《材料研究與測試方法》課程教學大綱

《材料研究與測試方法》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱材料研究與測試方法課程編號330020058課程性質核心課課程類別專業(yè)課開課單位新材料教研室授課學期第五學期學分/學時3.5/60課內學時60理論授課60上機學時0課內實踐0實驗學時0課外學時90適用專業(yè)新能源材料與器件是否雙語否先修課程有機化學、材料物理性能、儲能技術與材料后續(xù)課程材料現(xiàn)代分析與綜合測試技術訓練二、課程簡介《材料研究與測試方法》課程是新能源材料與器件專業(yè)的一門核心課，課程的理論性較強。該課程主要講述X射線衍射分析技術、電子顯微鏡分析技術、表面分析技術、熱分析技術、光譜分析等內容。使學生在將來的科研及工業(yè)生產中能正確地選擇和使用相關的表征測試分析技術，為以后走向工作崗位，適用社會人才需求打下良好的基礎。三、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐（一）課程目標通過本課程的學習，使學生達到以下目標：課程目標1：通過本課程的學習，使學生了解材料結構與性能的表征方法和有關測試儀器的結構，掌握材料分析測試方法的基本原理，制樣技術、圖譜解析及其在材料制備和分析研究領域中的具體應用。課程目標2：通過課程教學，掌握各種材料的研究方法和實驗技術，注重理論與實踐緊密結合，使學生對各類測試方法的原理和應用有深刻的理解，提高學生分析問題和解決問題能力，培養(yǎng)學生探索精神和創(chuàng)新意識，努力實現(xiàn)學生知識、能力、素質協(xié)調發(fā)展。（二）課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐課程目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求課程目標1指標點1-4：掌握用于解決復雜工程問題的化學工程與工藝專業(yè)基礎知識，并能用于化工工藝過程選擇、優(yōu)化與集成，解決化學工程領域復雜工程問題。1-工程知識課程目標2指標點2-3：具有應用化學工程科學的基本原理，并通過文獻研究對化學工程領域內復雜工程問題進行識別、分析、表達，以獲得有效結論的能力。2-問題分析課程目標3指標點7-3：在工程實踐中主動應用能夠改善環(huán)境、促進社會可持續(xù)發(fā)展的先進技術。7-環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展四、課程基本教學內容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內容第一單元X射線衍射分析（學時數(shù)：14學時）1.課程主要內容（1）材料研究與測試方法的課程學習任務、目的和主要內容。（2）X射線與物質的相互作用機制、X射線的產生機制；X射線譜的實驗規(guī)律、X射線的產生裝置、X射線防護知識；X射線的本質、X射線譜產生的實質。（3）布拉格方程、衍射的概念；衍射的概念、布拉格方程以及衍射方法；結構因子、多晶體的衍射強度和積分強度計算；應用布拉格方程求算晶面間距；X射線衍射強度的含義。（4）X射線衍射儀的結構；點陣常數(shù)的精確測定；粉末照相法、衍射儀的測量方法與實驗參數(shù)；PDF卡片的內容及含義；物相定量分析方法；多晶體的物相分析原理、物相定性分析方法；應用物相定性分析方法分析物質。2.重點和難點X射線的衍射原理及五大影響因子的概念理解。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結合，闡明本課程的主要研究內容。在X射線衍射章節(jié)，我們回顧了X射線的發(fā)現(xiàn)史，以及圍繞X射線的認識誕生的十幾位諾獎的故事，這種科技發(fā)展史的回顧，可使學生切實體會到科技發(fā)展過程中的嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度以及先輩們攻堅克難的強大意志。（2）通過小組合作學習，查閱相關材料研究方法的發(fā)展相關文獻及案例，培養(yǎng)學生的自學能力和合作能力。4.學生學習預期成果完成本單元學習任務后，學生應了解材料研究與測試方法的課程學習任務、目的和主要內容，對材料研究與測試方法所面臨的新挑戰(zhàn)有充分的認識與理解，能應用知網等文獻檢索系統(tǒng)查閱相關文獻，并能進行整理歸納。支撐課程目標本單元知識、教學方式支撐的課程目標：課程目標1：通過X射線的物理基礎，X射線的衍射原的學習，X射線衍射儀的制樣技術、圖譜解析及其在材料制備和分析研究領域中的具體應用。課程目標2：通過課程教學，掌握X射線物相分析法，注重理論與實踐緊密結合，使學生對各類測試方法的原理和應用有深刻的理解，提高學生分析問題和解決問題能力，培養(yǎng)學生探索精神和創(chuàng)新意識，努力實現(xiàn)學生知識、能力、素質協(xié)調發(fā)展。第二單元電子顯微分析（學時數(shù)：24學時）1.課程主要內容（1）高能電子與樣品物質交互作用產生的電子信息；高能電子與樣品物質交互作用產生的電子信息的應用范圍；原子核對電子的彈性散射和非彈性散射及核外電子對入射電子的非彈性散射基本概念；（2）透射電鏡的結構；透射電鏡的應用；透射電鏡成像原理,透射電鏡的復型技術和方法；透射電子顯微鏡的樣品制備。（3）電子衍射原理；復雜電子衍射花樣；電子顯微鏡中的電子衍射、單晶體電子衍射花樣標定；晶體薄膜衍襯成像原理；晶體薄膜衍襯成像技術；晶體薄膜衍襯成像分析原理和方法；（4）掃描電子顯微鏡的構造和工作原理；掃描電子顯微鏡的主要性能、表面形貌襯度原理及其應用；應用SEM圖像分析物質。（5）電子探針分析構造；電子探針分析應用；電子探針分析方法及微區(qū)成分分析技術；應用微區(qū)分析技術分析物質成分和結構。2.重點和難點本單元的教學重點包括電子束與物質的相互作用激發(fā)多種物理信號，透射電鏡，掃描電鏡和電子探針的成像原理，結構和應用等。其中，電子衍射原理，晶體薄膜衍襯成像分析原理和方法為教學難點。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結合，闡明電子顯微分析的基礎理論，豐富學生對電子束與物質的相互作用的基本知識結構；（2）通過透射電子顯微鏡、掃描電鏡與電子探針的結構與特色應用，強調理論與實踐相結合，促進學生深度學習，加強知識整合，培養(yǎng)學生的分析歸納能力與反思能力。4.學生學習預期成果完成本單元學習任務后，學生應理解高能電子與樣品物質交互作用產生的電子信息；掌握原子核對電子的彈性散射和非彈性散射及核外電子對入射電子的非彈性散射基本概念。掌握透射電鏡成像原理,掌握電子顯微鏡中的電子衍射、單晶體電子衍射花樣標定；理解晶體薄膜衍襯成像原理；理解掃描電子顯微鏡的構造和工作原理；掌握掃描電子顯微鏡的主要性能、表面形貌襯度原理及其應用；掌握電子探針分析方法及微區(qū)成分分析技術。此外，我們結合我國的科研進展，介紹了若干位于世界前列的科研成果，以及相關科學家的勵志典范，這些事例可以起到榜樣的作用，在潛移默化中激發(fā)學生的民族自豪感和求知欲。在其它章節(jié)中，我們均引入了與課程內容相關的我國取得的最新科研進展與成就，這些內容的引入對增強學生們的民族自信心與使命責任感大有裨益。5.支撐課程目標本單元知識、教學方式支撐的課程目標：課程目標1.2掌握透射電鏡、掃描電鏡與電子探針的基本原理、結構與應用的專業(yè)知識，融入矛盾的對立統(tǒng)一性、質變和量變等辯證唯物主義思想，培養(yǎng)學生樹立科學的世界觀。能夠應用數(shù)學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析無機非金屬材料生產過程中的復雜工程問題，以獲得有效結論。第三單元表面分析技術（學時數(shù)：10學時）1.課程主要內容（1）俄歇電子能譜儀、X射線光電子能譜儀、X射線熒光光譜、掃描隧道顯微鏡、原于力顯微鏡、聚焦離子束與低能電子衍射測試儀的原理與結構；（2）俄歇電子能譜儀、X射線光電子能譜儀、X射線熒光光譜、掃描隧道顯微鏡、原于力顯微鏡、聚焦離子束與低能電子衍射測試儀的應用。2.重點和難點本單元的教學重點難點包括俄歇電子能譜儀、X射線光電子能譜儀、X射線熒光光譜的三者之間的特性比較、聚焦離子束與低能電子衍射測試儀的原理與結構。3.教學方法（1）通過多媒體課件與傳統(tǒng)教學相結合，闡明催化劑制備的傳統(tǒng)方法與新技術，拓寬學生的知識面；（2）通過催化劑制備及表征的案例分析，強調理論與實踐相結合，加強學生的知識融合，培養(yǎng)學生的反思能力。4.學生學習預期成果完成本單元學習任務后，學生應熟悉并掌握表面分析技術的基本原理，能夠選用合適的表征技術對材料的物相、成份、結構等進行分析判斷。5.支撐課程目標本單元知識、教學方式支撐的課程目標：課程目標1.2.能夠正確查閱相關文獻資料，分析、解決具體的科學問題。能夠基于科學原理并采用科學方法對新能源材料與器件開發(fā)過程的復雜工程問題進行研究，包括設計實驗、分析與表征、并通過信息綜合得到合理有效的結論。第四單元熱分析與光譜分析（學時數(shù)：12學時）1.課程主要內容（1）差熱分析法、差示掃描量熱法、紅外光譜法、拉曼光譜法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法的原理與結構；（2）差熱分析法、差示掃描量熱法、紅外光譜法、拉曼光譜法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法的應用；2.重點和難點本單元的教學重點難點包括光差示掃描量熱法與電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法的原理與應用。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結合，了解熱分析的基本方法；掌握差熱分析法的基本原理、儀器結構及差熱曲線的分析和應用；了解紅外光譜、拉曼光譜的基本原理、方法和在材料研究中的應用。（2）通過小組合作學習及文獻查閱，拓寬學生對各種測試方法的應用及發(fā)展趨勢的認識，培養(yǎng)學生查閱文獻、分析綜合的的能力，發(fā)展學生的合作能力；4.學生學習預期成果通過課程教學，掌握各種材料的研究方法和實驗技術，注重理論與實踐緊密結合，使學生對各類測試方法的原理和應用有深刻的理解，提高學生分析問題和解決問題能力，培養(yǎng)學生探索精神和創(chuàng)新意識，努力實現(xiàn)學生知識、能力、素質協(xié)調發(fā)展。5.支撐課程目標本單元知識、教學方式支撐的課程目標：課程目標1.2.了解差示掃描量熱法的基本原理、儀器和應用；掌握熱重分析法的基本原理、儀器基本結構、熱失重曲線的獲得及熱重分析的應用；使用現(xiàn)代工具：能夠針對復雜工程問題，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。（二）課程基本教學內容對課程目標的支撐課程教學內容教學方法支撐的課程目標學時安排課內課外學時比例第一單元X射線衍射分析講授法課程目標1、2141:1.5第二單元電子顯微分析講授法、案例教學課程目標1、2241:1.5第三單元表面分析技術講授法、課堂匯報課程目標1、2101:1.5第四單元熱分析與光譜分析講授法、案例教學課程目標1、2121:1.5合計60五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構成（百分制）課程成績構成比例考核環(huán)節(jié)目標分值考核/評價細則平時成績40%作業(yè)（百分制）40本門課程死次作業(yè)，考核內容：X射線的本質，X射線與物質的相互作用，布拉格方程，衍射強度，物相分析；電子束與固體物質的作用，透射顯微鏡工作原理，結構與應用，透射電鏡樣品制備，薄晶體高分辨像，掃描電鏡與電子探針的工作原理、結構與應用，表面分析技術所用設備的原理、結構與應用，熱分析儀的原理與結構，光譜分析儀的原理與結構等內容，作業(yè)評分的具體標準（作業(yè)正確率等）目標分值=0.4*作業(yè)平均成績測驗（百分制）40考核內容主要包括各類分析儀器的原理，結構與應用等。考試題型包括選擇、判斷和簡答題等，其中，選擇題占50%，判斷題占10%，簡答題占40%。目標分值=0.4*測驗成績課堂表現(xiàn)（百分制）20考核內容：其一，課堂上是否與教師互動，是否主動回答問題以及問題回答的正確性；其二，小組合作學習、課堂匯報的表現(xiàn)情況。分別占比50%。目標分值=0.2*作業(yè)平均成績期末考試60%知識40考核內容：X射線的本質，X射線與物質的相互作用，布拉格方程，衍射強度，物相分析；電子束與固體物質的作用，透射顯微鏡工作原理，結構與應用，透射電鏡樣品制備，薄晶體高分辨像，掃描電鏡與電子探針的工作原理、結構與應用，表面分析技術所用設備的原理、結構與應用，熱分析儀的原理與結構，光譜分析儀的原理與結構等?？荚囶}型：名詞解釋、填空、單選、判斷、簡答、分析等。評價細則：名詞解釋占10%、填空占15%、選擇占15%、判斷占10%、簡答占35%、分析占15%。能力30綜合應用20創(chuàng)新10（二）課程考核對課程目標的支撐教學內容考核內容考核方式支撐的課程目標第一單元X射線衍射分析1-1緒論1-2X射線的物理基礎1-3X射線的衍射原理1-4X射線的多晶衍射分析及其應用作業(yè)，測驗，期末考試課程目標1、2第二單元電子顯微分析2-1電子顯微分析的基礎2-2透射電子顯微鏡2-3薄晶體的高分辨2-4掃描電子顯微鏡及電子探針作業(yè)，測驗，期末考試課程目標1、2第三單元表面分析技術3-1俄歇電子能譜分析3-2X射線光電子能譜儀3-3X射線熒光光譜3-4掃描隧道電鏡3-5原子力顯微鏡3-6聚焦等離子束3-7低能電子衍射作業(yè)，測驗，期末考試課程目標1、2第四單元熱分析與光譜分析4-1差熱分析法4-2差示掃描量熱法4-3熱分析測量的影響因素、應用及新進展4-4紅外光譜法4-5拉曼光譜法4-6電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法作業(yè)，測驗，期末考試課程目標1、2六、使用教材、相關推薦書目及課程資源（一）使用教材[1]朱和國,王新龍.材料科學研究與測試方法.武漢理工大學出版社,2013（二）相關推薦書目[1]常鐵軍,祁欣主.材料近代分析測試方法.哈爾濱工業(yè)大學出版社出版,1999[2]曹春娥,顧幸勇.無機材料測試技術.武漢理工大學出版社,2001[3]馬如璋.材料物理現(xiàn)代研究方法.冶金工業(yè)出版社,1997[4