《材料研究与测试方法》课程教学大纲

《材料研究与测试方法》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称材料研究与测试方法课程编号330020058课程性质核心课课程类别专业课开课单位新材料教研室授课学期第五学期学分/学时3.5/60课内学时60理论授课60上机学时0课内实践0实验学时0课外学时90适用专业新能源材料与器件是否双语否先修课程有机化学、材料物理性能、储能技术与材料后续课程材料现代分析与综合测试技术训练二、课程简介《材料研究与测试方法》课程是新能源材料与器件专业的一门核心课，课程的理论性较强。该课程主要讲述X射线衍射分析技术、电子显微镜分析技术、表面分析技术、热分析技术、光谱分析等内容。使学生在将来的科研及工业生产中能正确地选择和使用相关的表征测试分析技术，为以后走向工作岗位，适用社会人才需求打下良好的基础。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：通过本课程的学习，使学生了解材料结构与性能的表征方法和有关测试仪器的结构，掌握材料分析测试方法的基本原理，制样技术、图谱解析及其在材料制备和分析研究领域中的具体应用。课程目标2：通过课程教学，掌握各种材料的研究方法和实验技术，注重理论与实践紧密结合，使学生对各类测试方法的原理和应用有深刻的理解，提高学生分析问题和解决问题能力，培养学生探索精神和创新意识，努力实现学生知识、能力、素质协调发展。（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1-4：掌握用于解决复杂工程问题的化学工程与工艺专业基础知识，并能用于化工工艺过程选择、优化与集成，解决化学工程领域复杂工程问题。1-工程知识课程目标2指标点2-3：具有应用化学工程科学的基本原理，并通过文献研究对化学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。2-问题分析课程目标3指标点7-3：在工程实践中主动应用能够改善环境、促进社会可持续发展的先进技术。7-环境和可持续发展四、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单元X射线衍射分析（学时数：14学时）1.课程主要内容（1）材料研究与测试方法的课程学习任务、目的和主要内容。（2）X射线与物质的相互作用机制、X射线的产生机制；X射线谱的实验规律、X射线的产生装置、X射线防护知识；X射线的本质、X射线谱产生的实质。（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；结构因子、多晶体的衍射强度和积分强度计算；应用布拉格方程求算晶面间距；X射线衍射强度的含义。（4）X射线衍射仪的结构；点阵常数的精确测定；粉末照相法、衍射仪的测量方法与实验参数；PDF卡片的内容及含义；物相定量分析方法；多晶体的物相分析原理、物相定性分析方法；应用物相定性分析方法分析物质。2.重点和难点X射线的衍射原理及五大影响因子的概念理解。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明本课程的主要研究内容。在X射线衍射章节，我们回顾了X射线的发现史，以及围绕X射线的认识诞生的十几位诺奖的故事，这种科技发展史的回顾，可使学生切实体会到科技发展过程中的严谨的治学态度以及先辈们攻坚克难的强大意志。（2）通过小组合作学习，查阅相关材料研究方法的发展相关文献及案例，培养学生的自学能力和合作能力。4.学生学习预期成果完成本单元学习任务后，学生应了解材料研究与测试方法的课程学习任务、目的和主要内容，对材料研究与测试方法所面临的新挑战有充分的认识与理解，能应用知网等文献检索系统查阅相关文献，并能进行整理归纳。支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑的课程目标：课程目标1：通过X射线的物理基础，X射线的衍射原的学习，X射线衍射仪的制样技术、图谱解析及其在材料制备和分析研究领域中的具体应用。课程目标2：通过课程教学，掌握X射线物相分析法，注重理论与实践紧密结合，使学生对各类测试方法的原理和应用有深刻的理解，提高学生分析问题和解决问题能力，培养学生探索精神和创新意识，努力实现学生知识、能力、素质协调发展。第二单元电子显微分析（学时数：24学时）1.课程主要内容（1）高能电子与样品物质交互作用产生的电子信息；高能电子与样品物质交互作用产生的电子信息的应用范围；原子核对电子的弹性散射和非弹性散射及核外电子对入射电子的非弹性散射基本概念；（2）透射电镜的结构；透射电镜的应用；透射电镜成像原理,透射电镜的复型技术和方法；透射电子显微镜的样品制备。（3）电子衍射原理；复杂电子衍射花样；电子显微镜中的电子衍射、单晶体电子衍射花样标定；晶体薄膜衍衬成像原理；晶体薄膜衍衬成像技术；晶体薄膜衍衬成像分析原理和方法；（4）扫描电子显微镜的构造和工作原理；扫描电子显微镜的主要性能、表面形貌衬度原理及其应用；应用SEM图像分析物质。（5）电子探针分析构造；电子探针分析应用；电子探针分析方法及微区成分分析技术；应用微区分析技术分析物质成分和结构。2.重点和难点本单元的教学重点包括电子束与物质的相互作用激发多种物理信号，透射电镜，扫描电镜和电子探针的成像原理，结构和应用等。其中，电子衍射原理，晶体薄膜衍衬成像分析原理和方法为教学难点。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明电子显微分析的基础理论，丰富学生对电子束与物质的相互作用的基本知识结构；（2）通过透射电子显微镜、扫描电镜与电子探针的结构与特色应用，强调理论与实践相结合，促进学生深度学习，加强知识整合，培养学生的分析归纳能力与反思能力。4.学生学习预期成果完成本单元学习任务后，学生应理解高能电子与样品物质交互作用产生的电子信息；掌握原子核对电子的弹性散射和非弹性散射及核外电子对入射电子的非弹性散射基本概念。掌握透射电镜成像原理,掌握电子显微镜中的电子衍射、单晶体电子衍射花样标定；理解晶体薄膜衍衬成像原理；理解扫描电子显微镜的构造和工作原理；掌握扫描电子显微镜的主要性能、表面形貌衬度原理及其应用；掌握电子探针分析方法及微区成分分析技术。此外，我们结合我国的科研进展，介绍了若干位于世界前列的科研成果，以及相关科学家的励志典范，这些事例可以起到榜样的作用，在潜移默化中激发学生的民族自豪感和求知欲。在其它章节中，我们均引入了与课程内容相关的我国取得的最新科研进展与成就，这些内容的引入对增强学生们的民族自信心与使命责任感大有裨益。5.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑的课程目标：课程目标1.2掌握透射电镜、扫描电镜与电子探针的基本原理、结构与应用的专业知识，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。能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析无机非金属材料生产过程中的复杂工程问题，以获得有效结论。第三单元表面分析技术（学时数：10学时）1.课程主要内容（1）俄歇电子能谱仪、X射线光电子能谱仪、X射线荧光光谱、扫描隧道显微镜、原于力显微镜、聚焦离子束与低能电子衍射测试仪的原理与结构；（2）俄歇电子能谱仪、X射线光电子能谱仪、X射线荧光光谱、扫描隧道显微镜、原于力显微镜、聚焦离子束与低能电子衍射测试仪的应用。2.重点和难点本单元的教学重点难点包括俄歇电子能谱仪、X射线光电子能谱仪、X射线荧光光谱的三者之间的特性比较、聚焦离子束与低能电子衍射测试仪的原理与结构。3.教学方法（1）通过多媒体课件与传统教学相结合，阐明催化剂制备的传统方法与新技术，拓宽学生的知识面；（2）通过催化剂制备及表征的案例分析，强调理论与实践相结合，加强学生的知识融合，培养学生的反思能力。4.学生学习预期成果完成本单元学习任务后，学生应熟悉并掌握表面分析技术的基本原理，能够选用合适的表征技术对材料的物相、成份、结构等进行分析判断。5.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑的课程目标：课程目标1.2.能够正确查阅相关文献资料，分析、解决具体的科学问题。能够基于科学原理并采用科学方法对新能源材料与器件开发过程的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与表征、并通过信息综合得到合理有效的结论。第四单元热分析与光谱分析（学时数：12学时）1.课程主要内容（1）差热分析法、差示扫描量热法、红外光谱法、拉曼光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法的原理与结构；（2）差热分析法、差示扫描量热法、红外光谱法、拉曼光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法的应用；2.重点和难点本单元的教学重点难点包括光差示扫描量热法与电感耦合等离子体原子发射光谱法的原理与应用。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，了解热分析的基本方法；掌握差热分析法的基本原理、仪器结构及差热曲线的分析和应用；了解红外光谱、拉曼光谱的基本原理、方法和在材料研究中的应用。（2）通过小组合作学习及文献查阅，拓宽学生对各种测试方法的应用及发展趋势的认识，培养学生查阅文献、分析综合的的能力，发展学生的合作能力；4.学生学习预期成果通过课程教学，掌握各种材料的研究方法和实验技术，注重理论与实践紧密结合，使学生对各类测试方法的原理和应用有深刻的理解，提高学生分析问题和解决问题能力，培养学生探索精神和创新意识，努力实现学生知识、能力、素质协调发展。5.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑的课程目标：课程目标1.2.了解差示扫描量热法的基本原理、仪器和应用；掌握热重分析法的基本原理、仪器基本结构、热失重曲线的获得及热重分析的应用；使用现代工具：能够针对复杂工程问题，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。（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单元X射线衍射分析讲授法课程目标1、2141:1.5第二单元电子显微分析讲授法、案例教学课程目标1、2241:1.5第三单元表面分析技术讲授法、课堂汇报课程目标1、2101:1.5第四单元热分析与光谱分析讲授法、案例教学课程目标1、2121:1.5合计60五、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40%作业（百分制）40本门课程死次作业，考核内容：X射线的本质，X射线与物质的相互作用，布拉格方程，衍射强度，物相分析；电子束与固体物质的作用，透射显微镜工作原理，结构与应用，透射电镜样品制备，薄晶体高分辨像，扫描电镜与电子探针的工作原理、结构与应用，表面分析技术所用设备的原理、结构与应用，热分析仪的原理与结构，光谱分析仪的原理与结构等内容，作业评分的具体标准（作业正确率等）目标分值=0.4*作业平均成绩测验（百分制）40考核内容主要包括各类分析仪器的原理，结构与应用等。考试题型包括选择、判断和简答题等，其中，选择题占50%，判断题占10%，简答题占40%。目标分值=0.4*测验成绩课堂表现（百分制）20考核内容：其一，课堂上是否与教师互动，是否主动回答问题以及问题回答的正确性；其二，小组合作学习、课堂汇报的表现情况。分别占比50%。目标分值=0.2*作业平均成绩期末考试60%知识40考核内容：X射线的本质，X射线与物质的相互作用，布拉格方程，衍射强度，物相分析；电子束与固体物质的作用，透射显微镜工作原理，结构与应用，透射电镜样品制备，薄晶体高分辨像，扫描电镜与电子探针的工作原理、结构与应用，表面分析技术所用设备的原理、结构与应用，热分析仪的原理与结构，光谱分析仪的原理与结构等。考试题型：名词解释、填空、单选、判断、简答、分析等。评价细则：名词解释占10%、填空占15%、选择占15%、判断占10%、简答占35%、分析占15%。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单元X射线衍射分析1-1绪论1-2X射线的物理基础1-3X射线的衍射原理1-4X射线的多晶衍射分析及其应用作业，测验，期末考试课程目标1、2第二单元电子显微分析2-1电子显微分析的基础2-2透射电子显微镜2-3薄晶体的高分辨2-4扫描电子显微镜及电子探针作业，测验，期末考试课程目标1、2第三单元表面分析技术3-1俄歇电子能谱分析3-2X射线光电子能谱仪3-3X射线荧光光谱3-4扫描隧道电镜3-5原子力显微镜3-6聚焦等离子束3-7低能电子衍射作业，测验，期末考试课程目标1、2第四单元热分析与光谱分析4-1差热分析法4-2差示扫描量热法4-3热分析测量的影响因素、应用及新进展4-4红外光谱法4-5拉曼光谱法4-6电感耦合等离子体原子发射光谱法作业，测验，期末考试课程目标1、2六、使用教材、相关推荐书目及课程资源（一）使用教材[1]朱和国,王新龙.材料科学研究与测试方法.武汉理工大学出版社,2013（二）相关推荐书目[1]常铁军,祁欣主.材料近代分析测试方法.哈尔滨工业大学出版社出版,1999[2]曹春娥,顾幸勇.无机材料测试技术.武汉理工大学出版社,2001[3]马如璋.材料物理现代研究方法.冶金工业出版社,1997[4