材料科学基础专业实验-新能源 教学大纲.docx

材料科学基础专业实验课程教学大纲一、课程基本信息课程名称材料科学基础专业实验Fundamental Experiments of Materials Science课程代码2080410017课程性质必修开课院部应用物理与材料学院课程负责人课程团队授课学期5学分/学时1/16课内学时16理论 学时0实验 学时16实训0（含上机）u实习0其他0适用专业20级电子信息工程专业（新能源材料与器件模块）授课语言中文对先修的 要求需掌握基本的物理和化学知识，尤其是材料科学与基础的基本知识。先修的 主要课程包括：基础物理、物理化学、材料科学基础。对后续的 支撑为后续的材料力学、材料加工工艺等课程奠定了扎实的专业基础，同 时也为构建材料类专业“材料制备-材料力学性能-材料物理性能-材料微观组 织分析”的实验体系提供了强支撑。课程思政 设计本课程的思政设计分为四个递进的层级：第一层次：激发学生对专业的学习 热情与忠诚度；第二层次：培养学生树立正确的马克思主义世界观；第三层 次：向学生宣扬爱国主义情怀和大国工匠精神；第四层次：培养学生养成良 好的职业素养，且具有开拓性的创新精神。课程团队将课程思政建设有机融 入到课程目标设计、课程教学团队建设、教学模式和课程考核方式等教学过 程中。从学生所关注的时事热点、科技前沿成果、材料发展史和职业规划等 方面深入挖掘思政元素，与知识点有机融合，激发学生对专业的认同感与自 豪感，培养学生精益求精的工匠精神和勇攀高峰的科学探索精神，提升唯物 辩证法与辩证唯物主义的理论素养，增强四个意识，坚定四个自信，并培养 学生严谨的工作作风和科学素养。创新创业 教育设计围绕创新、创业教育主题，结合材料科学基础专业实验的特色，将课程项目 研究与创新创业活动相结合，建立起能激发学生学习兴趣、培养学生自主学 习能力、实践能力、探究精神、创新思维、创业能力的材料创新实验课程体 系，使学生在完成实验项目的同时体验学以致用的经历，加深专业知识与实 际应用之间的内在联系，获得将所学知识用于解决实际问题的能力，为今后 的选择深造、就业或自主创业提供依据。课程简介课程定位：本课程是材料类专业的一门重要的学科基础专业实验课，它是以 基础物理、物理化学和材料科学基础等课程为基础，与专业理 论课相衔接所构成的课程体系。课程内容重视材料的微观结构与性能之间的 联系，使学生掌握基本的材料科学实验技能，主要包括：掌握金相显微试样 的制取与组织观察，了解材料显微组织、掌握二元相图的建立和组织、相概 念之间的联系和区别，掌握材料热处理改性的方法和工艺，了解材料组织、 结构和材料性能之间的关系，了解材料的表面结构与其物理化学性能之间的 联系，建立系统全面的材料成分-结构-工艺-性能理论体系。.核心学习结果：通过本课程的学习，学生能掌握材料学科的基本概念和基本 原理，并能够建立材料的成分、组织结构、制备工艺和材料性能之间内在联 系。同时也有助于培养学生的动手能力和分析问题、解决问题的能力，基本 的专业技能和专业素养，以及认真严谨的科学态度和仔细踏实的学习风气， 为后续课程的学习打下坚实的基础。主要教学方法:本课程将采用探究式教学方法，重点关注学生自主学习过程, 通过探究、引导、激发学生积极主动地区探索问题，寻求问题的答案，最终 让学生在探究学习的过程中形成对知识的自主构建。二、课程目标及对毕业要求指标点的支撑序号课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求1目标L能够依据材料 工艺-结构-性能的理 论体系，针对材料与 器件具体使用或应用 目标完成相关的需求 分析，同时明确材料 与器件设计、加工和 优化过程中的约束条 件。指标点3.1：能完成对 新能源材料与器件的 结构和性能需求分析， 并明确材料与器件设 计、加工和优化过程中 的约束条件。毕业要求3：能够针对新能源材料 与器件行业中的复杂工程问题制 定解决方案,设计满足特定需求的 材料与器件,开发有效的加工工艺 流程,并能够在材料与器件设计环 节中体现创新意识，同时考虑社 会、健康、安全、法律、文化及环 境因素。2目标2：能够应用材料 科学基本原理和方 法，结合工程专业基 础知识，建立研究模 型，对材料成分-结构- 性能之间的关系进行 合理的分析和判断。指标点4.2：利用物理、 化学和材料学相关原 理对实验现象和实验 数据进行有效分析和 合理解释。毕业要求4：能够基于新能源材料 与器件专业相关的基本原理,采用 科学方法对新能源材料与器件的 设计、加工工艺和性能优化等复杂 工程问题进行研究,包括设计与实 验、数据处理与分析，通过信息综 合得到有效的结论,并撰写研究报 告。3目标3：能够使用数据 处理软件对获取的实 验数据进行处理和分 析，具有使用文档处 理软件撰写书面报告 的能力。指标点5.2：能熟练运 用文档处理软件和数 据处理软件，对材料结 构和性能测试等实验 数据进行处理。毕业要求5：为解决新能源材料与 器件的设计、加工工艺和性能优化 中的复杂工程问题，能恰当选择与 使用现代工程工具和信息技术工 具，进行文献检索、图文表达、预 测与模拟,并能够正确理解其局限 性。三、教学内容及进度安排序号教学内容学生学习 预期成果课内 学时教学方式支撑课程目标1一、绪论与实验安全1、本课程的目的和任务； 2、材料科学基础实验基本 知识、基本实验技术、实 验安全规范、测量误差和 数据处理基本知识；3、掌握实验报告的规范书 写；4、实验安全的管理制度。 教学重点和难点：实验报 告的规范书写。1、熟悉如何进行 独立实验、实验 基本知识、基本 是按技术和撰写 实验报告；2、能够应用作图 法进行实验数据 处理；3、熟知实验安全 规章制度与处理 方式。1讲授/案例 分析：通过 案例帮助 学生认知 到实验安 全的重要 性。目标1目标2 课程思政设 计：通过实验 安全事故案 例的分析，引 导学生去思， 形成自主管 理的意识。2二、金相显微镜的原理、 使用及显微组织观察1、金相显微镜的结构以及 使用方法；2、组成金相显微镜各部分 的作用以及相关参数的含 义；3、金相显微镜的维护要 求。4、常用合金钢、铸铁有色 金属的显微组织特征，二 元、三元合金体系组织的 形成过程及基本特征，组 织与成分之间的变化规 律；重点和难点：金相显微镜 的使用及金相显微组织的 分析。1、了解金相显微 镜的成像原理、 基本构造、各主 要部件及元件的 作用；2、学习和掌握金 相显微镜的使用 方法及金相显微 组织分析方法。； 3、结合相图了解 几种类型二元合 金，三元合金的 结晶过程及结晶 后的组织；4、通过实验加深 对课程中凝 固'相图'两 章的认识，了解 实际组织与组织 示意图的关系；3讲授/实验目标1 目标2 目标3 课程思政设 计：从物质微观 结构量变与 宏观性质质 变的关系角 度，揭示唯物 辩证法的量 变引起质变 规律，提升学 生对自然辩 证法的认识， 进一步巩固 学生对唯物 辩证法的理 解与应用，坚 定四个自信创新创业教 育设计：围绕微观组 织观察的主 题，探讨如何突破光学金 相显微镜的 极限，引导学 生从原理、方 法、设备等角度去思考其 他的可能途 径，以此来培 养学生的创 新思维和创新能力。3三、金相样品的制备及不 同类型铁碳合金显微组 织观察1、金相制样实验方法及技 术要点；2、典型铁碳合金（碳钢、 白口铸铁和灰口铸铁）的1、掌握金相试样 的制备原理；2、学习金相样品 的制备过程；3、识别铁碳合金 在平衡状态下的 显微组织特征，4讲授/实验目标1目标2目标3课程思政设 计：通过介绍我 国经历的“大平衡组织及形态特征；3、碳含量对铁素体、珠光 体。渗碳体的形貌和相对 量的影响；4、石墨形态和基体组织对 力学性能的影响；重点和难点：金相试样的 制备、铁碳合金中成分、 组织和性能之间的变化规 律并能绘出相应显 微组织小意图； 4、能够分析成分（碳含量）对铁 碳合金显微组织 的影响。炼钢”时代， 认清材料的 研发对国家 军事国防和 国计民生的 影响，树立投 身祖国高性 能材料的研 发与生产的 远大抱负和 理想，弘扬科 学家精神。创新创业教 育设计：在金相大赛 中，抛光是十分关键的一 步。通过引导 学生思考抛 光过程中是 划痕是如何 被消除的，如 何定量分析 抛光面的平 整度等开放 性问题，培养学生的竞赛 精神、探究精 神以及创新思维。4四、材料的硬度测试与分 析及热处理对材料硬度 的影响1、不同的显微硬度试验方 法，影响显微硬度测量的 因素；2、显微硬度值的比较标准 及显微硬度试验的优缺点 及应用；3、碳钢的基本热处理（退 火、正火、淬火及回火） 工艺方法，以及热处理工 艺对钢组织和性能的影1、了解材料显微 硬度测试的意义 与影响材料显微 硬度的因素；2、熟悉显微硬度 的测定方法和显 微硬度计的使用 方法。3、掌握碳钢的基 本热处理工艺及 碳钢几种典型热 处理组织的形态 及特征；4讲授/实验目标1 目标2 目标3 创新创业教 育设计：引导学生开 展头脑风暴 活动，如果要 测试硬度最 高的材料，我 们应该采取 什么方法去 完成该材料响；4、碳钢在不同热处理工艺 下的显微组织和形态特 征。重点和难点：不同显微硬 度的测量原理与测量方法 的区别，以及含碳量、加 热温度、冷却速度等因素 与碳钢热处理后性能的关 系4、了解淬火及回 火温度对钢性能 的影响；的硬度测试。 通过发散性 思维，进一步 激发学生的 创新兴趣和 动力。5五、材料拉伸与压缩实验 1、用于表征金属材料的物 理屈服性能指标：强度指 标和塑性性能指标；2、比较相同金属材料拉 伸、压缩状态下屈服性能 的差异，以及多次加载、 卸载对抗力、硬化的影响； 3、材料的应力-应变曲线。 重点和难点：强度指标与 塑性性能指标的区别1、掌握金属材料 拉伸、压缩屈服 性能的测定方法 和压力传感器的 标定；2、了解工作温度 对金属材料力学 性能的影响；3、学会绘制和分 析应力-应变曲 线。4讲授/实验目标1 目标2 目标3 创新创业教 育设计：以拉伸材料 的标准件为 主旨，延伸探 讨科技领域 制定标准的 重要性与话 语权争夺，进 一步激发学 生的激情、培 养学生的探 究精神和自 主学习、创新 能力。四、课程考核序号课程目标（支撑毕业 要求指标点）考核内容评价依据及成绩比例（%）成绩比 例闾预习报告实验过程实验报告1目标1 （支撑毕业要 求指标点3.1）各个实验的报告2000202目标2（支撑毕业要 求指标点4.2）各个实验的报告0400403目标3 （支撑毕业要 求指标点5.2）各个实验的报告004040合计204040100注：各类考核评价的具体评分标准见附录：各类考核评分标准表五、教材及参考资料参考资料：1 .材料科学与工程课程实验及探索研究性实验，向定汉，清华大学出版社，2013年，第 1 版，ISBN： 978-7-302-21337-32 .材料科学与工程专业实验教程，北京大学出版社，2011年，第1版，ISBN： 978-7-301-19437-93 .材料科学科学与工程基础实验指导书，刘芙，张升才，浙江大学出版社，2011年，第 1 版，ISBN： 978-7-308-08983-84 .金属学材料基础实验指导书,刘哲，陈学广，何斑，天津大学出版社，2015年，第1 版，ISBN： 978-7-5618-5300-9六' 教学条件硬件条件：实验场地：实验室面积不小于200 m2,配有电教设备，有供水，供电（供电须有短路 及漏电保护），实验室须配备灭火器；通用仪器及耗材：万能电子试验机，数码显微镜及控制系统，学生数码显微镜及控制终 端，镶嵌机，进行试样切割机，台虎钳，金相试样预磨机，精密金相研磨抛光机，数显布洛 维硬度计，超声波清洗机，箱式炉，真空感应熔炼炉、薄铝片，各类金属材料标样，瓷片, 圆钢，方钢，游标卡尺，米尺，钢丝，手工锯，锯条，砂纸等。软件条件：1、材料科学基础课程教学团队成员每人负责1-2个实验课。2、设置实验室助教岗位（参考暨南大学，广东工业大学等高校的做法，有在岗时间要 求，进行岗位考核，发放助教补贴），配备一定数量的研究生，协助指导教师承担本科生实 验指导工作和实验准备工作。3、补充相应的实验设备，实现实验设备1-2人一台套的教学条件。大纲执笔人：禹庭审核人（专业负责人/系主任）：制定时间：2022年8月25日附录：各类考核评分标准表评分总则：1、材料科学基础专业实验课程共四个实验，学生最后总成绩为所有实验内容的平均成绩; 2、实验报告要求使用现代化办公软件按照课程所提供的模板撰写，每晚交一周扣10分； 3、如有发现伪造实验数据，全部实验成绩直接记为零分。预习报告评分标准教学目标要求评分标准权重（%）90-10080-8960-790-59目标1（支撑毕业指 标点3.1）学生能够根 据实验需求， 初步设计出 合理的实验 方案。学生能够根 据实验需求， 初步设计出 比较合理的 实验方案。学生能够根 据实验需求， 初步设计出 实验方案，方 案中有一定 的错误。学生未设计 实验方案，或 方案中有大 量的错误。20实验过程评分标准教学目标要求评分标准权重（）90-10080-8960-790-59目标2（支撑毕业指 标点4.2）学生能够基 本独立的按 照要求与讲 解内容（或自 己的设计）搭 建实验系统， 进行测试,收 集数据。学生能够按 照要求与讲 解内容（或自 己的设计）搭 建实验系统， 进行测试,收 集数据，过程 中需要老师 和同学的少 量帮助。学生能够按 照要求与讲 解内容（或自 己的设计）搭 建实验系统， 进行测试，收 集数据，过程 中需要老师 和同学的较 多帮助。学生不能按 照要求与讲 解内容（或自 己的设计）搭 建实验系统， 进行测试，收 集数据。或者 在整个过程 中必须借助 大量来自于 老师、同学的 提示。40实验报告评分标准教学目标要求评分标准权重（）90-10080-8960-790-59学生能够按 照要求使用学生能够基 本按照要求学生能够基 本按照要求专业软件对使用专业软使用专业软数据进行整件对数据进件对数据进理分析，能够行整理分析，行整理分析,目标3(支撑毕业指使用现代化能够使用现软件的使用标点5.2)办公软件专代化办公软有一定错误,业实验报告。件专业实验 报告,但有少 量错误。能够使用现 代化办公软 件专业实验 报告,但有较 多错误。学生不能够 按照要求使 用专业软件 对数据进行 整理分析，不 能使用现代 化办公软件 专业实验报 告。