《材料现代测试方法》课程教学大纲（新能源材料与器件专业）

《材料现代测试方法》课程教学大纲一、课程简介课程中文名材料现代测试方法课程英文名Modernmethodsofmaterialstesting双语授课□是■否课程代码21112019课程学分3总学时数48（含劳动理论教育２学时）课程类别□通识教育课程□公共基础课程■专业教育课程□综合实践课程□教师教育课程课程性质■必修□选修□其他课程形态□线上■线下□线上线下混合式□社会实践□虚拟仿真实验教学考核方式■闭卷□开卷□课程论文□课程作品□汇报展示□报告■课堂表现■阶段性测试■平时作业□其他（可多选）开课学院材料科学与工程学院开课系(教研室)新能源材料与器件系面向专业新能源材料与器件开课学期第5学期先修课程大学物理、高等数学、物理化学、无机化学、应用电化学后续课程材料表面与界面、半导体物理与器件选用教材周玉.材料分析方法（第四版）[M].机械工业出版社,2020。参考书目[1]朱和国,尤泽升,刘吉梓.材料科学研究与测试方法（第3版）[M].南京:东南大学出版社,2016.课程资源/video/av23172159/（哈尔滨工业大学周玉主讲公开课程《材料分析测试方法》）课程简介本课程是新能源材料与器件专业本科生必修的一门专业核心课，概述了Ｘ射线衍射分析、电子显微分析、红外光谱分析及热分析等测试方法的基本原理、仪器结构与功能、分析方法及应用等知识，是解决材料化学组成、微观形貌、物相结构和宏观性能之间关系的重要课程。通过课程学习，学生能够学到材料主要表征方法的基础理论及各种分析测试仪器的结构与工作原理，具备分析研究材料化学组成、微观形貌及物相结构的能力，养成系统辩证思维和求真务实的科学素养，具备一定的社会责任感。此课程是依托专业教育开展劳动教育的课程。二、课程目标表1课程目标序号具体课程目标课程目标1能够运用X射线物理学基础理论、X射线运动学衍射理论、电子光学基础理论阐述X射线物相分析原理、透射电子显微分析成像原理、扫描电子显微分析成像原理、光谱分析原理等，具备逻辑推理能力。能阐明X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、红外光谱仪等现代材料分析检测仪器设备的基本构成，区别关键参数，具备辩证思维。课程目标2能够运用材料分析测试基本理论分析储能材料和能量转换材料的结构与性能之间的关系，并从数学模型、工程经验和实际研究中获得有效结论，具备较强的逻辑思维和求真务实的科学精神。课程目标3能够选用合适的材料微观组织结构的分析方法，并结合仪器关键参数差异和局限性以及试样性质与测试要求选择合适的仪器，对新能源材料与器件进行结构组成、结构、物相和性能测试，具备系统辩证思维和工匠精神。表2课程目标与毕业要求对应关系毕业要求指标点课程目标毕业要求3：工程知识：具有从事新能源材料与器件专业相关工作所需要的数学、自然科学、工程基础和专业知识，并能够将其用于解决新能源材料与器件相关领域的复杂工程问题。【M】3.2针对复杂的新能源材料与器件工程问题，运用数学、自然科学、工程基础和专业基础知识进行分析和推演，掌握工程问题的主要机理和关键指标。1毕业要求4：研究：能够基于科学原理并采用科学方法对新能源材料与器件相关领域的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。【H】4.4在储能和能量转换材料的组成、结构、物相、性能以及器件设计和制备等方面，能够结合关键科学知识、工程经验、实验及表征结果等进行分析和解释，并得出有效合理的结论。2毕业要求5：使用现代工具：能够针对新能源材料与器件相关领域复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。【H】5.2针对储能和能量转换材料的组成、结构、物相、性能以及器件设计和制备等方面所遇到的复杂工程问题，运用材料设计软件、材料制备与结构性能的现代分析仪器，以及材料开发与应用等信息技术工具、工程工具和模拟仿真软件，进行综合分析、计算模拟和设计。3三、课程学习内容与方法（一）理论学习内容及要求表3-1课程目标、学习内容和教学方法对应关系序号课程模块学习内容学习任务课程目标学习重点难点教学方法学时1X射线物理学基础1.X射线的性质1.拓展阅读：X射线和X射线谱的基本概念、产生原理、X射线的性质等；理解X射线与物质作用的过程、产生的结果信息。1,2重点：1.X射线的产生原理2.X射线与物质的相互作用难点：3.X射线的透射系数和吸收系数。讲授法能够引导学生理解X射线的产生原理、连续X射线谱和特征谱42.X射线产生及X射线谱：连续X射线谱、特征X射线谱的性质与产生过程，X射线产生的基本方法与材料。3.X射线与物质的相互作用：X射线的透射系数和吸收系数、X射线的真吸收、X射线的散射过程与分析。2X射线运动学衍射理论1.晶体几何学线上学习：/video/av23172159/。1,2重点：1.布拉格方程2.X衍射方向、X射线衍射方法难点：1.倒易点阵的转换2.衍射强度理论讲授法案例教学法视频学习能促进学生对多晶体衍射花样的形成进行理解记忆。62.布拉格方程及倒易点阵3.X射线衍射方法4.多晶体衍射图像的形成：多晶体衍射图像的形成过程、单位晶胞对X射线的散射与结构因素、洛伦兹因数的概念和应用、影响衍射强度的其他因素、多晶体衍射的积分强度公式3X射线多晶体的物相分析1.多晶体分析方法：德拜-谢勒尔法基本概念与方法、其他照相法、X射线衍射仪拓展阅读+视频学习：了解X射线衍射仪原理、深刻理解物相定性分析和定量分析的原理与方法，尤其是物相定性分析的原理，X射线衍射图产生的过程原理应深刻了解，从而能更好地利用X射线图谱进行材料的物相分析。1,3重点：1.X射线谱分析基础2.定性分析的原理与方法、点阵参数的精确测定方法难点：1.定量分析方法与应用2.点阵参数的精确测定方法讲授法案例教学法能够引导学生熟练运用X射线衍射仪进行定性分析。82.定性分析与定量分析3.点阵参数的精确测定4透射电子显微镜1.电子光学基础：电子波与电磁透镜、像差与分辨率、景深和焦长线上学习：/video/av23172159/。1,3重点：1.透射电子显微镜原理2.透射电子显微镜的结构和应用3.透射电镜样品制备方法难点：4.电子衍射基本概念、电子显微镜中的电子衍射基础、单晶体电子衍射花样标定、复杂电子衍射花样的分析。讲授法案例教学法视频学习能够引导学生熟悉透射电镜的结构和工作原理，促进学生独立运用该分析手段进行样品制备、分析测试和结果分析。92.透射电子显微镜的结构与成像原理、主要部件的结构与工作原理3.透射电子显微镜的分辨率和放大倍数5扫描电子显微镜1.电子束与固体样品作用时产生的信号拓展阅读+视频学习：扫描电镜的样品制备及其测试方法。1,2,3重点：1.扫描电子显微镜原理2.扫描电子显微镜样品制备要求和应用难点：3.表明形貌衬度原理及其应用、原子序数衬度原理及其应用。讲授法案例教学法视频学习能够引导学生熟悉扫描电镜的结构和工作原理，促进学生独立运用该分析手段进行样品制备、分析测试和结果分析。92.扫描电子显微镜的构造和工作原理3.扫描电子显微镜的主要性能和应用6红外光谱分析1.红外光谱分析的原理和方法拓展阅读：红外光谱进行有机化合物结构分析的常见案例。1,2重点：1.红外光谱和拉曼光谱的基本原理，特点与应用场合。2.拉曼光谱与红外光谱的区别。难点：1.定性分析及谱图解析讲授法案例教学法自学法能够引导学生理解红外光谱的原理，促进学生掌握红外光谱进行有机化合物的结构分析。42.红外光谱吸收带的位置、样品制备方法和应用3.红外光谱与拉曼光谱的关系7热分析技术1.差热分析方法及应用线上学习：/video/av23172159/。1,3重点：1.热重分析法。2.差示扫描量热法。讲授法案例教学法自学法能够引导学生掌握常见三种热分析技术的原理和应用。62.热重分析方法及应用3.差示扫描量热分析法及应用劳动教育学习内容及要求表3-2课程目标、学习内容和教学方法对应关系序号项目名称项目来源教学目标（观测点、重难点）学时数项目类型要求每组人数教学方法课程目标1劳动技能与创新创业教师开发学生能够树立正确的劳动观念和公民意识，完成教师布置的指定任务，制作与主题相关的汇报材料，确立正确的劳动价值观，具备工匠精神和一定的社会责任感。2其他必做8-10查阅文献，自学，小组讨论2、3四、课程考核（一）考核内容与考核方式表4-1课程目标、考核内容与考核方式对应关系课程目标考核内容所属学习模块/项目考核占比考核方式11.描述各种分析测试方法的能力。（1）X射线物理学基础；（2）X射线衍射原理；（3）晶体学基础；（4）电子显微分析物理学基础；（5）透射电子显微镜成像原理；（6）扫描电子显微镜成像原理；（7）吸收光谱和红外光谱基本原理；（8）热差分析、热重分析和差示扫描量热分析基本原理。1-730%课堂参与、阶段性测验、闭卷考试21.使用材料分析测试方法基本理论分析材料性质的能力。（1）X射线物相定性、定量分析过程；（2）电子衍射花样的分析与应用；（3）扫描形貌衬度像与原子序数衬度像的分析与应用；（4）不同材料分析检测方法的特点选择及过程管理。1、2、5、635%平时作业、阶段性测验、闭卷考试31.阐明各种分析测试仪器设备基本构成、区别关键参数、概括局限性的能力。（1）X射线衍射仪基本结构、关键参数及适用范围；（2）透射电子显微镜基本结构、关键参数及适用范围；（3）扫描电子显微镜基本结构、关键参数及适用范围；（4）热分析仪基本结构、关键参数及适用范围。3、4、5、735%课堂参与、小组汇报、闭卷考试表4-2课程目标与考核方式矩阵关系课程目标考核方式考核占比期末考试成绩比例70%课堂表现比例5%平时作业成绩比例10%阶段性测验成绩比例5%小组汇报成绩比例10%课程目标140%20%020%030%课程目标230%0100%80%035%课程目标330%80%00100%35%（二）成绩评定1.平时成绩评定（1）课堂参与（16.66%）：通过学生在课堂上阐明知识的情况及相关能力水平进行评价。包括课堂提问、讨论、回答问题、练习等。（2）平时作业（33.34%）：线下章节作业，主要考核学生知识的理解情况和综合运用知识的能力。（3）阶段性测验（16.66%）：通过课堂中穿插的线上测验，评估学生对知识的理解和运用情况。（4）小组汇报（33.34%）：通过分组完成老师布置的指定任务，评估学生对相关工具的应用情况。2.期末成绩评定期末考试以闭卷的方式进行。试卷类型以主观简述和论述为主。主要考察学生对材料分析测试技术相关基本概念的辨识、材料检测技术相关仪器设备组成结构和关键参数的理解及不同分析测试技术的运用等。3.总成绩评定总成绩由平时考核成绩和期末考核成绩构成，按百分制计分。其构成比例：总成绩（100%）=平时成绩（30%）+期末成绩（70%）（三）评分标准表5评分标准（非试卷考核项目）考核项目评分标准优秀(100>x≥90)良好(90>x≥80)中等(80>x≥70)及格(70>x≥60)不及格(x<60)课堂参与（1）课堂纸练习、回答问题正确，且能进行解释（50%）。（2）提问、讨论发言观点正确，问题有深度、有创新（50%）。（1）课堂纸练习、回答问题正确，但解释欠清楚（50%）。（2）提问、讨论发言观点正确，但问题无深度或无创新（50%）。（1）课堂纸练习、回答问题大部分正确，且不能解释（50%）。（2）提问、讨论发言观点基本正确，但问题无深度、无创新（50%）。（1）课堂纸练习、回答问题错误率在30~50%之间，且不能解释（50%）。（2）提问、讨论发言观点有部分错误，或逻辑不严密（50%）。（1）课堂纸练习、回答问题错误率超过50%，且不能解释（50%）。（2）提问、讨论发言观点错误，思路不清晰，逻辑不严密（50%）。如出现错误价值观、反党反社会言论，记为0。平时作业（1）答案正确率超过90%（80%）。（2）部分作业完成方法、思路有创新（10%）。（3）书写规范，无抄袭，态度端正（10%）。（1）作业正确率在80%~89%（80%）。（2）整个作业完成方法、思路无创新（10%）。（3）书写规范，无抄袭，态度端正（10%）。（1）作业正确率在70%-79%（80%）。（2）整个作业完成方法、思路无创新（10%）。（3）书写较规范，无抄袭，态度基本端正（10%）。（1）作业正确率在60%-69%（80%）。（2）整个作业完成方法、思路无创新（10%）。（3）书写不够规范，或有少量抄袭痕迹（10%）。（1）作业正确率在60%以下（80%）。（2）整个作业完成方法、思路无创新（10%）。（3）书写不规范，有明显抄袭，或有部分作业未完成（10%）。未提交作业记0分阶段性测验（1）按时提交所有线上测验题（30%）。（2）完成全部测验，正确率在90－100%（60%）。（3）完成了全部平台讨论，观点正确，问题有深度、有创新（10%）。（1）按时提交80%-89%线上测验题（30%）。（2）完成全部测验，正确率在80%-89%（60%）。（3）完成了全部平台讨论，观点正确，但问题深度、创新性不够（10%）。（1）按时提交70%-79%线上测验题（30%）。（2）完成全部测验，正确率在70%-79%（60%）。（3）完成了全部平台讨论，观点基本正确，但问题深度、创新性不够（10%）。（1）按时提交60%-69%线上测验题（30%）。（2）完成全部测验，正确率在60%-69%（60%）。（3）完成了全部平台讨论，但观点部分不正确，或存在明显复制现象（10%）。（1）按时提交不足60%线上测验题（30%）。（2）未全部完成测验，或正确率在60%以下（60%）。（3）未全部完成平台讨论，或观点不正确，或存在明显复制现象（10%）。如出现错误价值观、反党反社会言论，记为0分。小组汇报（1）声音宏亮，吐字清晰；服装整洁优雅、仪态自然大方；能目视观众，不长时间盯着PPT或回头看投影（10%）。（2）语言表达逻辑性强，内容能讲清，重点突出，详略得当，无重复口语化表达（30%）。（3）准备充分，展示内容信息量大，教学设计或研究方案有创新，内容、观点正确，且联系学科前沿或有创新（30%）。（4）PPT制作精美流畅，视频、图片与文字比例恰当，有美感（10%）。（5）本团队成员全部积极参与汇报、补充、提问或回答问题，组内成员分工明确，配合默契（20%）。（1）声音宏亮，吐字清晰；服装整洁、仪态较大方，但有较多时间盯着PPT或回头看投影（10%）。（2）内容能讲清，重点比较突出，但逻辑性不够清晰，有个别卡顿或口语重复（30%）。（3）准备较充分，展示内容较丰富，内容、观点正确，但未联系学科前沿或创新性不足（30%）。（4）PPT图片与文字比例不够恰当，文字太多，或字体颜色不够鲜明（10%）。（5）本团队3人以上成员积极参与汇报、补充、提问或回答问题，组内成员分工较明确，配合较默契（20%）。（1）声音不够宏亮，或吐字不够清晰；服装整洁，但仪态不够自然；长时间看PPT或投影（10%）。（2）内容基本能讲清，但重点不突出，逻