《人工晶体》课程教学大纲

人工晶体一、课程介绍《人工晶体》课程是为材料学院无机非金属材料工程专业本科生开设的专业教育选修课，是在学生们学习了专业基础课及相关的专业知识（如：无机化学、材料矿物学、材料学概论等）基础上进行的。本课程将围绕各类人工晶体合成工艺、晶体的形成、生长机理等内容开展教学活动。IntroductionSyntheticCrystalisaelectiveprofessionalcourseforinorganicnonmetallicmaterialsundergraduatemajors.Thiscourseneedssomeprofessionalbasiccourseandrelevantprofessionalknowledgesuchasinorganicchemistry,materialmineralogy,materialmineralogy.Thiscourseexaminessynthesisofartificialcrystal,theformationofcrystals,thegrowthmechanism.课程基本信息课程名称人工晶体课程编码432218英文名称SyntheticCrystal课程学时24课程学分1.5课程类别专业教育课程课程性质选修课开课学期第7学期课内实验学时8适用专业无机非金属材料工程专业开课单位无机非教研室选用教材《人工晶体:生长技术、性能与应用》.化学工业出版社.张玉龙，唐磊主编主要参考书1.《晶体生长基础》.中国科学技术大学出版社.姚连增主编2.《晶体生长科学与技术》（上下册）.科学出版社.张克丛，张乐惠主编3.《近代晶体学基础》（上下册）.科学出版社.张克丛主编二、教学大纲1、课程目的1）能够根据人工晶体的应用领域和特征要求设计出合适的人工晶体制备工艺。2）能够使用origin等数据处理软件，分析人工晶体测试结果并改进制备方案，能够针对多因素影响的晶体制备特点，分析、改善、调整制备工艺，并能进行相关实验结果的预测。3）了解人工晶体的国际发展动态和最新人工晶体研究成果，理解国家文化、政治制度特征对人工晶体需求、研究方向的差异。4）具备自学能力，能够针对晶体制备过程中出现的新问题，通过学习、分析得出解决问题的方案。教学目标与毕业要求的对应关系表可覆盖的指标点毕业要求支撑的指标点课程目标支撑理由12343.2GA3.2能够设计满足特定需求的无机非金属材料与工艺流程√能够根据人工晶体的应用领域和特征要求设计出合适的人工晶体制备工艺5.2GA5.2能够使用恰当仪器，信息资源工程工具和专业模拟软件，针对无机非金属材料复杂工程问题的特定需求，开发或选择具体的现代工具，对复杂工程问题进行分析、计算、设计，对专业问题进行预测和模拟，并能分析其局限性√能够使用origin等数据处理软件，分析人工晶体测试结果并改进制备方案，能够针对多因素影响的晶体制备特点，分析、改善、调整制备工艺，并能进行相关实验结果的预测10.2GA10.2了解无机非金属材料工程及其相关专业领域的国际发展趋势、研究热点，理解和尊重世界不同文化的差异性和多样性，具备跨文化交流的语言和书面表达能力，能就无机非金属材料工程领域问题在跨文化背景下进行基本沟通和交流√了解人工晶体的国际发展动态和最新人工晶体研究成果，理解国家文化、政治制度特征对人工晶体需求、研究方向的差异12.2GA12.2具备终身学习的能力，包括对技术问题的理解能力，归纳总结的能力和提出问题的能力√具备自学能力，能够针对晶体制备过程中出现的新问题，通过学习、分析得出解决问题的方案2、教学要求本课程以课堂讲授为主，采用多媒体教学手段，教学辅助环节有课堂作业、讨论等；本课程的实践环节要求学生自己动手培养出单晶体，以训练他们的动手能力和帮助理解课堂讲授的理论内容。本课程注重学生能力和素质的培养与考核，课程结业时学生要提交实验成果和读书报告，并结合平时课堂作业，三者综合考虑，作为考核依据。本课程是在学生学习了专业基础课及相关专业知识（无机化学、材料矿物学、材料学概论等）的基础上进行的。课程内容将涉及上述课程的某些知识。通过对我国古代领先世界的人工晶体和近代快速发展的人工晶体现状的介绍，使学生树立崇高的爱国主义情怀和民族自豪感，坚定社会主义价值观。（立德树人、课程思政教育）。3、预备知识或先修课程要求本课程涉及无机非金属材料的工艺过程，需要学生事先学习《无机化学》、《材料矿物学》中关于晶体结构的内容。相关内容的掌握有助于学生深刻理解工厂设计的原则和方法。4、教学方式课程由理论课和实验课两部分组成。其中，理论课16学时，教学讲授与课堂练习相结合，实验课8学时，以学生操作、设计为主，教师答疑为辅。5、实验环境和设备实验课在无机非金属实验教学中心运行。相关设备包括：搅拌器、电炉、反应釜、烘箱、天平。6、课程教学内容及学时分配绪论（1学时）1.晶体的基本概念2国内外人工晶体的发展简史3人工晶体的分类4类晶体的概念教学重点、难点、学时分配：深入理解晶体概念是本章教学的重点；区分生活中的晶体和非晶体是本章教学的难点；本章教学学时1学时。思考题：人工晶体的特点是什么？第1章单晶体材料（3学时）1.1概述1.2常见单晶体材料种类1.3激光晶体1.4非线性光学晶体1.5双折射晶体1.6宝石晶体教学重点、难点、学时分配：深入单晶体概念是本章教学的重点；理解各种单晶体结构性能特点是本章的难点；本章教学学时3学时。思考题：生活中的单晶体材料有哪些？第2章晶体生长的基本规律（2学时）2.l结晶作用方式与过程2.2晶体的发生与成长过程2.3晶面生长速度与布拉维法则2.4晶体生长速度对实际晶体的影响教学重点、难点、学时分配：结晶作用方式与过程是本章教学的重点；晶面生长速度与布拉维法则是本章的难点；本章教学学时2学时。思考题：晶体生长方式与晶体外形有怎样的联系？第3章晶体生长环境的建立与控制（2学时）§1晶体生长环境的建立§2晶体生长完整性的控制§3微重力场下的晶体生长教学重点、难点、学时分配：晶体生长完整性的控制是本章教学的重点；晶体生长环境的建立是本章的难点；本章教学学时2学时。思考题：晶体生长方式如何控制？第4章从溶液中生长晶体（2学时）4.l溶解度曲线4.2降温法4.3恒温蒸发法4.4循环流动法4.5温差水热法4.6凝胶法教学重点、难点、学时分配：降温法是本章教学的重点；理解溶解度曲线对晶体生长影响是本章的难点；本章教学学时2学时。思考题：从溶液中生长晶体的方式如何选择？第5章从熔体中生长晶体（2学时）5.1从熔体中生长晶体过程的特点5.2提拉法5.3下降法5.4焰熔法5.5冷坩埚法教学重点、难点、学时分配：从熔体中生长晶体的原理和过程是本章教学的重点；理解提拉法原理是本章的难点；本章教学学时2学时。思考题：从熔体中生长晶体的方式如何选择？第6章气相及固相生长法（2学时）6.l气相升长法6.2薄膜制备技术6.3固相生长法教学重点、难点、学时分配：从气相中生长晶体的原理和过程是本章教学的重点；理解气相法选择的原则是本章的难点；本章教学学时2学时。思考题：从气相中生长晶体的方式如何选择？第7章晶体材料发展趋势与技术动向（2学时）7.1发展趋势7.2技术动向7.3新材料发展的必由之路教学重点、难点、学时分配：晶体发展的趋势是本章教学的重点；理解新材料发展是本章的难点；本章教学学时2学时。思考题：晶体材料发展的方向如何？课程内容及教学方式对课程目标的支撑关系序号课程内容教学方式支持课程目标1绪论以课堂讲授为主，辅以设备图片、不同材料生产过程视频。与学生参与讨论，投票同时进行。32第1章单晶体材料以系统讲授为主，图片、视频展示为辅并进行以随堂测验，评价学生的学习情况。33第2章晶体生长的基本规律以系统讲授为主，经典生长理论重点解析，归纳知识点。1、24第3章晶体生长环境的建立与控制以系统讲授为主，结合学生讨论，活跃课堂氛围。1、25第4章从溶液中生长晶体以系统讲授为主，图片、视频展示为辅。1、2、46第5章从熔体中生长晶体以系统讲授为主，结合该领域具体实例进行讲解，1、2、47第6章气相及固相生长法以系统讲授为主，并进行课堂测试，评价学习效果。1、2、48第7章晶体材料发展趋势与技术动向以系统讲授为主，图片、视频展示为辅。并结合学生讨论深入理解。37、实验项目内容、学时分配、实验小组序号实验项目内容提要实验类型学时分配分组人数实验地点教学要求1硫酸铜晶体培养在高温条件下配制硫酸铜的饱和溶液，经过饱和溶液降温至室温，加硫酸铜籽晶，并进行多次晶体修整获得具有较为完整晶面的硫酸铜晶体。验证性41无机非金属材料工程实验室依据实验效果进行评价：优秀、良好、一般、合格及不合格。2氧化锌微晶水热合成利用ZnSO4·7H2O与六亚甲基四胺在140℃的水热环境下4h反应制得。综合性417考核要求、考核方式及成绩评定标准课程考核成绩由结题报告（40%）、课堂作业（30%）、实验（30%）三部分组成，每部分成绩都应达到60及格以上。最终课程考核成绩采用百分制，满分100分，60分为及格。考核方式、内容、评分标准与课程目标的对应关系课程目标评价依据考核方式考核内容评分标准评价占比（%）1期末考试闭卷考试晶体生长的基本规律,晶体生长环境，液相-固相-气相生长晶体的原理和方法按采分点评分，以具体试卷的评分标准为准5~40平时成绩随堂测验晶体生长模型客观题的回答准确率5~20课后作业（主观题）课后练习题1.解题思路和公式60%;2.解题步骤25%;3.答案正确5%；4.卷面工整5%；5.及时提交5%5~20学生自评问卷调查问卷（分章进行）：“我能够运用学到的xxx相关知识，对遇到的xxx问题进行分析，并进行简单的工程核算。”或类似题目的扩展。量表10级，学生自评后取平均值2~102期末考试闭卷考试晶体生长的基本规律,晶体生长环境，液相-固相-气相生长晶体的原理和方法按采分点评分，以具体试卷的评分标准为准5~40平时成绩随堂测验晶体生长环境内容客观题的回答准确率5~20课后作业（主观题）课后练习题1.解题思路和公式60%;2.解题步骤25%;3.答案正确5%；4.卷面工整5%；5.及时提交5%5~20学生自评问卷调查问卷（分章进行）：“我能够运用学到的xxx相关知识，对遇到的xxx问题进行分析，并进行简单的工程核算。”或类似题目的扩展。量表10级，学生自评后取平均值2~103期末考试闭卷考试单晶体，人工晶体发展过程及分类，人工晶体发展现状按采分点评分，以具体试卷的评分标准为准5~40平时成绩随堂测验激光晶体特征客观题的回答准确率5~20学生自评问卷调查问卷（分章进行）：