《材料专业基础实验》课程教学大纲.docx

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1、材料专业基础实验课程教学大纲一、课程基本信息英文名称Basic experiment of material specialty课程代码MSEN1016课程性质专业必修课程授课对象材料科学与工程专业学生（学术型）学分2学时72主讲教师张英、袁莉、苏艳丽、沈风雷修订日期2023.5指定教材无指定教材（可参考材料科学与工程基础实验指导书）二、课程目标（一）总体目标:本课程是材料科与工程专业的一门重要学位课，是材料科与工程专业学生必修的一门独 立的综合实验课程。通过实验课程训练，巩固并加深对材料表征与测试，材料科学与基础等 课程的理解，掌握材料相关的制备方法及工艺、结构与性能表征与测试技术、材料结构

2、与性 能的之间的关系。同时，培养学生的团队合作、动手能力、观察能力、思维创新能力、表达 能力和归纳处理、分析实验数据及撰写科学报告的能力。（-）课程目标：课程目标L基于材料科学与工程、材料现代测试方法、材料合成原理与技术、高分子 化学与物理、材料物理性能等课程知识，能将工程和专业知识用于材料成型过程的设计、控 制和改进；能对材料科学与工程的复杂工程问题进行识别与判断，并结合专业知识进行有效 分解；能够根据材料特性，设计满足特定需求的材料和使用相应的成型方法与设备。课程目标2：能够掌握材料的合成、加工的实验方法，熟悉材料的结构与性能的表征手 段；能熟练使用新型仪器、设备制备或表征材料性能，并理解

3、仪器或设备的使用局限性。课程目标3：能够基于工程相关背景知识，合理分析材料科学与工程实践和复杂工程问 题的解决方案进行。了解与材料科学与工程专业相关的职业和行业的生产、设计、研究和开 发、环境保护和可持续发展等方面的方针、政策和法律、法规。课程目标4：能够在材料工程实践中理解和遵守材料科学与工程职业道德和规范，履行 责任。能够理解团队合作的意义，能与团队成员有效沟通，用人单位和社会评价好。能够通球体最紧密堆积原理。3 .教学内容（1）球体最紧密堆积原理；（2）掌握面心立方、体心立方和密排六方晶体结构中最密排面的原子堆垛方式、并进 一步确定四面体空隙和八面体空隙的位置及分布；（3）求解面心立方、

4、体心立方和密排六方晶体结构的空间利用率。4 .教学方法老师演示、学生现场操作。5 .教学评价课堂提问、实验报告。实验项目16： AX型无机化合物晶体结构解析（课程目标L4）6 .教学目标（1）通过观察模型，要求熟练掌握并分析典型AX型无机化合物的晶体结构；（2）掌握鲍林规则。7 .教学重难点球体最紧密堆积原理的应用及鲍林规则。8 .教学内容（1）通过观察模型，解释结构基元、空间点阵、晶体结构、晶胞及配位多面体之间的 关系：（2）分析NaCl、CsCl和金刚石的晶体结构特点。9 .教学方法老师演示、学生现场操作。10 .教学评价课堂提问、实验报告。实验项目17： AX2型无机化合物晶体结构解析（

5、课程目标L4）1.教学目标（1）通过观察模型，要求熟练掌握并分析典型AX2型无机化合物的晶体结构;（2）深入理解和应用最紧密堆积原理和鲍林规则。2 .教学重难点球体最紧密堆积原理的应用及鲍林规则。3 .教学内容（1） CaF2型晶体结构解析;（2） TiCh型晶体结构解析。4 .教学方法老师演示、学生现场操作。5 .教学评价课堂提问、实验报告。U!具体实施时间为1-17周，小组成员先学习实验指导书、提交预习报告，然后按小组分 工共同完成加工实验、提交实验报告。表2：设计课程具体内容和学时分配表序号教学基本内容周时1XRD实验4学时2SEM实验4学时3AFM实验4学时4超景深显微镜实验4学时5D

6、SC实验4学时6TG实验4学时7DMA实验4学时8TMA实验4学时9液体黏度的测定4学时10雷诺实验4学时11稳态平板法测定绝缘材料导热系数4学时12煤的工业分析4学时13晶体定向及晶面符号4学时14典型金属晶体结构的球体堆垛模型分析4学时15AX型无机化合物晶体结构解析4学时16ax2型无机化合物晶体结构解析4学时17期末考核4学时五、教学进度表3：教学进度表周次内容提要授课时 数作业及要求备注1-16循环XRD4学时预习报告、实验报告小组成员分工SEM4学时预习报告、实验报告小组成员分工AFM4学时预习报告、实验报告小组成员分工超景深显微镜4学时预习报告、实验报告小组成员分工DSC实验4学

7、时预习报告、实验报告小组成员分工TG实验4学时预习报告、实验报告小组成员分工DMA实验4学时预习报告、实验报告小组成员分工TMA实验4学时预习报告、实验报告小组成员分工液体黏度的测定4学时预习报告、实验报告小组成员分工雷诺实验4学时预习报告、实验报告小组成员分工稳态平板法测定绝缘材料 导热系数4学时预习报告、实验报告小组成员分工煤的工业分析4学时预习报告、实验报告小组成员分工晶体定向及晶面符号4学时预习报告、实验报告小组成员分工典型金属晶体结构的球体 堆垛模型分析4学时预习报告、实验报告小组成员分工AX型无机化合物晶体结 构解析4学时预习报告、实验报告小组成员分工AX2型无机化合物晶体结 构解

8、析4学时预习报告、实验报告小组成员分工17期末考核4学时卷面考核全部六、教材及参考书目1 .李维娟主编，材料科学与工程实验指导书，上海：冶金工业出版社,2016年2 .刘芙、张升才 主编，材料科学与工程实验指导书,浙江：浙江大学出版社，2011七、教学方法1 .主讲教师课堂讲解、师生讨论；2 .学生分组实验。八、考核方式及评定方法（-）课程考核与课程目标的对应关系表4：课程考核与课程目标的对应关系表课程目标考核要点考核方式课程目标1实验操作平时成绩课程目标2原始数据、数据处理实验报告课程目标3实验原理和实验步骤、数据处理、结果讨论等平时成绩、实验报告课程目标4安全与团队合作平时成绩（-）评定方

9、法1 .评定方法课程成绩评定：平时成绩（占50%）和实验报告成绩（占50%）。评定内容对应课程目标平时成绩（占 50%）预习（含实验设计）（20%） A课程目标1-4实验操作（20%） B课程目标1-4安全与团队合作（10%） C课程目标1-4实验报告（占 50%）实验原理和实验步骤（10%） D课程目标1-4原始数据及数据处理（20%） E课程目标1-4结果分析与讨论（20%） F课程目标1-42 .课程目标的考核占比与达成度分析表5：课程目标的考核占比与达成度分析表占比 课程目标平时成绩实验报告总评达成度课程目标10.2 (B)0课程目标1达成度=02*平 时成绩B目标1成绩/目标 1总分

10、。课程目标200.2 (E) +0.2 (D)+0.2 (F)课程目标2达成度=0.2*实 验报告E目标2成绩+0.2* 实验报告D目标1成绩+0.2* 实验报告F目标1成绩/目 标6总分。课程目标30.1 (A)0课程目标3达成度=0.1*平 时成绩A目标3成绩/目标 1总分。课程目标40.1 (C)0课程目标4达成度=0.1*平 时成绩C目标4成绩/目标 1总分。（三）评分标准（小四号黑体）课程目标评分标准90-10080-8970-7960-6960优良中合格不合格ABCDF课程目标1掌握材料性能 测试方法，能 规范完成实验 操作。理解材料性能 测试方法，能 规范完成实验 操作。理解材料

11、性能 测试方法，基 本规范完成实 验操作。理解材料性能 测试方法，能 规范完成部分 实验操作。不能掌握材料 性能测试方 法，或不能规 范完成实验操 作。课程目标2熟练处理实验 数据；规范完 成实验报告。比较熟练处理 实验数据；规 范完成实验报 告。能够处理实验 数据；规范完 成实验报告。不能正确处理 实验数据；规 范完成实验报 告。不能处理实验 数据；或不能 规范完成实验 报告。课程目标3能够选用合适 的方法来分析 实验结果、得 出有效结论。能够选用比较 合适的方法来 分析实验结 果、得出有效 结论。能够选用比较 合适的方法来 分析实验结 果、得出比较 有效结论。能够选用某些 方法来分析实 验

12、结果、得出 部分有效结 论。不能选用合适 的方法来分析 实验结果、不 能得出有效结 论。课程目标4具有团队合作 精神，能够主 动承担试验任 务、积极配合 解决实验过程 中出现的情 况，顺利完成 实验。参与团队合 作，能够承担 试验任务、积 极配合解决实 验过程中出现 的情况，顺利 完成实验。能够承担试验 任务、配合解 决实验过程中 出现的情况， 顺利完成实 验。能够承担试验 任务、配合解 决实验过程中 出现的情况， 基本完成实 验。不具备团队合 作精神，不愿 承担试验任务 或配合解决实 验过程中出现 的情况，实验 进展不顺利。过口头或书面方式表达自己的想法，就材料科学与工程专业的复杂工程问题与

13、业界同行及社 会公众进行有效沟通和交流。能够采取适合的方式通过学习发展自身能力，并表现出自我学 习和探索的成效。理解材料科学与工程专业的工程活动中涉及的重要工程管理原理和经济决 策方法。（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系表1:课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表课程目标对应课程内容对应毕业要求1全部实验操作1.4、2.1、3.32全部实验操作4.1、5.43全部实验操作6.1、7.14全部教学内容8.2、9.1、lO.k U.K 12.2三、教学内容材料专业基础实验注重将课堂理论教学与实验研究相结合。实验前通过教师阐述实验目 的、原理、操作流程、安全注意事项等。以学生实际操作为主

14、，教师讲授为辅培养学生的实 验动手能力，使学生掌握材料结构表征、性能测试的基本操作和过程，加深学生对基础知识 的理解，提高动手能力。要求全面提高工程应用能力并提升解决工程问题能力。实验项目1：绪论、学生实验安全要求和风险责任和团队合作教育（课程目标4）1 .教学目标（1）培养学生遵守验室规则，培养学生具备安全责任意识。（2）掌握各实验目的、基本原理、实验内容和安全要求。（3）发挥课程思政作用，培养学生的团队合作意识与专业认同感。2 .教学重难点培养学生具备安全责任意识。3 .教学内容实验安全要求和风险责任和团队合作教育。课堂授课5 .教学评价课堂提问、预习报告。实验项目2: XRD衍射实验(课

15、程目标1-4)6 .教学目标(1)了解X射线衍射仪的基本结构；(2)获悉XRD分析物相的基本原理；(3)掌握物相分析的定性及定量方法；(4)布拉格方程的应用；(5)试样的制备及实验影响因素。7 .教学重难点定性及定量分析方法应用。8 .教学内容通过XRD仪器设备操作、实验样品制备、谱图处理与数据分析，提高学生发现、 提出、分析和解决复杂工程问题的能力，支撑学生达成相关毕业要求，为后续的真实训 练打下基础；通过拓展项目和背景资料学习，培养学生终身学习能力。9 .教学方法课堂授课、上机操作。10 .教学评价课堂提问、实验报告。实验项目3： SEM实验(课程目标1-4)1 .教学目标(1) 了解扫描

16、电镜结构、原理及性能；(2)扫描电镜在材料研究中的应用；(3)材料的断口形貌与性能及工艺的关系；(4) SEM的制样及实验注意事项2 .教学重难点学生对SEM设备参数的设定及上机操作的熟练度。3 .教学内容本实验以聚合物、无机粉末为主要样品，通过样品制备、上级操作或演示、形貌分 析等内容提高学生动手、发现、提出、分析和解决复杂工程问题的能力，支撑学生达成 相关毕业要求，为后续的真实训练打下基础；通过拓展项目和背景资料学习，培养学生 终身学习能力。4 .教学方法老师演示、学生现场操作5 .教学评价课堂提问、实验报告。实验项目4： AFM实验(课程目标1-4)1 .教学目标(1) 了解AFM的结构

17、与工作原理。(2) AFM在材料研究中的应用。2 .教学重难点学生对AFM上机操作的熟练度。3 .教学内容本实验以聚合物、无机粉末为主要样品，通过样品制备、上级操作或演示、形貌分 析等内容提高学生动手、发现、提出、分析和解决复杂工程问题的能力，支撑学生达成 相关毕业要求，为后续的真实训练打下基础；通过拓展项目和背景资料学习，培养学生 终身学习能力。4 .教学方法老师演示、学生现场操作5 .教学评价课堂提问、实验报告。实验项目5：超景深显微镜实验(课程目标1-4)1 .教学目标(1) 了解仪器的结构与工作原理。学生上机操作的熟练度及对样品形貌分析。3 .教学内容本实验以含聚合物、无机粉末为主要样

18、品，通过样品制备、上级操作或演示、形貌 分析等内容提高学生动手、发现、提出、分析和解决复杂工程问题的能力，支撑学生达 成相关毕业要求，为后续的真实训练打下基础；通过拓展项目和背景资料学习，培养学 生终身学习能力。4 .教学方法老师演示、学生现场操作5 .教学评价课堂提问、实验报告。实验项目6： DSC实验(课程目标1-4)1 .教学目标(1)实验室安全教育，培养学生具备防止触电、压伤、烫伤等危险的意识。(2) 了解DSC设备的结构与工作原理，掌握DSC设备的基本操作。(3)掌握仪器在材料研究中的应用。2 .教学重难点DSC的工作原理及与材料结构间的关系。3 .教学内容不同聚合物的DSC表征。4

19、 .教学方法老师演示、学生现场操作5 .教学评价课堂提问、实验报告。实验项目7： TG实验(课程目标1-4)1 .教学目标(1)了解TG设备的结构与工作原理，掌握TG设备的基本操作。2 .教学重难点TG的工作原理及与材料结构间的关系。3 .教学内容不同聚合物的TG表征。4 .教学方法老师演示、学生现场操作5 .教学评价课堂提问、实验报告。实验项目8： DMA实验(课程目标1-4)1 .教学目标(1) 了解DMA设备的结构与工作原理，掌握DMA设备的基本操作。(2)掌握仪器在材料研究中的应用。2 .教学重难点DMA的工作原理及与材料结构间的关系。3 .教学内容聚合物及复合材料的DMA表征。4 .

20、教学方法老师演示、学生现场操作5 .教学评价课堂提问、实验报告。实验项目9： TMA实验(课程目标1-4)L教学目标(1) 了解TMA设备的结构与工作原理，掌握TMA设备的基本操作。(2)掌握仪器在材料研究中的应用。2 .教学重难点TMA的工作原理及与材料结构间的关系。材料的TMA表征。4 .教学方法老师演示、学生现场操作5 .教学评价课堂提问、实验报告。实验项目10：液体黏度的测定（课程目标1-4）L教学目标（1）掌握旋转法测定液体黏度的影响因素；（2） 了解影响牛顿型流体和非牛顿型流体黏度的因素。2 .教学重难点黏度的概念以及黏度随物质浓度、温度等变化规律。3 .教学内容掌握旋转法测定液体

21、黏度的方法。4 .教学方法老师演示、学生现场操作5 .教学评价课堂提问、实验报告。实验项目11:雷诺实验（课程目标14）6 .教学目标（1）观察实验中流体流动的现象。（2）掌握体积法测流量的方法。（3）观察层流、临界流、紊流的现象。（4）掌握临界雷诺数测量的方法。7 .教学重难点雷诺数的物理意义、上临界雷诺数和下临界雷诺数的准确判定。通过层流、过度流和紊流的实验现象，利用雷诺试验仪计算出上临界雷诺数和下临 界雷诺数。8 .教学方法老师演示、学生现场操作9 .教学评价课堂提问、实验报告。实验项目12：稳态平板法测定绝缘材料导热系数(课程目标14)1 .教学目标(1)巩固和深化稳定导热过程的基本理

22、论，学习用平板法测定绝热材料导热系数的实 验方法和技能。(2)测定试验材料的导热系数。(3)确定试验材料导热系数与温度的关系。2 .教学重难点导热系数的物理意义、材料导热系数与温度的关系。3 .教学内容利用稳态平板法测量绝缘材料的导热系数，并确定材料导热系数与温度的变化关系。4 .教学方法老师演示、学生现场操作5 .教学评价课堂提问、实验报告。实验项目13:煤的工业分析(课程目标1-4)1 .教学目标(1) 了解煤的工业分析的方法及其重要性；(2)掌握煤的水分、灰分、挥发分的测定方法和固定碳的计算方法；(3)判断分析煤样的种类。2 .教学重难点煤的工业分析中水分、灰分和挥发份的测定方法。3 .

23、教学内容将煤样在不同条件下进行热处理，计算出水分、灰分、挥发份和固定碳的含量。4 .教学方法老师演示、学生现场操作5 .教学评价课堂提问、实验报告。实验项目14：晶体定向及晶面符号(课程目标1-4)1 .教学目标(1)熟悉面心立方和密排立方晶体结构中常用的晶面及晶向的几何位置；(2)进一步加深理解和掌握晶面指数和晶向指数的确定方法。2 .教学重难点晶体学符号的意义及其标注方法。3 .教学内容(1)构建面心立方、体心立方和密排六方三种晶体结构；(2)在已堆积出的上述晶胞中，画出(100)、(110)和(111)晶面；(3)在已堆积出的上述晶胞中，画出13、111和112晶向。4 .教学方法老师演示、学生现场操作。5 .教学评价课堂提问、实验报告。实验项目15：典型金属晶体结构的球体堆垛模型分析(课程目标1-4)L教学目标(1) 了解简单立方、面心立方、体心立方和密排六方晶胞结构中原子的排列及数目；(2)通过模型观察掌握球体最紧密堆积原理，掌握面心立方和密排六方晶体结构中最 密排面的原子堆垛方式、并进一步确定四面体空隙和八面体空隙的位置及分布；(3)求解空间利用率。