《现代材料制备科学与技术》课程教学大纲

《现代材料制备科学与技术》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称现代材料制备科学与技术课程编号330020143课程性质选修课课程类别专业课开课单位材料教研室授课学期7学分/学时2.5/40课内学时40理论授课40上机学时0课内实践0实验学时0课外学时60适用专业新能源材料与器件是否双语否先修课程《新能源材料概论》、《材料物理性能》、《储能技术与材料》、《材料科学基础》后续课程毕业实习、毕业设计（论文）二、课程简介《现代材料制备科学与技术》是新能源材料与器件专业的选修课，是理论性较强的一门课程。本课程比较深入系统地介绍了材料制备科学与技术的基本理论知识和新材料、新技术的最新研究成果，具体包括晶体结构、晶体缺陷、成核理论、界面的平衡结构、晶体生长动力学、单晶材料的制备、薄膜材料的制备、陶瓷材料的制备、复合材料的制备和材料工程新技术等。通过课程的学习，可以培养学生具备原理分析、制备方法选用、材料设计应用等多方面能力。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.认识晶体发展对新能源工业与社会发展的重要意义，了解各类材料的发展历史，学习先辈们的科学与探索精神，增强学生的民族自豪感和责任感，激发学生爱国情怀，培养学生辩证唯物主义思想，使学生树立科学的世界观。课程目标2.通过课程教学，使学生了解晶体结构、晶体缺陷、成核理论、生长动力学、薄膜/单晶/复合材料制备方法等知识，掌握材料制备的基本方法。通过调研任务的完成，使学生学会正确使用网络，正确利用多种学习手段，提高学生调研、思考能力。课程目标3.通过课程教学，培养学生追求真理和献身科学的精神，提高学生分析问题和解决问题能力，培养学生的探索精神和创新意识、以及精益求精的工匠精神，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6-3：能够正确认识新能源材料与器件工程实践对环境和社会可持续发展的影响，明确实施工程实践及其解决方案中应承担的责任。指标点7-1：能够理解和评价新能源材料与器件产品或项目对人文和自然环境的影响。指标点12-3：具有了解和跟踪本专业学科发展趋势的能力。6-工程与社会7-环境和可持续发展12-终身学习课程目标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。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。7-环境和可持续发展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部分晶体结构与缺陷（学时数：8学时）1.课程主要内容介绍晶体的出现过程，学习晶体结构中的基本概念及分类，掌握晶体存在的点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷及各个缺陷的形式及运动情况。2.重点和难点重点：晶体中的基本定义，点缺陷、线缺陷和面缺陷的定义及运动情况。难点：布拉菲点阵、缺陷的运动形式。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合的方式，阐明本课程的主要研究内容。结合晶体出现的发展史，讲述经典科研故事，使学生了解晶体发展过程，学习先辈们的科学与探索精神，从而增强学生民族自豪感，激发学生爱国情怀。通过实例分析，使学生们认识身边的科学材料，将书本知识运用到生活当中。（2）通过小组合作学习，查阅相关晶体学科发展的相关文献及案例，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，学生应了解晶体的基本特点，存在的缺陷及缺陷的运动情况，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。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.认识晶体发展对新能源工业与社会发展的重要意义，了解各类材料的发展历史，学习先辈们的科学与探索精神，增强学生的民族自豪感和责任感，激发学生爱国情怀，培养学生辩证唯物主义思想，使学生树立科学的世界观。课程目标2.通过课程教学，使学生了解晶体结构、晶体缺陷、成核理论、生长动力学、薄膜/单晶/复合材料制备方法等知识，掌握材料制备的基本方法。通过调研任务的完成，使学生学会正确使用网络，正确利用多种学习手段，提高学生调研、思考能力。第二部分晶体生长过程（学时数：14学时）1.课程主要内容（1）晶体生长相变驱动力、均匀成核、非均匀成核和再结晶成核。（2）晶体的平衡形状、生长界面结构的基本类型、柯塞尔模型、杰克逊模型和特姆金模型。（3）邻位面的生长、光滑界面的生长、粗糙界面的生长。2.重点和难点重点：相变驱动力的定义，均匀成核与非均匀成核过程、生长界面结构的基本类型、邻位面/光滑界面/粗糙界面的生长过程。难点：柯塞尔模型、杰克逊模型和特姆金模型的生长过程。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合的方式，介绍该部分重要知识点内容，并通过动画演示，使生长过程更加生动形象，利于学生掌握。（2）通过小组讨论的形式，汇总不同界面的生长过程，锻炼学生整理、总结的能力，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部分学习任务后，学生应可以通过相变驱动力的方向判断晶体是生长还是溶解；应该清楚的知道均匀成核和非均匀成核的过程；应该了解晶体生长界面结构的四种基本类型，并根据类型的不同，匹配相应的生长模型及生长过程；应该清楚的知道邻位面、光滑界面和粗糙界面的动态变化过程。通过本部分学习后，学生的总结能力，调研能力，理论联系实际能力应有明显提高。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.认识晶体发展对新能源工业与社会发展的重要意义，了解各类材料的发展历史，学习先辈们的科学与探索精神，增强学生的民族自豪感和责任感，激发学生爱国情怀，培养学生辩证唯物主义思想，使学生树立科学的世界观。课程目标2.通过课程教学，使学生了解晶体结构、晶体缺陷、成核理论、生长动力学、薄膜/单晶/复合材料制备方法等知识，掌握材料制备的基本方法。通过调研任务的完成，使学生学会正确使用网络，正确利用多种学习手段，提高学生调研、思考能力。课程目标3.通过课程教学，培养学生追求真理和献身科学的精神，提高学生分析问题和解决问题能力，培养学生的探索精神和创新意识、以及精益求精的工匠精神，努力实现学生知识、能力、素质协调发展。第三部分单晶材料的制备（学时数：4学时）1.课程主要内容（1）气相生长的方法和原理、α-碘化汞单晶体的生长；（2）水溶液生长法的原理、溶解度、溶解度曲线、降温法、蒸发法、凝胶法、α-碘酸锂单晶体的生长；（3）水热生长法、高压釜、α-水晶的水热生长；（4）熔盐生长法的机理、助溶剂的选取原则、生长设备；（5）熔体生长法的原理、方法。2.重点和难点重点：单晶材料制备常用方法的原理及使用设备；α-碘化汞单晶体、α-碘酸锂单晶体和α-水晶的生长方法及过程；降温法、蒸发法、凝胶法的原理；熔盐生长法的机理及助溶剂的选取原则。难点：根据材料性质对晶体生长方法的选择。3.教学方法（1）通过多媒体课件与传统教学相结合的方式，介绍单晶材料制备的基本方法，并通过方法本身特点，介绍典型生长案例，介绍的过程中引入我国研究动态，激发学生爱国情怀；（2）通过调研及小组讨论的形式，使学生掌握各单晶材料制备方法的应用情况，能够合理选择合适的生长条件。4.学生学习预期成果完成本单元学习任务后，学生应熟悉并掌握单晶材料的传统制备方法的特点、步骤及适用范围，了解单晶材料制备的新技术及我国研究现状；能通过材料性质合理选择材料生长方式。5.支撑课程目标课程目标1.认识晶体发展对新能源工业与社会发展的重要意义，了解各类材料的发展历史，学习先辈们的科学与探索精神，增强学生的民族自豪感和责任感，激发学生爱国情怀，培养学生辩证唯物主义思想，使学生树立科学的世界观。课程目标2.通过课程教学，使学生了解晶体结构、晶体缺陷、成核理论、生长动力学、薄膜/单晶/复合材料制备方法等知识，掌握材料制备的基本方法。通过调研任务的完成，使学生学会正确使用网络，正确利用多种学习手段，提高学生调研、思考能力。课程目标3.通过课程教学，培养学生追求真理和献身科学的精神，提高学生分析问题和解决问题能力，培养学生的探索精神和创新意识、以及精益求精的工匠精神，努力实现学生知识、能力、素质协调发展。第四部分薄膜材料的制备（学时数：4学时）1.课程主要内容（1）薄膜的形成机理；（2）物理气相沉积、化学气相沉积、化学溶液镀膜法、液相外延制膜法；（3）膜厚的测量与监控。2.重点和难点重点：薄膜的形成机理，物理气相沉积、化学气相沉积、化学溶液镀膜法、液相外延制膜法等制膜方法的原理及过程，膜厚的测量。难点：制膜方式的对比及选择。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合的方式，介绍薄膜形成的机理，各种成膜的方法及成膜过程，掌握膜厚测量的方式；（2）通过小组合作学习及文献查阅，拓展学生对成膜方式的了解及现阶段薄膜制备的研究进展，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；（3）通过课堂汇报，强化知识应用意识，发展学生的教学能力和反思能力。4.学生学习预期成果完成本单元学习任务后，学生应理解薄膜形成的机理，了解物理气相沉积和化学气相沉积的应用特点及不同，能够合理的选择成膜方式，并且通过查阅文献及小组讨论，锻炼学生的团队合作能力及科学思维方式。5.支撑课程目标课程目标1.认识晶体发展对新能源工业与社会发展的重要意义，了解各类材料的发展历史，学习先辈们的科学与探索精神，增强学生的民族自豪感和责任感，激发学生爱国情怀，培养学生辩证唯物主义思想，使学生树立科学的世界观。课程目标2.通过课程教学，使学生了解晶体结构、晶体缺陷、成核理论、生长动力学、薄膜/单晶/复合材料制备方法等知识，掌握材料制备的基本方法。通过调研任务的完成，使学生学会正确使用网络，正确利用多种学习手段，提高学生调研、思考能力。课程目标3.通过课程教学，培养学生追求真理和献身科学的精神，提高学生分析问题和解决问题能力，培养学生的探索精神和创新意识、以及精益求精的工匠精神，努力实现学生知识、能力、素质协调发展。第五部分陶瓷材料的制备（学时数：4学时）1.课程主要内容（1）陶瓷的组成相及其结构；（2）陶瓷的坯料制备、成型、烧结；（3）装置瓷、电容器陶瓷、压电陶瓷、高温陶瓷。2.重点和难点重点：陶瓷的晶体结构、玻璃相结构，陶瓷制备工艺的过程及注意事项，装置瓷、电容器陶瓷、压电陶瓷、高温陶瓷各自的特点及应用情况。难点：陶瓷的结构和陶瓷的制备工艺。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合的方式，介绍陶瓷的结构组成及陶瓷的制备工艺；（2）通过小组合作学习及文献查阅，介绍不同应用特点的陶瓷，使学生了解陶瓷产业，并结合唐山当地特色，介绍唐山陶瓷生产情况。4.学生学习预期成果完成本单元学习任务后，学生应了解陶瓷的组成情况，掌握陶瓷的制备工艺；能根据网络调研了解多种陶瓷材料，并结合唐山企业，了解现阶段陶瓷企业发展情况。5.支撑课程目标课程目标1.认识晶体发展对新能源工业与社会发展的重要意义，了解各类材料的发展历史，学习先辈们的科学与探索精神，增强学生的民族自豪感和责任感，激发学生爱国情怀，培养学生辩证唯物主义思想，使学生树立科学的世界观。课程目标2.通过课程教学，使学生了解晶体结构、晶体缺陷、成核理论、生长动力学、薄膜/单晶/复合材料制备方法等知识，掌握材料制备的基本方法。通过调研任务的完成，使学生学会正确使用网络，正确利用多种学习手段，提高学生调研、思考能力。课程目标3.通过课程教学，培养学生追求真理和献身科学的精神，提高学生分析问题和解决问题能力，培养学生的探索精神和创新意识、以及精益求精的工匠精神，努力实现学生知识、能力、素质协调发展。第六部分复合材料的制备（学时数：4学时）1.课程主要内容（1）复合材料的定义、命名、分类和基本性能；（2）颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料、纤维增强复合材料、树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料；2.重点和难点重点：复合材料的定义、分类和基本性能，各种复合材料的特点及制备工艺。难点：各复合材料的应用情况。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合的方式，介绍复合材料的定义、分类和基本性能，介绍各种复合材料的特点、制备工艺及应用情况；（2）通过小组合作学习及文献查阅，使学生了解不同复合材料的研究现状及应用状况。4.学生学习预期成果完成本单元学习任务后，学生应掌握复合材料的定义、分类及基本特性，并能根据网络调研了解多种复合材料的使用情况及研究进展。5.支撑课程目标课程目标1.认识晶体发展对新能源工业与社会发展的重要意义，了解各类材料的发展历史，学习先辈们的科学与探索精神，增强学生的民族自豪感和责任感，激发学生爱国情怀，培养学生辩证唯物主义思想，使学生树立科学的世界观。课程目标2.通过课程教学，使学生了解晶体结构、晶体缺陷、成核理论、生长动力学、薄膜/单晶/复合材料制备方法等知识，掌握材料制备的基本方法。通过调研任务的完成，使学生学会正确使用网络，正确利用多种学习手段，提高学生调研、思考能力。课程目标3.通过课程教学，培养学生追求真理和献身科学的精神，提高学生分析问题和解决问题能力，培养学生的探索精神和创新意识、以及精益求精的工匠精神，努力实现学生知识、能力、素质协调发展。第七部分材料工程新技术（学时数：2学时）1.课程主要内容（1）零维、一维、二维材料；（2）纳米材料与制备技术；（3）金属有机物化学气相沉积、化学束外延和原子层外延、激光沉积与激光釉化、智能材料与结构。2.重点和难点重点：零维、一维、二维材料及纳米材料的定义，纳米材料常用制备方法。难点：新型材料制备方法的应用。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合的方式，介绍零维、一维、二维材料及纳米材料的定义，纳米材料常用制备方法与应用情况；（2）通过小组合作学习及文献查阅，使学生了解较新的材料制备方法。4.学生学习预期成果完成本单元学习任务后，学生应了解零维、一维、二维材料及纳米材料的定义，纳米材料常用制备方法与应用情况，并通过调研了解新型材料制备方法的最新研究情况。5.支撑课程目标课程目标1.认识晶体发展对新能源工业与社会发展的重要意义，了解各类材料的发展历史，学习先辈们的科学与探索精神，增强学生的民族自豪感和责任感，激发学生爱国情怀，培养学生辩证唯物主义思想，使学生树立科学的世界观。课程目标2.通过课程教学，使学生了解晶体结构、晶体缺陷、成核理论、生长动力学、薄膜/单晶/复合材料制备方法等知识，掌握材料制备的基本方法。通过调研任务的完成，使学生学会正确使用网络，正确利用多种学习手段，提高学生调研、思考能力。课程目标3.通过课程教学，培养学生追求真理和献身科学的精神，提高学生分析问题和解决问题能力，培养学生的探索精神和创新意识、以及精益求精的工匠精神，努力实现学生知识、能力、素质协调发展。（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部分晶体结构与缺陷讲授法课程目标1、281:1.5第二部分晶体生长过程讲授法、案例教学课程目标1、2、3141:1.5第三部分单晶材料的制备讲授法、案例教学课程目标1、2、341:1.5第四部分薄膜材料的制备讲授法、课堂讨论课程目标1、2、341:1.5第五部分陶瓷材料的制备讲授法、课堂讨论课程目标1、2、341:1.5第六部分复合材料的制备讲授法、课堂讨论课程目标1、2、341:1.5第七部分材料工程新技术讲授法、课堂讨论课程目标1、2、321:1.5合计40五、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本门课程四次作业，考核内容：晶体结构、晶体缺陷、成核理论、界面的平衡结构、晶体生长动力学、单晶材料/薄膜材料/陶瓷材料/复合材料的制备方法、低维材料等。目标分值=0.4*作业平均成绩测验（百分制）40考核内容：晶体结构、晶体缺陷、成核理论、界面的平衡结构、晶体生长动力学、单晶材料/薄膜材料/陶瓷材料/复合材料的制备方法、低维材料等。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：晶体结构、晶体缺陷、成核理论、界面的平衡结构、晶体生长动力学、单晶材料/薄膜材料/陶瓷材料/复合材料的制备方法、低维材料等。考试题型：名词解释、填空、判断、简答、分析等。评价细则：名词解释占10%（10分）、填空占30%（30分）、判断占15%（15分）、简单占30%（30分）、分析题占15%（15分）。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部分晶体结构与缺陷晶体学基础、空间点阵、布拉菲点阵、点缺陷、线缺陷、面缺陷作业，测验，期末考试课程目标1、2第二部分晶体生长过程相变驱动力、均匀成核、非均匀成核、晶体的平衡形状、生长界面结构的基本类型、柯塞尔模型、杰克逊模型、特姆金模型、邻位面的生长