间，发现不同的物品效果很不一样。有的挡不住，有的起阻挡作用，显然从放电管发出了一种穿透力很强的射线。
为了确认这一新射线的存在，伦琴认真观察每一个细小的实验现象，深入探索，尽可能了解它的特性，伦琴用了6个星期深入地研究这一现象。1895年12月28日，伦琴向德国维尔兹堡物理和医学学会递交第一篇研究通讯《一种新射线———初步研究》。
实际上当时学术界许多学者在做阴极射线方面的实验，其中不少学者也观察到了这种现象。1869年，德国蒙斯特大学物理学家希托夫研究他的老师普吕克发现的阴极射线，实验时观察到真空管中的阴极发出的射线遇到玻璃管壁会产生荧光。1876年这种射线被Eugene Goldstein命名为“阴极射线”。英国物理学家克鲁克斯研究稀有气体里的能量释放，并且制造了克鲁克斯管。他发现，将未曝光的相片底片靠近这种管时，一部分被感光。1887年4月，尼古拉·特斯拉发现，在电子穿过物质，发生了现在叫做轫致辐射的效应，1892年特斯拉完成了这些实验，但是他并没有使用X光这个名字，而只是笼统成为放射能，他提醒科学界注意阴极射线对生物体的危害性，但他没有公开自己的实验成果。1892年赫兹提出阴极射线可以穿透非常薄的金属箔，赫兹的学生伦纳德进一步对很多金属进行了实验研究。
为什么他们与x射线擦肩而过？欠缺的不是机会，而是不够更深入的思考，只是肤浅应付，其效果相差巨大。
伦琴把这项成果发布在 Physical-Medical Society 杂志上。为了表明这是一种新的射线，伦琴采用表示未知数的X来命名。很多科学家主张命名为伦琴射线，伦琴自己坚决反对，但是这一名称仍然有人使用。1901年伦琴获得诺贝尔物理学奖。爱迪生研究了材料在X光照射下发出荧光的能力，发现钨酸钙最为明显。1896年3月爱迪生发明了荧光观察管，后来被用于医用X光的检验。1906年物理学家贝克勒耳发现X射线能够被气体散射，并且每一种元素有其特征X谱线，他因此获得了1917年诺贝尔物理学奖。苦尽甘来，雨后彩虹。
X射线具有波动性与粒子性，X射线的本质是电磁波，X射线波长范围为10-0.001nm；在X射线衍射常用的波长约在0.25-0.05nm之间；用于材料探伤的X射线波长在0.1-0.005nm之间。认清事务的根本事倍功半，掌握辩证方法，解决问题游刃有余。
X射线其他性质：X射线具有较强的穿透能力；经过磁场和电场不会发生偏转；可被吸收而使强度减弱；能使空气或其它气体电离；能激发荧光X射线效应；能使照相片感光；能杀死生物细胞与组织。增加环保意识，珍惜生命。
4.严谨治学、深入探索深刻思考
将倡导的道德规范、正确的思想认识、以及做人的道理、处世的准则等，以间接、内隐的方式，有意识、有计划、有目的地融入《材料研究与测试方法》课堂教学过程，营造浓烈的教育氛围，逐步熏陶学生严谨治学、深入探索、深刻思考，凝练正确的世界观、人生观、价值观，使学生符合国家发展、行业的发展需求，具有健全的人格、创新精神、高尚的职业道德和社会责任感，具备专业素养、专业理论、专业知识和专业能力。
五、案例教学设计
1.案例的引出
通过展示电磁辐射的相关照片， 引导学生思考：太阳光的本质是什么?引导学生思考 5G 的属于哪一波段电磁辐射，讲解我国 5G 技术的发展和突破，激发学生爱国情怀。
2.教学方法
（1）教学形式选择
视频导入（多媒体试听导入法）、问题导向、启发式教学
（2）现代信息技术应用
借助信息化的教学技术增强课堂教学的德育效果，推动课程思政同新媒体新技术的高度融合，增强时代感和吸引力。学习通等相关学习软件支持形式多样教学活动的开展。
（3）考核评价方案
课程思政的评价方式采用调查问卷、心得体会等诊断性评价和终结性评价方式，判断学生的思想状况。也可以通过学生参与思政问题的讨论情况、教学过程的记录等进行评价和反馈。
六、教学反思
道德规范、正确的思想认知、做人的道理、处世的准则等，以间接、内隐的方式，有目的地融入课堂教学过程，营造浓烈的教育氛围，逐步熏陶学生严谨治学、深入探索、深刻思考，凝练正确的世界观、人生观、价值观，使学生具有健全的人格、高尚的职业道德和社会责任感，具备专业理论、专业知识和专业能力，符合国家、行业的发展需求。
育人除了“育能”——使学生具备专业技能，更重要的是“育心”——树立正确的世界观、人生观和价值观，以培养社会主义建设者和接班人。相较而言，前者是显性的，后者是隐性的。对于课程思政教育的隐性，不是要遮遮掩掩，而是要隐于专业教学当中，做到课程知识和思政内容有效衔接，不突兀、不刻意，实现知识传授和思政教育的同向同行。这就要求专业课程既要有明确的思政教学目标，又要讲究思政元素融入的自然性和艺术性。这个要求对专业课程的教师来说，难度还是比较大的。既要有过硬的教学基本功，更要有较高的思想政治觉悟；既要有坚实的专业知识，又要涉猎广域的人文社科、哲学、时事政治等素材。因此，教师自身要加强学习，除了专业提升，也要注重综合素养提升。
