《现代材料分析方法》教学大纲

《现代材料分析方法》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：03144191课程性质：专业选修课学分：2学分学时：32学时（理论32学时）先修课程：机械制图、机械设计基础、材料科学基础、材料成形原理、冲压工艺及模具设计等后续课程：无适用专业：材料成型及控制工程开课单位：材料科学与工程学院一、课程说明《现代材料分析方法》是材料成型及控制工程本科专业的一门专业选修课程。该课程具有实用性强，理论与实践紧密结合的特点。课程内容本着加强专业基础、拓宽专业口径的原则，主要介绍X射线衍射分析、透射电子显微分析，扫描电子显微分析，电子探针显微分析、光谱分析技术，热分析技术以及其它显微分析方法，系统地介绍现代材料科学研究中的分析测试技术及其应用，选择性地介绍常用仪器的结构和工作原理。通过该课程的学习可以掌握在材料研究时选择何种仪器、怎样的方法和手段，对研究的结果又如何分析等基本知识和技能，从而进入并驰骋材料的迷人世界。在实际工作中能够根据不同材料的显微结构分析内容，熟练准确地选用材料结构分析手段开展相关科学研究，并能够与专门从事X射线分析和材料电子显微分析分析工作的实验人员共同设计试验方案，解析试验结果。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握材料显微组织结构与成分分析测试方法的发展发展历程、分类和应用范围；熟悉各种现代分析测试技术特别是X射线衍射和电子显微技术的原理、设备的结构特点、试样的制备方法、数据、图谱的分析与解析方法；具有坚定正确的政治方向，树立科学的世界观、人生观和价值观。课程目标2：使学生具备自主学习现代材料分析测试技术领域新知识的能力；具有运用材料分析测试的基础知识、基本技能，分析、表征、解决实际科学、工程、技术问题的能力；具有良好的社会公德和职业道德、较强的社会责任感和团队合作精神。课程目标3：使学生获得一定的创新意识、工作适应能力和材料分析测试的综合运用能力，进而具有较强的自学能力，以获取新知识适应学科、行业发展的能力；具有应用现代材料分析测试技术，解决材料成型及控制工程专业相关问题的能力。三、课程目标与毕业要求《现代材料分析方法》课程教学目标对材料成型及控制工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.3掌握相关自然科学知识、工程基础知识和思维方法，并能将其应用于解决复杂材料成型及控制工程问题课程目标1：掌握材料分析测试的基础知识、基本技能；各种现代分析测试技术的原理、设备的结构特点、试样的制备方法、数据、图谱的分析与解析方法。M4.研究4.1能够对材料成型及控制工程相关的各类材料特性、物理、化学现象进行研究和实验验证。课程目标3：使学生获得一定的创新意识、工作适应能力和材料分析测试的综合应用能力，进而具有较强的自学能力，以获取新知识适应学科、行业发展的能力；具有良好的心理素质、较高的人文科学素养和劳动精神，树立正确的审美观和劳动观。M5.使用现代工具5.2能够开发、选择与使用现代工程工具和信息技术工具对材料成型专业复杂问题进行辅助设计、预测和模拟，并理解其局限性。课程目标2：使学生具备自主学习现代材料分析测试技术领域新知识的能力，具有运用材料分析测试的基础知识、基本技能分析、表征、解决实际科学、工程、技术问题的能力。H注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时对应的课程目标1.X射线衍射分析1.1X射线的本质1.2X射线谱1.3X射线与物质的相互作用1.4X射线衍射方向1.5布拉格方程1.6倒易点阵1.7X射线衍射强度1.8粉末照相法1.9X射线衍射仪1.10物相的定性分析1.11物相的定量分析1.12X射线衍射实例教学要求：使学生掌握X射线的本质；X射线谱以及X射线与物质相互作用；X射线衍射方向、布拉格方程、X射线衍射强度；X射线衍射方法的原理、仪器构造、试样的制备；多晶体的物相分析方法、分析原理，包括定量分析和定性分析。重点:X射线与物质相互作用；X射线衍射方向、布拉格方程、X射线衍射强度；X射线衍射方法的原理、多晶体的物相分析方法、分析原理，包括定量分析和定性分析。难点:X射线与物质相互作用；结构因子的计算。121、2、32.透射电子显微分析2.1散射2.2电子与样品的交互作用信息2.3透射电镜的结构及应用2.4电子衍射2.5透射电子显微分析样品制备2.6薄晶体样品衍射成像原理教学要求：电子与物质的相互作用；透射电子显微镜的结构；电子衍射分析和显微成像分析原理、各种样品的制备方法；单晶和多晶的物相和形貌分析及应用。。重点：透射电子显微镜的结构；电子衍射分析和显微成像分析原理；单晶和多晶的物相和形貌分析及应用。难点：电子衍射分析和显微成像分析原理。61、2、33.扫描电子显微分析3.1扫描电镜工作原理、构造和性能3.2扫描电镜在材料研究中的应用3.3波谱仪结构及工作原理3.4能谱仪结构及工作原理3.5电子探针分析方法教学要求：扫描电镜工作原理、构造、样品的制备方法；扫描电镜在材料研究中的应用；能谱仪结构及工作原理；电子探针结构与分析方法。重点：扫描电镜工作原理、构造；扫描电镜在材料研究中的应用；能谱仪结构及工作原理。难点：扫描电镜工作原理。41、2、34.材料表面分析技术4.1俄歇电子能谱分析4.2X射线光电子能谱分析4.3原子探针显微分析教学要求：俄歇电子能谱分析、X射线光电子能谱分析的原理、分析方法及其应用；原子力显微镜的原理、分析方法及其应用。重点：俄歇电子能谱分析、X射线光电子能谱分析的原理、分析方法及其应用；原子力显微镜的原理。难点：俄歇电子、X射线光电子能谱分析的原理。21、2、35.热分析技术5.1差热分析5.2示差扫描量热法5.3热重分析5.4热分析在研究中的应用教学要求：热重分析、差热分析、差示扫描量热法的原理；仪器的构造以及应用。重点：热重分析、差热分析的原理；仪器的构造以及应用。难点：热分析技术的应用。41、2、36、红外光谱与拉曼光谱6.1红外光谱6.2拉曼光谱教学要求：红外光谱和拉曼光谱的原理、应用范围及在材料分析中的应用。重点：红外光谱和拉曼光谱的原理及应用。难点：官能团的分析。41、2、3合计32五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合小组讨论、论文中的科研案例、视频资源共享和实验视频演示等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。使学生比较全面地理解各种现代分析测试技术的基本原理、设备的结构特点、试样的制备方法、测试图谱的分析与解析方法，培养学生具有利用现代材料分析方法去分析解决理论和实际问题的初步能力，为以后的研究、创新性学习和实际工作奠定基础。六、课程资源1.推荐教材：（1）朱和国、尤泽升、刘吉梓等主编.材料科学研究与测试方法[M].南京：东南大学出版社,2023.2.参考书：（1）常铁军主编.材料近代分析测试方法[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2018.（2）黄新民，解挺主编.材料分析测试方法[M].北京：国防工业出版社,2006.（3）王富耻主编.材料现代分析测试方法[M].北京：北京理工大学出版社,2006.（4）李炎主编.材料现代微观分析技术--基本原理及应用[M].北京：化学工业出版社,2011.8.3.期刊：（1）邰仁忠.X射线物理学[J].物理学,2021,50(08):501-511.（2）段鹤阳,潘俊帆.X射线荧光光谱法的应用和发展前景[J].化工管理,2021(14):55-56.（3）王晓叶,郑斌,冯志海.X射线衍射全谱拟合定量分析方法研究[J].宇航材料工艺,2012,42(02):108-110.（4）PANDEYP,MAKINENISK,GAULTB,etal.OntheOriginofaRemarkableIncreaseintheStrengthandStabilityofanAlRichAI-NiEutecticAlloybyZrAddition[J].ActaMaterialia,2019,170:205-217.（5）李茂华,杨延清,黄斌等.先进的电子断层扫描技术在材料科学中的发展——基于透射电子显微镜和扫描透射电子显微镜(英文)[J].TransactionsofNonferrousMetalsSocietyofChina,2014,24(10):3031-3050.（6）方婷婷,王启岁,胡淑婉等.测试锂电池原材料比表面积的最佳测试条件[J].电源技术,2018,42(03):335-338.（7）李波,高锦红,许祖昊等.热分析法在材料分析中的应用新进展[J].分析仪器,2018(02):77-81.（8）徐广通,袁洪福,陆婉珍.现代近红外光谱技术及应用进展[J].光谱学与光谱分析,2000(02):134-142.（9）吴娟霞,徐华,张锦.拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用[J].化学学报,2014,72(03):301-318.4.网络资源：（1）王永欣.材料科学基础.2018./course/NWPU-111001（2）谭志凯.生物材料伴我行.2018./course/HNU-1002144001七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末大作业成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现10（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442分组任务14（1）根据每次分组讨论完成情况和PPT质量分组评分，满分100分；（2）每次讨论单独评分，取各次讨论成绩的平均值作为最终成绩，并以此成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√563作业16（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√655期末考核60（1）期末大作业为100分，以大作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核现代分析测试方法的基本原理、仪器设备的基本结构及特点、试样制备的常用方法、测试图谱的初步分析与解析方法等内容。√√√252515合计：100分404020八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、分组任务、作业和期末大作业等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末大作业成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末大作业成绩为100分（权重60%）；课堂表现、作业和分组讨论等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表4。表4过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现25出勤率100%，不迟到早退；积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。出勤率100%，不迟到早退；认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。旷课一次；偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。旷课两次；上课不认真，偶尔参与教学活动。无故旷课三次以上，上课不认真，上不参与教学活动。作业40作业完整，思路清晰，准确率大于90%，字迹工整。作业完整，准确率大于80%，字迹工整。不交作业