《材料物理性能》課程教學(xué)大綱

《材料物理性能》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱材料物理性能課程編號(hào)330020060課程性質(zhì)學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程課程類別專業(yè)課開課單位無(wú)機(jī)材料教研室授課學(xué)期第5學(xué)期學(xué)分/學(xué)時(shí)3/46課內(nèi)學(xué)時(shí)46理論授課46上機(jī)學(xué)時(shí)0課內(nèi)實(shí)踐0實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)0課外學(xué)時(shí)55適用專業(yè)新能源材料與器件是否雙語(yǔ)否先修課程《無(wú)機(jī)與分析化學(xué)》、《物理化學(xué)》、《材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《固體物理》、《新能源材料概論》后續(xù)課程《鋰離子電池原理與技術(shù)》、《太陽(yáng)能電池原理與技術(shù)》、《專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》、《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）》二、課程簡(jiǎn)介《材料物理性能》是新能源材料與器件專業(yè)的一門必修學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程系統(tǒng)地闡述了材料的物理特性和本質(zhì)，包括力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等性能及其發(fā)展和應(yīng)用，同時(shí)介紹了各種重要物理性能的原理及微觀機(jī)制、性能的影響因素以及控制和改善性能的措施等。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握無(wú)機(jī)材料本征參數(shù)物理意義，掌握影響材料物理性能的微觀機(jī)理；掌握材料組成、結(jié)構(gòu)對(duì)制品性能的影響，提高學(xué)生分析問題和解決問題能力，為材料設(shè)計(jì)和材料改性打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。三、課程目標(biāo)及對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐（一）課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到以下目標(biāo)：課程目標(biāo)1.能夠準(zhǔn)確了解無(wú)機(jī)材料的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)及介電性能；掌握上述性能的的原理與微觀機(jī)制，能夠正確分析無(wú)機(jī)材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。課程目標(biāo)2.能夠從材料微觀結(jié)構(gòu)的角度，分析材料在外界條件下發(fā)生響應(yīng)的原因及發(fā)生規(guī)律；能夠基于材料性能發(fā)生的微觀機(jī)制，準(zhǔn)確分析各種因素對(duì)材料性能的影響，并提出改善材料性能的方法或途徑；融入矛盾的對(duì)立統(tǒng)一性、質(zhì)變和量變等辯證唯物主義思想，培養(yǎng)學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀。課程目標(biāo)3.能夠從材料性能的基礎(chǔ)知識(shí)出發(fā)，具備設(shè)計(jì)具有優(yōu)異性能材料的能力；能夠利用材料性能的知識(shí)，解釋和解決實(shí)際生產(chǎn)中的問題，具備一定的應(yīng)用能力；培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，使學(xué)生了解科學(xué)的思維方法。（二）課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求課程目標(biāo)1指標(biāo)點(diǎn)1-2：掌握用于解決復(fù)雜工程問題的物理、化學(xué)等自然科學(xué)類基礎(chǔ)知識(shí)，并能用于對(duì)新能源材料與器件生產(chǎn)和加工過程復(fù)雜工程問題進(jìn)行恰當(dāng)?shù)墓奖碚骱陀?jì)算。指標(biāo)點(diǎn)2-1：掌握工程科學(xué)基本原理。工程知識(shí)2-問題分析課程目標(biāo)2指標(biāo)點(diǎn)1-4：掌握用于解決復(fù)雜工程問題的新能源材料與器件專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，并能用于新能源材料的制備、表征、器件組裝、性能檢測(cè)等，解決新能源材料與器件領(lǐng)域復(fù)雜工程問題。指標(biāo)點(diǎn)2-3：具有應(yīng)用新能源材料與器件的基本原理，并通過文獻(xiàn)研究對(duì)新能源材料與器件工程領(lǐng)域內(nèi)復(fù)雜工程問題進(jìn)行識(shí)別、分析、表達(dá)，以獲得有效結(jié)論的能力。1-工程知識(shí)2-問題分析課程目標(biāo)3指標(biāo)點(diǎn)12-2：掌握良好的學(xué)習(xí)方法，具有一定的探索知識(shí)能力。12-終身學(xué)習(xí)四、課程基本教學(xué)內(nèi)容及對(duì)課程目標(biāo)的支撐（一）課程基本教學(xué)內(nèi)容第一模塊力學(xué)性能（學(xué)時(shí)數(shù)：16學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容理解彈性形變、塑性形變、高溫蠕變、粘滯流動(dòng)等受力形變的基本概念、宏觀表現(xiàn)、微觀機(jī)制、影響因素；掌握影響彈性模量的因素及兩相組分彈性模量上下限計(jì)算方法；掌握滑移條件和滑移系統(tǒng)的構(gòu)成；掌握無(wú)機(jī)材料缺乏塑性變形的原因；利用所學(xué)知識(shí)分析實(shí)際問題；理解斷裂的表征參數(shù)及斷裂過程，以及強(qiáng)度和斷裂韌性的概念等；了解裂紋的產(chǎn)生途徑和原因；掌握利用微裂紋理論計(jì)算和分析無(wú)機(jī)材料裂紋擴(kuò)展和產(chǎn)生脆性斷裂的原因和方法；了解材料產(chǎn)生靜態(tài)疲勞的原因，利用所學(xué)知識(shí)改善材料的強(qiáng)度和韌性；學(xué)會(huì)對(duì)材料的性能進(jìn)行設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：掌握受力后各種行為的基本概念、影響因素以及控制和改善措施。難點(diǎn)：理解材料力學(xué)形變的微觀機(jī)制。3.教學(xué)方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式，全面講述力學(xué)性能的基本概念、基本原理、基本分析，特別是材料受力后發(fā)生各種形變的微觀機(jī)制；（2）通過課堂練習(xí)和課堂測(cè)驗(yàn)，幫助學(xué)生掌握各種力學(xué)規(guī)律，加深學(xué)生對(duì)材料力學(xué)性能的理解；（3）隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)力學(xué)材料又提出了新的要求及挑戰(zhàn)，鼓勵(lì)學(xué)生課下查閱文獻(xiàn)，進(jìn)一步加深對(duì)行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)的了解，培育學(xué)生的科學(xué)思維和探索創(chuàng)新的精神。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果作為高等院校新能源專業(yè)的學(xué)生，通過該單元的學(xué)習(xí)，可以了解力學(xué)性能的基本概念、基本原理、基本分析，掌握力學(xué)性能控制和改善的基本措施。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1.能夠準(zhǔn)確了解無(wú)機(jī)材料的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)及介電性能；掌握上述性能的的原理與微觀機(jī)制，能夠正確分析無(wú)機(jī)材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。課程目標(biāo)2.能夠從材料微觀結(jié)構(gòu)的角度，分析材料在外界條件下發(fā)生響應(yīng)的原因及發(fā)生規(guī)律；能夠基于材料性能發(fā)生的微觀機(jī)制，準(zhǔn)確分析各種因素對(duì)材料性能的影響，并提出改善材料性能的方法或途徑；融入矛盾的對(duì)立統(tǒng)一性、質(zhì)變和量變等辯證唯物主義思想，培養(yǎng)學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀。課程目標(biāo)3.能夠從材料性能的基礎(chǔ)知識(shí)出發(fā)，具備設(shè)計(jì)具有優(yōu)異性能材料的能力；能夠利用材料性能的知識(shí)，解釋和解決實(shí)際生產(chǎn)生活中的問題，具備扎實(shí)的應(yīng)用能力；培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，使學(xué)生了解科學(xué)的思維方法。第二模塊熱學(xué)性能（學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容理解熱容、比熱、熱膨脹系數(shù)、熱穩(wěn)定性的基本概念和經(jīng)典理論與經(jīng)驗(yàn)定律的基本含義；掌握熱膨脹系數(shù)的影響因素；了解熱傳導(dǎo)的宏觀、微觀機(jī)理，分析熱傳導(dǎo)的影響因素；掌握提高材料抗熱沖擊的措施和方法。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：熱熔、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)的影響因素以及控制和改善措施；抗熱沖擊性能的評(píng)估方法以及提高措施。難點(diǎn)：理解材料熱傳導(dǎo)、熱膨脹、抗熱沖擊等熱學(xué)性能發(fā)生的微觀機(jī)理。3.教學(xué)方法（1）以案例形式展現(xiàn)各種熱學(xué)性能的應(yīng)用，通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式，全面講述熱容、比熱、熱膨脹系數(shù)、熱穩(wěn)定性的基本概念以及各種微觀機(jī)制；（2）通過課堂小組討論和課堂練習(xí)，并將實(shí)際保溫材料、耐火材料等熱學(xué)性能材料作為實(shí)例融入理論教學(xué)中，使學(xué)生能夠更加容易理解抽象的理論知識(shí)，提高學(xué)習(xí)熱學(xué)性能的興趣。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果作為高等院校新能源專業(yè)的學(xué)生，通過該單元的學(xué)習(xí)，可以了解熱學(xué)性能的的基本概念以及各種微觀機(jī)制，掌握熱學(xué)性能控制和改善的基本措施。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1.能夠準(zhǔn)確了解無(wú)機(jī)材料的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)及介電性能；掌握上述性能的的原理與微觀機(jī)制，能夠正確分析無(wú)機(jī)材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。課程目標(biāo)2.能夠從材料微觀結(jié)構(gòu)的角度，分析材料在外界條件下發(fā)生響應(yīng)的原因及發(fā)生規(guī)律；能夠基于材料性能發(fā)生的微觀機(jī)制，準(zhǔn)確分析各種因素對(duì)材料性能的影響，并提出改善材料性能的方法或途徑；融入矛盾的對(duì)立統(tǒng)一性、質(zhì)變和量變等辯證唯物主義思想，培養(yǎng)學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀。第三模塊電學(xué)性能（學(xué)時(shí)數(shù)：14學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容掌握電導(dǎo)、離子電導(dǎo)、電子電導(dǎo)、電導(dǎo)率、遷移率等基本概念，了解離子電導(dǎo)和電子電導(dǎo)的微觀機(jī)制，掌握影響電導(dǎo)率的影響因素；掌握愛因斯坦-能斯特方程，理解無(wú)機(jī)材料的電導(dǎo)和半導(dǎo)體材料的物理效應(yīng)；理解極化概念、極化種類及極化機(jī)理；了解材料的介電性和熱擊穿性，掌握介質(zhì)損耗及影響因素；了解鐵電效應(yīng)和壓電效應(yīng)的基本概念和微觀機(jī)理。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：電導(dǎo)率的影響因素以及能斯特-愛因斯坦方程；各種極化的產(chǎn)生機(jī)理以及電介質(zhì)材料介電損耗的影響因素。難點(diǎn)：了解材料離子電導(dǎo)、電子電導(dǎo)以及介電性能產(chǎn)生的微觀機(jī)制。3.教學(xué)方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式，全面講述離子電導(dǎo)、電子電導(dǎo)以及電介質(zhì)的基本概念以及各種微觀機(jī)制；（2）以案例形式展現(xiàn)各種電學(xué)性能的應(yīng)用，通過課堂小組討論和課堂測(cè)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生課下查閱文獻(xiàn)，對(duì)實(shí)際鋰離子電池、太陽(yáng)能電池、電容器等材料的發(fā)展現(xiàn)狀作為調(diào)查目標(biāo)，進(jìn)一步加深對(duì)電池、電容器等行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)的了解，培育學(xué)生的科學(xué)思維和探索創(chuàng)新的精神。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果作為高等院校新能源專業(yè)的學(xué)生，通過該單元的學(xué)習(xí)，可以了解導(dǎo)電、介電性能的基本概念以及各種微觀機(jī)制，掌握導(dǎo)電、介電性能控制和改善的基本措施。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1.能夠準(zhǔn)確了解無(wú)機(jī)材料的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)及介電性能；掌握上述性能的的原理與微觀機(jī)制，能夠正確分析無(wú)機(jī)材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。課程目標(biāo)2.能夠從材料微觀結(jié)構(gòu)的角度，分析材料在外界條件下發(fā)生響應(yīng)的原因及發(fā)生規(guī)律；能夠基于材料性能發(fā)生的微觀機(jī)制，準(zhǔn)確分析各種因素對(duì)材料性能的影響，并提出改善材料性能的方法或途徑；融入矛盾的對(duì)立統(tǒng)一性、質(zhì)變和量變等辯證唯物主義思想，培養(yǎng)學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀。課程目標(biāo)3.能夠從材料性能的基礎(chǔ)知識(shí)出發(fā)，具備設(shè)計(jì)具有優(yōu)異性能材料的能力；能夠利用材料性能的知識(shí)，解釋和解決實(shí)際生產(chǎn)生活中的問題，具備扎實(shí)的應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，使學(xué)生了解科學(xué)的思維方法。第四模塊光學(xué)性能（學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容掌握光與物質(zhì)作用的微觀機(jī)制，理解朗伯特定律；了解材料反射率、折射率、散射率、投射率等基本概念以及光與物質(zhì)作用后發(fā)生各種現(xiàn)象的微觀機(jī)制，掌握光產(chǎn)生折射的原因和影響因素；掌握材料產(chǎn)生透光的條件；了解乳濁機(jī)理和提高乳濁度的方法；了解表面光澤的影響因素和提高光澤度的方法；理解材料的著色機(jī)理；了解各種特殊光學(xué)材料工作的基本原理。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：了解光與物質(zhì)作用的微觀機(jī)制，朗伯特定律以及光產(chǎn)生折射的基本原理和影響因素；掌握材料透光性的影響因素。難點(diǎn)：理解光與物質(zhì)作用后發(fā)生各種現(xiàn)象的微觀機(jī)制。3.教學(xué)方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式，全面講述光與物質(zhì)的微觀作用機(jī)制以及反射率、折射率、散射率、投射率等的基本概念以及各種微觀機(jī)制；（2）通過課堂小組討論和課堂練習(xí)，鼓勵(lì)學(xué)生課下查閱文獻(xiàn)，對(duì)實(shí)際激光材料、透鏡材料、發(fā)光材料等材料的發(fā)展現(xiàn)狀作為調(diào)查目標(biāo)，進(jìn)一步加深對(duì)光學(xué)材料行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)的了解，培育學(xué)生的科學(xué)思維和探索創(chuàng)新的精神。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果作為高等院校新能源專業(yè)的學(xué)生，通過該單元的學(xué)習(xí)，可以了解光學(xué)性能的基本概念以及各種微觀機(jī)制，掌握光學(xué)性能控制和改善的基本措施。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1.能夠準(zhǔn)確了解無(wú)機(jī)材料的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)及介電性能；掌握上述性能的的原理與微觀機(jī)制，能夠正確分析無(wú)機(jī)材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。課程目標(biāo)2.能夠從材料微觀結(jié)構(gòu)的角度，分析材料在外界條件下發(fā)生響應(yīng)的原因及發(fā)生規(guī)律；能夠基于材料性能發(fā)生的微觀機(jī)制，準(zhǔn)確分析各種因素對(duì)材料性能的影響，并提出改善材料性能的方法或途徑；融入矛盾的對(duì)立統(tǒng)一性、質(zhì)變和量變等辯證唯物主義思想，培養(yǎng)學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀。（二）課程基本教學(xué)內(nèi)容對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)學(xué)時(shí)安排課內(nèi)課外學(xué)時(shí)比例第一模塊力學(xué)性能講授法、課堂練習(xí)、專題討論課程目標(biāo)1、2、3161:1.2第二模塊熱學(xué)性能案例分析、講授法、練習(xí)、專題討論課程目標(biāo)1、281:1.2第二模塊電學(xué)性能案例分析、講授法、測(cè)驗(yàn)、專題討論課程目1、2、3141:1.2第二模塊光學(xué)性能講授法、專題討論、課堂練習(xí)課程目標(biāo)1、281:1.2合計(jì)46五、課程考核及對(duì)課程目標(biāo)的支撐（一）課程考核課程成績(jī)構(gòu)成（百分制）課程成績(jī)構(gòu)成比例考核環(huán)節(jié)目標(biāo)分值考核/評(píng)價(jià)細(xì)則平時(shí)成績(jī)70%作業(yè)40本門課程原則上不少于5次作業(yè)，每次10分。主要考核內(nèi)容：階段性重點(diǎn)難點(diǎn)作業(yè)評(píng)分的具體標(biāo)準(zhǔn)：能按時(shí)認(rèn)真完成布置的作業(yè)，書寫工整，答案正確合理（9-10分）；能按時(shí)完成布置的作業(yè)，作業(yè)撰寫基本工整，答案正確（7.5-8.9分）；能按時(shí)完成布置的作業(yè)，作業(yè)撰寫基本工整，答案基本合理（6-7.4分）。不能按時(shí)完成布置的作業(yè)，作業(yè)撰寫潦草，答案不準(zhǔn)確（0-5.9分）。具體分值根據(jù)作業(yè)次數(shù)和題目數(shù)量調(diào)整。課堂練習(xí)30考核內(nèi)容：各章節(jié)基本知識(shí)點(diǎn)，題型主要以選擇、填空、計(jì)算題的形式。及評(píng)價(jià)細(xì)則：5次課堂練習(xí)，每次6分。具體分值根據(jù)作業(yè)次數(shù)和題目數(shù)量調(diào)整。課堂表現(xiàn)30課堂表現(xiàn)包括出勤和課堂討論，其中出勤14分，課堂表現(xiàn)16分：缺勤一次扣一分，事假病假扣0.5分，無(wú)故缺勤8次以上出勤記0分；原則上設(shè)置不少于8次課堂討論或提問，每參加一次記2分，最高16分；具體分值根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。結(jié)課測(cè)驗(yàn)30%知識(shí)40考核內(nèi)容：基本概念、微觀機(jī)理、影響因素、公式計(jì)算考試題型：選擇、判斷、綜合評(píng)價(jià)細(xì)則：選擇和判斷等客觀題每題1～2分，綜合題主要考察學(xué)生運(yùn)用各類性能的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，進(jìn)行材料性能設(shè)計(jì)、優(yōu)化的能力，并在設(shè)計(jì)過程中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。具體分值根據(jù)題目數(shù)量調(diào)整。能力30綜合應(yīng)用20創(chuàng)新10（二）課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐教學(xué)內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標(biāo)第一模塊力學(xué)性能1-1彈性形變、塑性形變、高溫蠕變、粘滯流動(dòng)、斷裂等受力行為及特點(diǎn)1-2對(duì)比分析陶瓷和金屬的塑性形變能力1-3強(qiáng)度和斷裂韌性的表達(dá)式的運(yùn)用1-4增強(qiáng)增韌的途徑及機(jī)制1-5微裂紋產(chǎn)生與擴(kuò)展、及靜態(tài)疲勞的產(chǎn)生原因作業(yè)、課堂練習(xí)、結(jié)課測(cè)驗(yàn)課程目標(biāo)1、2、3第二模塊熱學(xué)性能熱容、熱膨脹、熱傳導(dǎo)、抗熱震性的基本概念、微觀機(jī)制和影響因素作業(yè)、課堂練習(xí)、課堂討論，結(jié)課測(cè)驗(yàn)課程目標(biāo)1、2第三模塊電學(xué)性能3-1離子電導(dǎo)、電子電導(dǎo)的微觀過程、電導(dǎo)率的表達(dá)式及影響因素3-2電極化的概念、介電性能的微觀機(jī)制及影響因素3-3鐵電體和壓電體的基本特點(diǎn)作業(yè)、課堂練習(xí)、課堂討論、結(jié)課測(cè)驗(yàn)課程目1、2、3第四模塊光學(xué)性能4-1光的反射、折射、吸收、色散和散射等基本概念及影響因素4-2材料的透光性的影響因素4-3