《材料物理性能》课程教学大纲

《材料物理性能》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称材料物理性能课程编号330020060课程性质学科专业基础课程课程类别专业课开课单位无机材料教研室授课学期第5学期学分/学时3/46课内学时46理论授课46上机学时0课内实践0实验学时0课外学时55适用专业新能源材料与器件是否双语否先修课程《无机与分析化学》、《物理化学》、《材料科学基础》、《固体物理》、《新能源材料概论》后续课程《锂离子电池原理与技术》、《太阳能电池原理与技术》、《专业综合实验》、《毕业设计（论文）》二、课程简介《材料物理性能》是新能源材料与器件专业的一门必修学科专业基础课。该课程系统地阐述了材料的物理特性和本质，包括力学、热学、光学、电学等性能及其发展和应用，同时介绍了各种重要物理性能的原理及微观机制、性能的影响因素以及控制和改善性能的措施等。通过本课程的学习，使学生掌握无机材料本征参数物理意义，掌握影响材料物理性能的微观机理；掌握材料组成、结构对制品性能的影响，提高学生分析问题和解决问题能力，为材料设计和材料改性打下坚实的基础。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标通过本课程的学习，使学生达到以下目标：课程目标1.能够准确了解无机材料的力学、热学、电学、光学及介电性能；掌握上述性能的的原理与微观机制，能够正确分析无机材料结构与性能之间的关系。课程目标2.能够从材料微观结构的角度，分析材料在外界条件下发生响应的原因及发生规律；能够基于材料性能发生的微观机制，准确分析各种因素对材料性能的影响，并提出改善材料性能的方法或途径；融入矛盾的对立统一性、质变和量变等辩证唯物主义思想，培养学生树立科学的世界观。课程目标3.能够从材料性能的基础知识出发，具备设计具有优异性能材料的能力；能够利用材料性能的知识，解释和解决实际生产中的问题，具备一定的应用能力；培养学生的科学精神，使学生了解科学的思维方法。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标1指标点1-2：掌握用于解决复杂工程问题的物理、化学等自然科学类基础知识，并能用于对新能源材料与器件生产和加工过程复杂工程问题进行恰当的公式表征和计算。指标点2-1：掌握工程科学基本原理。工程知识2-问题分析课程目标2指标点1-4：掌握用于解决复杂工程问题的新能源材料与器件专业基础知识，并能用于新能源材料的制备、表征、器件组装、性能检测等，解决新能源材料与器件领域复杂工程问题。指标点2-3：具有应用新能源材料与器件的基本原理，并通过文献研究对新能源材料与器件工程领域内复杂工程问题进行识别、分析、表达，以获得有效结论的能力。1-工程知识2-问题分析课程目标3指标点12-2：掌握良好的学习方法，具有一定的探索知识能力。12-终身学习四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一模块力学性能（学时数：16学时）1.课程主要内容理解弹性形变、塑性形变、高温蠕变、粘滞流动等受力形变的基本概念、宏观表现、微观机制、影响因素；掌握影响弹性模量的因素及两相组分弹性模量上下限计算方法；掌握滑移条件和滑移系统的构成；掌握无机材料缺乏塑性变形的原因；利用所学知识分析实际问题；理解断裂的表征参数及断裂过程，以及强度和断裂韧性的概念等；了解裂纹的产生途径和原因；掌握利用微裂纹理论计算和分析无机材料裂纹扩展和产生脆性断裂的原因和方法；了解材料产生静态疲劳的原因，利用所学知识改善材料的强度和韧性；学会对材料的性能进行设计和评价。2.重点和难点重点：掌握受力后各种行为的基本概念、影响因素以及控制和改善措施。难点：理解材料力学形变的微观机制。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合的教学方式，全面讲述力学性能的基本概念、基本原理、基本分析，特别是材料受力后发生各种形变的微观机制；（2）通过课堂练习和课堂测验，帮助学生掌握各种力学规律，加深学生对材料力学性能的理解；（3）随着社会经济的不断发展，人们对力学材料又提出了新的要求及挑战，鼓励学生课下查阅文献，进一步加深对行业发展动态的了解，培育学生的科学思维和探索创新的精神。4.学生学习预期成果作为高等院校新能源专业的学生，通过该单元的学习，可以了解力学性能的基本概念、基本原理、基本分析，掌握力学性能控制和改善的基本措施。5.支撑课程目标课程目标1.能够准确了解无机材料的力学、热学、电学、光学及介电性能；掌握上述性能的的原理与微观机制，能够正确分析无机材料结构与性能之间的关系。课程目标2.能够从材料微观结构的角度，分析材料在外界条件下发生响应的原因及发生规律；能够基于材料性能发生的微观机制，准确分析各种因素对材料性能的影响，并提出改善材料性能的方法或途径；融入矛盾的对立统一性、质变和量变等辩证唯物主义思想，培养学生树立科学的世界观。课程目标3.能够从材料性能的基础知识出发，具备设计具有优异性能材料的能力；能够利用材料性能的知识，解释和解决实际生产生活中的问题，具备扎实的应用能力；培养学生的科学精神，使学生了解科学的思维方法。第二模块热学性能（学时数：8学时）1.课程主要内容理解热容、比热、热膨胀系数、热稳定性的基本概念和经典理论与经验定律的基本含义；掌握热膨胀系数的影响因素；了解热传导的宏观、微观机理，分析热传导的影响因素；掌握提高材料抗热冲击的措施和方法。2.重点和难点重点：热熔、热导率、热膨胀系数的影响因素以及控制和改善措施；抗热冲击性能的评估方法以及提高措施。难点：理解材料热传导、热膨胀、抗热冲击等热学性能发生的微观机理。3.教学方法（1）以案例形式展现各种热学性能的应用，通过多媒体课件和传统教学相结合的教学方式，全面讲述热容、比热、热膨胀系数、热稳定性的基本概念以及各种微观机制；（2）通过课堂小组讨论和课堂练习，并将实际保温材料、耐火材料等热学性能材料作为实例融入理论教学中，使学生能够更加容易理解抽象的理论知识，提高学习热学性能的兴趣。4.学生学习预期成果作为高等院校新能源专业的学生，通过该单元的学习，可以了解热学性能的的基本概念以及各种微观机制，掌握热学性能控制和改善的基本措施。5.支撑课程目标课程目标1.能够准确了解无机材料的力学、热学、电学、光学及介电性能；掌握上述性能的的原理与微观机制，能够正确分析无机材料结构与性能之间的关系。课程目标2.能够从材料微观结构的角度，分析材料在外界条件下发生响应的原因及发生规律；能够基于材料性能发生的微观机制，准确分析各种因素对材料性能的影响，并提出改善材料性能的方法或途径；融入矛盾的对立统一性、质变和量变等辩证唯物主义思想，培养学生树立科学的世界观。第三模块电学性能（学时数：14学时）1.课程主要内容掌握电导、离子电导、电子电导、电导率、迁移率等基本概念，了解离子电导和电子电导的微观机制，掌握影响电导率的影响因素；掌握爱因斯坦-能斯特方程，理解无机材料的电导和半导体材料的物理效应；理解极化概念、极化种类及极化机理；了解材料的介电性和热击穿性，掌握介质损耗及影响因素；了解铁电效应和压电效应的基本概念和微观机理。2.重点和难点重点：电导率的影响因素以及能斯特-爱因斯坦方程；各种极化的产生机理以及电介质材料介电损耗的影响因素。难点：了解材料离子电导、电子电导以及介电性能产生的微观机制。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合的教学方式，全面讲述离子电导、电子电导以及电介质的基本概念以及各种微观机制；（2）以案例形式展现各种电学性能的应用，通过课堂小组讨论和课堂测验，鼓励学生课下查阅文献，对实际锂离子电池、太阳能电池、电容器等材料的发展现状作为调查目标，进一步加深对电池、电容器等行业发展动态的了解，培育学生的科学思维和探索创新的精神。4.学生学习预期成果作为高等院校新能源专业的学生，通过该单元的学习，可以了解导电、介电性能的基本概念以及各种微观机制，掌握导电、介电性能控制和改善的基本措施。5.支撑课程目标课程目标1.能够准确了解无机材料的力学、热学、电学、光学及介电性能；掌握上述性能的的原理与微观机制，能够正确分析无机材料结构与性能之间的关系。课程目标2.能够从材料微观结构的角度，分析材料在外界条件下发生响应的原因及发生规律；能够基于材料性能发生的微观机制，准确分析各种因素对材料性能的影响，并提出改善材料性能的方法或途径；融入矛盾的对立统一性、质变和量变等辩证唯物主义思想，培养学生树立科学的世界观。课程目标3.能够从材料性能的基础知识出发，具备设计具有优异性能材料的能力；能够利用材料性能的知识，解释和解决实际生产生活中的问题，具备扎实的应用能力，培养学生的科学精神，使学生了解科学的思维方法。第四模块光学性能（学时数：8学时）1.课程主要内容掌握光与物质作用的微观机制，理解朗伯特定律；了解材料反射率、折射率、散射率、投射率等基本概念以及光与物质作用后发生各种现象的微观机制，掌握光产生折射的原因和影响因素；掌握材料产生透光的条件；了解乳浊机理和提高乳浊度的方法；了解表面光泽的影响因素和提高光泽度的方法；理解材料的着色机理；了解各种特殊光学材料工作的基本原理。2.重点和难点重点：了解光与物质作用的微观机制，朗伯特定律以及光产生折射的基本原理和影响因素；掌握材料透光性的影响因素。难点：理解光与物质作用后发生各种现象的微观机制。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合的教学方式，全面讲述光与物质的微观作用机制以及反射率、折射率、散射率、投射率等的基本概念以及各种微观机制；（2）通过课堂小组讨论和课堂练习，鼓励学生课下查阅文献，对实际激光材料、透镜材料、发光材料等材料的发展现状作为调查目标，进一步加深对光学材料行业发展动态的了解，培育学生的科学思维和探索创新的精神。4.学生学习预期成果作为高等院校新能源专业的学生，通过该单元的学习，可以了解光学性能的基本概念以及各种微观机制，掌握光学性能控制和改善的基本措施。5.支撑课程目标课程目标1.能够准确了解无机材料的力学、热学、电学、光学及介电性能；掌握上述性能的的原理与微观机制，能够正确分析无机材料结构与性能之间的关系。课程目标2.能够从材料微观结构的角度，分析材料在外界条件下发生响应的原因及发生规律；能够基于材料性能发生的微观机制，准确分析各种因素对材料性能的影响，并提出改善材料性能的方法或途径；融入矛盾的对立统一性、质变和量变等辩证唯物主义思想，培养学生树立科学的世界观。（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排课内课外学时比例第一模块力学性能讲授法、课堂练习、专题讨论课程目标1、2、3161:1.2第二模块热学性能案例分析、讲授法、练习、专题讨论课程目标1、281:1.2第二模块电学性能案例分析、讲授法、测验、专题讨论课程目1、2、3141:1.2第二模块光学性能讲授法、专题讨论、课堂练习课程目标1、281:1.2合计46五、课程考核及对课程目标的支撑（一）课程考核课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节目标分值考核/评价细则平时成绩70%作业40本门课程原则上不少于5次作业，每次10分。主要考核内容：阶段性重点难点作业评分的具体标准：能按时认真完成布置的作业，书写工整，答案正确合理（9-10分）；能按时完成布置的作业，作业撰写基本工整，答案正确（7.5-8.9分）；能按时完成布置的作业，作业撰写基本工整，答案基本合理（6-7.4分）。不能按时完成布置的作业，作业撰写潦草，答案不准确（0-5.9分）。具体分值根据作业次数和题目数量调整。课堂练习30考核内容：各章节基本知识点，题型主要以选择、填空、计算题的形式。及评价细则：5次课堂练习，每次6分。具体分值根据作业次数和题目数量调整。课堂表现30课堂表现包括出勤和课堂讨论，其中出勤14分，课堂表现16分：缺勤一次扣一分，事假病假扣0.5分，无故缺勤8次以上出勤记0分；原则上设置不少于8次课堂讨论或提问，每参加一次记2分，最高16分；具体分值根据实际情况调整。结课测验30%知识40考核内容：基本概念、微观机理、影响因素、公式计算考试题型：选择、判断、综合评价细则：选择和判断等客观题每题1～2分，综合题主要考察学生运用各类性能的相关基础知识，进行材料性能设计、优化的能力，并在设计过程中体现创新意识。具体分值根据题目数量调整。能力30综合应用20创新10（二）课程考核对课程目标的支撑教学内容考核内容考核方式支撑的课程目标第一模块力学性能1-1弹性形变、塑性形变、高温蠕变、粘滞流动、断裂等受力行为及特点1-2对比分析陶瓷和金属的塑性形变能力1-3强度和断裂韧性的表达式的运用1-4增强增韧的途径及机制1-5微裂纹产生与扩展、及静态疲劳的产生原因作业、课堂练习、结课测验课程目标1、2、3第二模块热学性能热容、热膨胀、热传导、抗热震性的基本概念、微观机制和影响因素作业、课堂练习、课堂讨论，结课测验课程目标1、2第三模块电学性能3-1离子电导、电子电导的微观过程、电导率的表达式及影响因素3-2电极化的概念、介电性能的微观机制及影响因素3-3铁电体和压电体的基本特点作业、课堂练习、课堂讨论、结课测验课程目1、2、3第四模块光学性能4-1光的反射、折射、吸收、色散和散射等基本概念及影响因素4-2材料的透光性的影响因素4-3