《材料研究與測(cè)試方法》課程教學(xué)大綱

《材料研究與測(cè)試方法》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱(chēng)材料研究與測(cè)試方法課程編號(hào)330020058課程性質(zhì)核心課課程類(lèi)別專(zhuān)業(yè)課開(kāi)課單位新材料教研室授課學(xué)期第五學(xué)期學(xué)分/學(xué)時(shí)3.5/60課內(nèi)學(xué)時(shí)60理論授課60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)90適用專(zhuān)業(yè)新能源材料與器件是否雙語(yǔ)否先修課程有機(jī)化學(xué)、材料物理性能、儲(chǔ)能技術(shù)與材料后續(xù)課程材料現(xiàn)代分析與綜合測(cè)試技術(shù)訓(xùn)練二、課程簡(jiǎn)介《材料研究與測(cè)試方法》課程是新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)的一門(mén)核心課，課程的理論性較強(qiáng)。該課程主要講述X射線(xiàn)衍射分析技術(shù)、電子顯微鏡分析技術(shù)、表面分析技術(shù)、熱分析技術(shù)、光譜分析等內(nèi)容。使學(xué)生在將來(lái)的科研及工業(yè)生產(chǎn)中能正確地選擇和使用相關(guān)的表征測(cè)試分析技術(shù)，為以后走向工作崗位，適用社會(huì)人才需求打下良好的基礎(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(guò)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：通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解材料結(jié)構(gòu)與性能的表征方法和有關(guān)測(cè)試儀器的結(jié)構(gòu)，掌握材料分析測(cè)試方法的基本原理，制樣技術(shù)、圖譜解析及其在材料制備和分析研究領(lǐng)域中的具體應(yīng)用。課程目標(biāo)2：通過(guò)課程教學(xué)，掌握各種材料的研究方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，注重理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，使學(xué)生對(duì)各類(lèi)測(cè)試方法的原理和應(yīng)用有深刻的理解，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力，培養(yǎng)學(xué)生探索精神和創(chuàng)新意識(shí)，努力實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展。（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)1-4：掌握用于解決復(fù)雜工程問(wèn)題的化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，并能用于化工工藝過(guò)程選擇、優(yōu)化與集成，解決化學(xué)工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題。1-工程知識(shí)課程目標(biāo)2指標(biāo)點(diǎn)2-3：具有應(yīng)用化學(xué)工程科學(xué)的基本原理，并通過(guò)文獻(xiàn)研究對(duì)化學(xué)工程領(lǐng)域內(nèi)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行識(shí)別、分析、表達(dá)，以獲得有效結(jié)論的能力。2-問(wèn)題分析課程目標(biāo)3指標(biāo)點(diǎn)7-3：在工程實(shí)踐中主動(dòng)應(yīng)用能夠改善環(huán)境、促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的先進(jìn)技術(shù)。7-環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展四、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)容第一單元X射線(xiàn)衍射分析（學(xué)時(shí)數(shù)：14學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容（1）材料研究與測(cè)試方法的課程學(xué)習(xí)任務(wù)、目的和主要內(nèi)容。（2）X射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用機(jī)制、X射線(xiàn)的產(chǎn)生機(jī)制；X射線(xiàn)譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律、X射線(xiàn)的產(chǎn)生裝置、X射線(xiàn)防護(hù)知識(shí)；X射線(xiàn)的本質(zhì)、X射線(xiàn)譜產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)。（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(jié)構(gòu)因子、多晶體的衍射強(qiáng)度和積分強(qiáng)度計(jì)算；應(yīng)用布拉格方程求算晶面間距；X射線(xiàn)衍射強(qiáng)度的含義。（4）X射線(xiàn)衍射儀的結(jié)構(gòu)；點(diǎn)陣常數(shù)的精確測(cè)定；粉末照相法、衍射儀的測(cè)量方法與實(shí)驗(yàn)參數(shù)；PDF卡片的內(nèi)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(yīng)用物相定性分析方法分析物質(zhì)。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)X射線(xiàn)的衍射原理及五大影響因子的概念理解。3.教學(xué)方法（1）通過(guò)多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，闡明本課程的主要研究?jī)?nèi)容。在X射線(xiàn)衍射章節(jié)，我們回顧了X射線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)史，以及圍繞X射線(xiàn)的認(rèn)識(shí)誕生的十幾位諾獎(jiǎng)的故事，這種科技發(fā)展史的回顧，可使學(xué)生切實(shí)體會(huì)到科技發(fā)展過(guò)程中的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度以及先輩們攻堅(jiān)克難的強(qiáng)大意志。（2）通過(guò)小組合作學(xué)習(xí)，查閱相關(guān)材料研究方法的發(fā)展相關(guān)文獻(xiàn)及案例，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和合作能力。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果完成本單元學(xué)習(xí)任務(wù)后，學(xué)生應(yīng)了解材料研究與測(cè)試方法的課程學(xué)習(xí)任務(wù)、目的和主要內(nèi)容，對(duì)材料研究與測(cè)試方法所面臨的新挑戰(zhàn)有充分的認(rèn)識(shí)與理解，能應(yīng)用知網(wǎng)等文獻(xiàn)檢索系統(tǒng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，并能進(jìn)行整理歸納。支撐課程目標(biāo)本單元知識(shí)、教學(xué)方式支撐的課程目標(biāo)：課程目標(biāo)1：通過(guò)X射線(xiàn)的物理基礎(chǔ)，X射線(xiàn)的衍射原的學(xué)習(xí)，X射線(xiàn)衍射儀的制樣技術(shù)、圖譜解析及其在材料制備和分析研究領(lǐng)域中的具體應(yīng)用。課程目標(biāo)2：通過(guò)課程教學(xué)，掌握X射線(xiàn)物相分析法，注重理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，使學(xué)生對(duì)各類(lèi)測(cè)試方法的原理和應(yīng)用有深刻的理解，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力，培養(yǎng)學(xué)生探索精神和創(chuàng)新意識(shí)，努力實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展。第二單元電子顯微分析（學(xué)時(shí)數(shù)：24學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容（1）高能電子與樣品物質(zhì)交互作用產(chǎn)生的電子信息；高能電子與樣品物質(zhì)交互作用產(chǎn)生的電子信息的應(yīng)用范圍；原子核對(duì)電子的彈性散射和非彈性散射及核外電子對(duì)入射電子的非彈性散射基本概念；（2）透射電鏡的結(jié)構(gòu)；透射電鏡的應(yīng)用；透射電鏡成像原理,透射電鏡的復(fù)型技術(shù)和方法；透射電子顯微鏡的樣品制備。（3）電子衍射原理；復(fù)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(biāo)定；晶體薄膜衍襯成像原理；晶體薄膜衍襯成像技術(shù)；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(gòu)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(yīng)用；應(yīng)用SEM圖像分析物質(zhì)。（5）電子探針?lè)治鰳?gòu)造；電子探針?lè)治鰬?yīng)用；電子探針?lè)治龇椒拔^(qū)成分分析技術(shù)；應(yīng)用微區(qū)分析技術(shù)分析物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)本單元的教學(xué)重點(diǎn)包括電子束與物質(zhì)的相互作用激發(fā)多種物理信號(hào)，透射電鏡，掃描電鏡和電子探針的成像原理，結(jié)構(gòu)和應(yīng)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(xué)難點(diǎn)。3.教學(xué)方法（1）通過(guò)多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，闡明電子顯微分析的基礎(chǔ)理論，豐富學(xué)生對(duì)電子束與物質(zhì)的相互作用的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)；（2）通過(guò)透射電子顯微鏡、掃描電鏡與電子探針的結(jié)構(gòu)與特色應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，加強(qiáng)知識(shí)整合，培養(yǎng)學(xué)生的分析歸納能力與反思能力。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果完成本單元學(xué)習(xí)任務(wù)后，學(xué)生應(yīng)理解高能電子與樣品物質(zhì)交互作用產(chǎn)生的電子信息；掌握原子核對(duì)電子的彈性散射和非彈性散射及核外電子對(duì)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(biāo)定；理解晶體薄膜衍襯成像原理；理解掃描電子顯微鏡的構(gòu)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(yīng)用；掌握電子探針?lè)治龇椒拔^(qū)成分分析技術(shù)。此外，我們結(jié)合我國(guó)的科研進(jìn)展，介紹了若干位于世界前列的科研成果，以及相關(guān)科學(xué)家的勵(lì)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(xué)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(nèi)容相關(guān)的我國(guó)取得的最新科研進(jìn)展與成就，這些內(nèi)容的引入對(duì)增強(qiáng)學(xué)生們的民族自信心與使命責(zé)任感大有裨益。5.支撐課程目標(biāo)本單元知識(shí)、教學(xué)方式支撐的課程目標(biāo)：課程目標(biāo)1.2掌握透射電鏡、掃描電鏡與電子探針的基本原理、結(jié)構(gòu)與應(yīng)用的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，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(shù)立科學(xué)的世界觀(guān)。能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別、表達(dá)、并通過(guò)文獻(xiàn)研究分析無(wú)機(jī)非金屬材料生產(chǎn)過(guò)程中的復(fù)雜工程問(wèn)題，以獲得有效結(jié)論。第三單元表面分析技術(shù)（學(xué)時(shí)數(shù)：10學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容（1）俄歇電子能譜儀、X射線(xiàn)光電子能譜儀、X射線(xiàn)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(cè)試儀的原理與結(jié)構(gòu)；（2）俄歇電子能譜儀、X射線(xiàn)光電子能譜儀、X射線(xiàn)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(cè)試儀的應(yīng)用。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)本單元的教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)包括俄歇電子能譜儀、X射線(xiàn)光電子能譜儀、X射線(xiàn)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(cè)試儀的原理與結(jié)構(gòu)。3.教學(xué)方法（1）通過(guò)多媒體課件與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，闡明催化劑制備的傳統(tǒng)方法與新技術(shù)，拓寬學(xué)生的知識(shí)面；（2）通過(guò)催化劑制備及表征的案例分析，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合，加強(qiáng)學(xué)生的知識(shí)融合，培養(yǎng)學(xué)生的反思能力。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果完成本單元學(xué)習(xí)任務(wù)后，學(xué)生應(yīng)熟悉并掌握表面分析技術(shù)的基本原理，能夠選用合適的表征技術(shù)對(duì)材料的物相、成份、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行分析判斷。5.支撐課程目標(biāo)本單元知識(shí)、教學(xué)方式支撐的課程目標(biāo)：課程目標(biāo)1.2.能夠正確查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，分析、解決具體的科學(xué)問(wèn)題。能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)新能源材料與器件開(kāi)發(fā)過(guò)程的復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行研究，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與表征、并通過(guò)信息綜合得到合理有效的結(jié)論。第四單元熱分析與光譜分析（學(xué)時(shí)數(shù)：12學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)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(jié)構(gòu)；（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(yīng)用；2.重點(diǎn)和難點(diǎn)本單元的教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)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(yīng)用。3.教學(xué)方法（1）通過(guò)多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)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(jié)構(gòu)及差熱曲線(xiàn)的分析和應(yīng)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(yīng)用。（2）通過(guò)小組合作學(xué)習(xí)及文獻(xiàn)查閱，拓寬學(xué)生對(duì)各種測(cè)試方法的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)、分析綜合的的能力，發(fā)展學(xué)生的合作能力；4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果通過(guò)課程教學(xué)，掌握各種材料的研究方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，注重理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，使學(xué)生對(duì)各類(lèi)測(cè)試方法的原理和應(yīng)用有深刻的理解，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力，培養(yǎng)學(xué)生探索精神和創(chuàng)新意識(shí)，努力實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展。5.支撐課程目標(biāo)本單元知識(shí)、教學(xué)方式支撐的課程目標(biāo)：課程目標(biāo)1.2.了解差示掃描量熱法的基本原理、儀器和應(yīng)用；掌握熱重分析法的基本原理、儀器基本結(jié)構(gòu)、熱失重曲線(xiàn)的獲得及熱重分析的應(yīng)用；使用現(xiàn)代工具：能夠針對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題，開(kāi)發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題的預(yù)測(cè)與模擬，并能夠理解其局限性。（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)比例第一單元X射線(xiàn)衍射分析講授法課程目標(biāo)1、2141:1.5第二單元電子顯微分析講授法、案例教學(xué)課程目標(biāo)1、2241:1.5第三單元表面分析技術(shù)講授法、課堂匯報(bào)課程目標(biāo)1、2101:1.5第四單元熱分析與光譜分析講授法、案例教學(xué)課程目標(biāo)1、2121:1.5合計(jì)60五、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)40%作業(yè)（百分制）40本門(mén)課程死次作業(yè)，考核內(nèi)容：X射線(xiàn)的本質(zhì)，X射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用，布拉格方程，衍射強(qiáng)度，物相分析；電子束與固體物質(zhì)的作用，透射顯微鏡工作原理，結(jié)構(gòu)與應(yīng)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(jié)構(gòu)與應(yīng)用，表面分析技術(shù)所用設(shè)備的原理、結(jié)構(gòu)與應(yīng)用，熱分析儀的原理與結(jié)構(gòu)，光譜分析儀的原理與結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，作業(yè)評(píng)分的具體標(biāo)準(zhǔn)（作業(yè)正確率等）目標(biāo)分值=0.4*作業(yè)平均成績(jī)測(cè)驗(yàn)（百分制）40考核內(nèi)容主要包括各類(lèi)分析儀器的原理，結(jié)構(gòu)與應(yīng)用等?？荚囶}型包括選擇、判斷和簡(jiǎn)答題等，其中，選擇題占50%，判斷題占10%，簡(jiǎn)答題占40%。目標(biāo)分值=0.4*測(cè)驗(yàn)成績(jī)課堂表現(xiàn)（百分制）20考核內(nèi)容：其一，課堂上是否與教師互動(dòng)，是否主動(dòng)回答問(wèn)題以及問(wèn)題回答的正確性；其二，小組合作學(xué)習(xí)、課堂匯報(bào)的表現(xiàn)情況。分別占比50%。目標(biāo)分值=0.2*作業(yè)平均成績(jī)期末考試60%知識(shí)40考核內(nèi)容：X射線(xiàn)的本質(zhì)，X射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用，布拉格方程，衍射強(qiáng)度，物相分析；電子束與固體物質(zhì)的作用，透射顯微鏡工作原理，結(jié)構(gòu)與應(yīng)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(jié)構(gòu)與應(yīng)用，表面分析技術(shù)所用設(shè)備的原理、結(jié)構(gòu)與應(yīng)用，熱分析儀的原理與結(jié)構(gòu)，光譜分析儀的原理與結(jié)構(gòu)等?？荚囶}型：名詞解釋、填空、單選、判斷、簡(jiǎn)答、分析等。評(píng)價(jià)細(xì)則：名詞解釋占10%、填空占15%、選擇占15%、判斷占10%、簡(jiǎn)答占35%、分析占15%。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)第一單元X射線(xiàn)衍射分析1-1緒論1-2X射線(xiàn)的物理基礎(chǔ)1-3X射線(xiàn)的衍射原理1-4X射線(xiàn)的多晶衍射分析及其應(yīng)用作業(yè)，測(cè)驗(yàn)，期末考試課程目標(biāo)1、2第二單元電子顯微分析2-1電子顯微分析的基礎(chǔ)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(cè)驗(yàn)，期末考試課程目標(biāo)1、2第三單元表面分析技術(shù)3-1俄歇電子能譜分析3-2X射線(xiàn)光電子能譜儀3-3X射線(xiàn)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(cè)驗(yàn)，期末考試課程目標(biāo)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(cè)量的影響因素、應(yīng)用及新進(jìn)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(cè)驗(yàn)，期末考試課程目標(biāo)1、2六、使用教材、相關(guān)推薦書(shū)目及課程資源（一）使用教材[1]朱和國(guó),王新龍.材料科學(xué)研究與測(cè)試方法.武漢理工大學(xué)出版社,2013（二）相關(guān)推薦書(shū)目[1]常鐵軍,祁欣主.材料近代分析測(cè)試方法.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社出版,1999[2]曹春娥,顧幸勇.無(wú)機(jī)材料測(cè)試技術(shù).武漢理工大學(xué)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