《材料現(xiàn)代測試方法》課程教學大綱（新能源材料與器件專業(yè)）

《材料現(xiàn)代測試方法》課程教學大綱一、課程簡介課程中文名材料現(xiàn)代測試方法課程英文名Modernmethodsofmaterialstesting雙語授課□是■否課程代碼21112019課程學分3總學時數(shù)48（含勞動理論教育２學時）課程類別□通識教育課程□公共基礎課程■專業(yè)教育課程□綜合實踐課程□教師教育課程課程性質(zhì)■必修□選修□其他課程形態(tài)□線上■線下□線上線下混合式□社會實踐□虛擬仿真實驗教學考核方式■閉卷□開卷□課程論文□課程作品□匯報展示□報告■課堂表現(xiàn)■階段性測試■平時作業(yè)□其他（可多選）開課學院材料科學與工程學院開課系(教研室)新能源材料與器件系面向?qū)I(yè)新能源材料與器件開課學期第5學期先修課程大學物理、高等數(shù)學、物理化學、無機化學、應用電化學后續(xù)課程材料表面與界面、半導體物理與器件選用教材周玉.材料分析方法（第四版）[M].機械工業(yè)出版社,2020。參考書目[1]朱和國,尤澤升,劉吉梓.材料科學研究與測試方法（第3版）[M].南京:東南大學出版社,2016.課程資源/video/av23172159/（哈爾濱工業(yè)大學周玉主講公開課程《材料分析測試方法》）課程簡介本課程是新能源材料與器件專業(yè)本科生必修的一門專業(yè)核心課，概述了Ｘ射線衍射分析、電子顯微分析、紅外光譜分析及熱分析等測試方法的基本原理、儀器結構與功能、分析方法及應用等知識，是解決材料化學組成、微觀形貌、物相結構和宏觀性能之間關系的重要課程。通過課程學習，學生能夠?qū)W到材料主要表征方法的基礎理論及各種分析測試儀器的結構與工作原理，具備分析研究材料化學組成、微觀形貌及物相結構的能力，養(yǎng)成系統(tǒng)辯證思維和求真務實的科學素養(yǎng)，具備一定的社會責任感。此課程是依托專業(yè)教育開展勞動教育的課程。二、課程目標表1課程目標序號具體課程目標課程目標1能夠運用X射線物理學基礎理論、X射線運動學衍射理論、電子光學基礎理論闡述X射線物相分析原理、透射電子顯微分析成像原理、掃描電子顯微分析成像原理、光譜分析原理等，具備邏輯推理能力。能闡明X射線衍射儀、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、紅外光譜儀等現(xiàn)代材料分析檢測儀器設備的基本構成，區(qū)別關鍵參數(shù)，具備辯證思維。課程目標2能夠運用材料分析測試基本理論分析儲能材料和能量轉(zhuǎn)換材料的結構與性能之間的關系，并從數(shù)學模型、工程經(jīng)驗和實際研究中獲得有效結論，具備較強的邏輯思維和求真務實的科學精神。課程目標3能夠選用合適的材料微觀組織結構的分析方法，并結合儀器關鍵參數(shù)差異和局限性以及試樣性質(zhì)與測試要求選擇合適的儀器，對新能源材料與器件進行結構組成、結構、物相和性能測試，具備系統(tǒng)辯證思維和工匠精神。表2課程目標與畢業(yè)要求對應關系畢業(yè)要求指標點課程目標畢業(yè)要求3：工程知識：具有從事新能源材料與器件專業(yè)相關工作所需要的數(shù)學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識，并能夠?qū)⑵溆糜诮鉀Q新能源材料與器件相關領域的復雜工程問題。【M】3.2針對復雜的新能源材料與器件工程問題，運用數(shù)學、自然科學、工程基礎和專業(yè)基礎知識進行分析和推演，掌握工程問題的主要機理和關鍵指標。1畢業(yè)要求4：研究：能夠基于科學原理并采用科學方法對新能源材料與器件相關領域的復雜工程問題進行研究，包括設計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結論。【H】4.4在儲能和能量轉(zhuǎn)換材料的組成、結構、物相、性能以及器件設計和制備等方面，能夠結合關鍵科學知識、工程經(jīng)驗、實驗及表征結果等進行分析和解釋，并得出有效合理的結論。2畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具：能夠針對新能源材料與器件相關領域復雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術工具，包括對復雜工程問題的預測與模擬，并能夠理解其局限性?！綡】5.2針對儲能和能量轉(zhuǎn)換材料的組成、結構、物相、性能以及器件設計和制備等方面所遇到的復雜工程問題，運用材料設計軟件、材料制備與結構性能的現(xiàn)代分析儀器，以及材料開發(fā)與應用等信息技術工具、工程工具和模擬仿真軟件，進行綜合分析、計算模擬和設計。3三、課程學習內(nèi)容與方法（一）理論學習內(nèi)容及要求表3-1課程目標、學習內(nèi)容和教學方法對應關系序號課程模塊學習內(nèi)容學習任務課程目標學習重點難點教學方法學時1X射線物理學基礎1.X射線的性質(zhì)1.拓展閱讀：X射線和X射線譜的基本概念、產(chǎn)生原理、X射線的性質(zhì)等；理解X射線與物質(zhì)作用的過程、產(chǎn)生的結果信息。1,2重點：1.X射線的產(chǎn)生原理2.X射線與物質(zhì)的相互作用難點：3.X射線的透射系數(shù)和吸收系數(shù)。講授法能夠引導學生理解X射線的產(chǎn)生原理、連續(xù)X射線譜和特征譜42.X射線產(chǎn)生及X射線譜：連續(xù)X射線譜、特征X射線譜的性質(zhì)與產(chǎn)生過程，X射線產(chǎn)生的基本方法與材料。3.X射線與物質(zhì)的相互作用：X射線的透射系數(shù)和吸收系數(shù)、X射線的真吸收、X射線的散射過程與分析。2X射線運動學衍射理論1.晶體幾何學線上學習：/video/av23172159/。1,2重點：1.布拉格方程2.X衍射方向、X射線衍射方法難點：1.倒易點陣的轉(zhuǎn)換2.衍射強度理論講授法案例教學法視頻學習能促進學生對多晶體衍射花樣的形成進行理解記憶。62.布拉格方程及倒易點陣3.X射線衍射方法4.多晶體衍射圖像的形成：多晶體衍射圖像的形成過程、單位晶胞對X射線的散射與結構因素、洛倫茲因數(shù)的概念和應用、影響衍射強度的其他因素、多晶體衍射的積分強度公式3X射線多晶體的物相分析1.多晶體分析方法：德拜-謝勒爾法基本概念與方法、其他照相法、X射線衍射儀拓展閱讀+視頻學習：了解X射線衍射儀原理、深刻理解物相定性分析和定量分析的原理與方法，尤其是物相定性分析的原理，X射線衍射圖產(chǎn)生的過程原理應深刻了解，從而能更好地利用X射線圖譜進行材料的物相分析。1,3重點：1.X射線譜分析基礎2.定性分析的原理與方法、點陣參數(shù)的精確測定方法難點：1.定量分析方法與應用2.點陣參數(shù)的精確測定方法講授法案例教學法能夠引導學生熟練運用X射線衍射儀進行定性分析。82.定性分析與定量分析3.點陣參數(shù)的精確測定4透射電子顯微鏡1.電子光學基礎：電子波與電磁透鏡、像差與分辨率、景深和焦長線上學習：/video/av23172159/。1,3重點：1.透射電子顯微鏡原理2.透射電子顯微鏡的結構和應用3.透射電鏡樣品制備方法難點：4.電子衍射基本概念、電子顯微鏡中的電子衍射基礎、單晶體電子衍射花樣標定、復雜電子衍射花樣的分析。講授法案例教學法視頻學習能夠引導學生熟悉透射電鏡的結構和工作原理，促進學生獨立運用該分析手段進行樣品制備、分析測試和結果分析。92.透射電子顯微鏡的結構與成像原理、主要部件的結構與工作原理3.透射電子顯微鏡的分辨率和放大倍數(shù)5掃描電子顯微鏡1.電子束與固體樣品作用時產(chǎn)生的信號拓展閱讀+視頻學習：掃描電鏡的樣品制備及其測試方法。1,2,3重點：1.掃描電子顯微鏡原理2.掃描電子顯微鏡樣品制備要求和應用難點：3.表明形貌襯度原理及其應用、原子序數(shù)襯度原理及其應用。講授法案例教學法視頻學習能夠引導學生熟悉掃描電鏡的結構和工作原理，促進學生獨立運用該分析手段進行樣品制備、分析測試和結果分析。92.掃描電子顯微鏡的構造和工作原理3.掃描電子顯微鏡的主要性能和應用6紅外光譜分析1.紅外光譜分析的原理和方法拓展閱讀：紅外光譜進行有機化合物結構分析的常見案例。1,2重點：1.紅外光譜和拉曼光譜的基本原理，特點與應用場合。2.拉曼光譜與紅外光譜的區(qū)別。難點：1.定性分析及譜圖解析講授法案例教學法自學法能夠引導學生理解紅外光譜的原理，促進學生掌握紅外光譜進行有機化合物的結構分析。42.紅外光譜吸收帶的位置、樣品制備方法和應用3.紅外光譜與拉曼光譜的關系7熱分析技術1.差熱分析方法及應用線上學習：/video/av23172159/。1,3重點：1.熱重分析法。2.差示掃描量熱法。講授法案例教學法自學法能夠引導學生掌握常見三種熱分析技術的原理和應用。62.熱重分析方法及應用3.差示掃描量熱分析法及應用勞動教育學習內(nèi)容及要求表3-2課程目標、學習內(nèi)容和教學方法對應關系序號項目名稱項目來源教學目標（觀測點、重難點）學時數(shù)項目類型要求每組人數(shù)教學方法課程目標1勞動技能與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教師開發(fā)學生能夠樹立正確的勞動觀念和公民意識，完成教師布置的指定任務，制作與主題相關的匯報材料，確立正確的勞動價值觀，具備工匠精神和一定的社會責任感。2其他必做8-10查閱文獻，自學，小組討論2、3四、課程考核（一）考核內(nèi)容與考核方式表4-1課程目標、考核內(nèi)容與考核方式對應關系課程目標考核內(nèi)容所屬學習模塊/項目考核占比考核方式11.描述各種分析測試方法的能力。（1）X射線物理學基礎；（2）X射線衍射原理；（3）晶體學基礎；（4）電子顯微分析物理學基礎；（5）透射電子顯微鏡成像原理；（6）掃描電子顯微鏡成像原理；（7）吸收光譜和紅外光譜基本原理；（8）熱差分析、熱重分析和差示掃描量熱分析基本原理。1-730%課堂參與、階段性測驗、閉卷考試21.使用材料分析測試方法基本理論分析材料性質(zhì)的能力。（1）X射線物相定性、定量分析過程；（2）電子衍射花樣的分析與應用；（3）掃描形貌襯度像與原子序數(shù)襯度像的分析與應用；（4）不同材料分析檢測方法的特點選擇及過程管理。1、2、5、635%平時作業(yè)、階段性測驗、閉卷考試31.闡明各種分析測試儀器設備基本構成、區(qū)別關鍵參數(shù)、概括局限性的能力。（1）X射線衍射儀基本結構、關鍵參數(shù)及適用范圍；（2）透射電子顯微鏡基本結構、關鍵參數(shù)及適用范圍；（3）掃描電子顯微鏡基本結構、關鍵參數(shù)及適用范圍；（4）熱分析儀基本結構、關鍵參數(shù)及適用范圍。3、4、5、735%課堂參與、小組匯報、閉卷考試表4-2課程目標與考核方式矩陣關系課程目標考核方式考核占比期末考試成績比例70%課堂表現(xiàn)比例5%平時作業(yè)成績比例10%階段性測驗成績比例5%小組匯報成績比例10%課程目標140%20%020%030%課程目標230%0100%80%035%課程目標330%80%00100%35%（二）成績評定1.平時成績評定（1）課堂參與（16.66%）：通過學生在課堂上闡明知識的情況及相關能力水平進行評價。包括課堂提問、討論、回答問題、練習等。（2）平時作業(yè)（33.34%）：線下章節(jié)作業(yè)，主要考核學生知識的理解情況和綜合運用知識的能力。（3）階段性測驗（16.66%）：通過課堂中穿插的線上測驗，評估學生對知識的理解和運用情況。（4）小組匯報（33.34%）：通過分組完成老師布置的指定任務，評估學生對相關工具的應用情況。2.期末成績評定期末考試以閉卷的方式進行。試卷類型以主觀簡述和論述為主。主要考察學生對材料分析測試技術相關基本概念的辨識、材料檢測技術相關儀器設備組成結構和關鍵參數(shù)的理解及不同分析測試技術的運用等。3.總成績評定總成績由平時考核成績和期末考核成績構成，按百分制計分。其構成比例：總成績（100%）=平時成績（30%）+期末成績（70%）（三）評分標準表5評分標準（非試卷考核項目）考核項目評分標準優(yōu)秀(100>x≥90)良好(90>x≥80)中等(80>x≥70)及格(70>x≥60)不及格(x<60)課堂參與（1）課堂紙練習、回答問題正確，且能進行解釋（50%）。（2）提問、討論發(fā)言觀點正確，問題有深度、有創(chuàng)新（50%）。（1）課堂紙練習、回答問題正確，但解釋欠清楚（50%）。（2）提問、討論發(fā)言觀點正確，但問題無深度或無創(chuàng)新（50%）。（1）課堂紙練習、回答問題大部分正確，且不能解釋（50%）。（2）提問、討論發(fā)言觀點基本正確，但問題無深度、無創(chuàng)新（50%）。（1）課堂紙練習、回答問題錯誤率在30~50%之間，且不能解釋（50%）。（2）提問、討論發(fā)言觀點有部分錯誤，或邏輯不嚴密（50%）。（1）課堂紙練習、回答問題錯誤率超過50%，且不能解釋（50%）。（2）提問、討論發(fā)言觀點錯誤，思路不清晰，邏輯不嚴密（50%）。如出現(xiàn)錯誤價值觀、反黨反社會言論，記為0。平時作業(yè)（1）答案正確率超過90%（80%）。（2）部分作業(yè)完成方法、思路有創(chuàng)新（10%）。（3）書寫規(guī)范，無抄襲，態(tài)度端正（10%）。（1）作業(yè)正確率在80%~89%（80%）。（2）整個作業(yè)完成方法、思路無創(chuàng)新（10%）。（3）書寫規(guī)范，無抄襲，態(tài)度端正（10%）。（1）作業(yè)正確率在70%-79%（80%）。（2）整個作業(yè)完成方法、思路無創(chuàng)新（10%）。（3）書寫較規(guī)范，無抄襲，態(tài)度基本端正（10%）。（1）作業(yè)正確率在60%-69%（80%）。（2）整個作業(yè)完成方法、思路無創(chuàng)新（10%）。（3）書寫不夠規(guī)范，或有少量抄襲痕跡（10%）。（1）作業(yè)正確率在60%以下（80%）。（2）整個作業(yè)完成方法、思路無創(chuàng)新（10%）。（3）書寫不規(guī)范，有明顯抄襲，或有部分作業(yè)未完成（10%）。未提交作業(yè)記0分階段性測驗（1）按時提交所有線上測驗題（30%）。（2）完成全部測驗，正確率在90－100%（60%）。（3）完成了全部平臺討論，觀點正確，問題有深度、有創(chuàng)新（10%）。（1）按時提交80%-89%線上測驗題（30%）。（2）完成全部測驗，正確率在80%-89%（60%）。（3）完成了全部平臺討論，觀點正確，但問題深度、創(chuàng)新性不夠（10%）。（1）按時提交70%-79%線上測驗題（30%）。（2）完成全部測驗，正確率在70%-79%（60%）。（3）完成了全部平臺討論，觀點基本正確，但問題深度、創(chuàng)新性不夠（10%）。（1）按時提交60%-69%線上測驗題（30%）。（2）完成全部測驗，正確率在60%-69%（60%）。（3）完成了全部平臺討論，但觀點部分不正確，或存在明顯復制現(xiàn)象（10%）。（1）按時提交不足60%線上測驗題（30%）。（2）未全部完成測驗，或正確率在60%以下（60%）。（3）未全部完成平臺討論，或觀點不正確，或存在明顯復制現(xiàn)象（10%）。如出現(xiàn)錯誤價值觀、反黨反社會言論，記為0分。小組匯報（1）聲音宏亮，吐字清晰；服裝整潔優(yōu)雅、儀態(tài)自然大方；能目視觀眾，不長時間盯著PPT或回頭看投影（10%）。（2）語言表達邏輯性強，內(nèi)容能講清，重點突出，詳略得當，無重復口語化表達（30%）。（3）準備充分，展示內(nèi)容信息量大，教學設計或研究方案有創(chuàng)新，內(nèi)容、觀點正確，且聯(lián)系學科前沿或有創(chuàng)新（30%）。（4）PPT制作精美流暢，視頻、圖片與文字比例恰當，有美感（10%）。（5）本團隊成員全部積極參與匯報、補充、提問或回答問題，組內(nèi)成員分工明確，配合默契（20%）。（1）聲音宏亮，吐字清晰；服裝整潔、儀態(tài)較大方，但有較多時間盯著PPT或回頭看投影（10%）。（2）內(nèi)容能講清，重點比較突出，但邏輯性不夠清晰，有個別卡頓或口語重復（30%）。（3）準備較充分，展示內(nèi)容較豐富，內(nèi)容、觀點正確，但未聯(lián)系學科前沿或創(chuàng)新性不足（30%）。（4）PPT圖片與文字比例不夠恰當，文字太多，或字體顏色不夠鮮明（10%）。（5）本團隊3人以上成員積極參與匯報、補充、提問或回答問題，組內(nèi)成員分工較明確，配合較默契（20%）。（1）聲音不夠宏亮，或吐字不夠清晰；服裝整潔，但儀態(tài)不夠自然；長時間看PPT或投影（10%）。（2）內(nèi)容基本能講清，但重點不突出，邏