《無機(jī)材料測試技術(shù) (1)》課程教學(xué)大綱

《無機(jī)材料測試技術(shù)》課程教學(xué)大綱課程代碼：ABCL0204課程中文名稱:無機(jī)材料測試技術(shù)課程英文名稱：TestingTechnologyforInorganicMaterials課程性質(zhì)：必修課程學(xué)分?jǐn)?shù)：2.5課程學(xué)時數(shù)：40學(xué)時，其中實(shí)驗學(xué)時16授課對象：無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)本課程的前導(dǎo)課程：硅酸鹽巖相學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)等一、課程簡介本課程是無機(jī)非金屬材料專業(yè)核心專業(yè)基礎(chǔ)課，它將研究材料組成與性能之間關(guān)系的材料學(xué)與研究工藝過程中理論問題及其對材料性能影響規(guī)律的工藝學(xué)緊密聯(lián)系在一起，是解決本專業(yè)核心問題（組成——結(jié)構(gòu)——性能）的關(guān)鍵所在。二、教學(xué)基本內(nèi)容和要求2.1教學(xué)要求（一）知識目標(biāo)無機(jī)材料測試技術(shù)是為材料專業(yè)學(xué)生提供的材料表征知識、能力與素質(zhì)方面的教育，旨在使學(xué)生掌握無機(jī)材料測試儀器設(shè)備和分析方法的基礎(chǔ)知識，具備選擇合理的測試方法表征材料、分析材料組成、結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的能力；了解無機(jī)材料測試儀器設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)與工作原理；掌握并能熟練應(yīng)用各種測試方法分析、表征材料的組成與結(jié)構(gòu)。教學(xué)內(nèi)容的基本要求分為掌握、理解、了解三個等級，這三類的要求分別是：（1）掌握：要求學(xué)生對這些內(nèi)容透徹理解、牢固掌握并能熟練應(yīng)用。（2）理解：要求學(xué)生對這些內(nèi)容理解并能應(yīng)用，要求會用它們分析和解決有關(guān)問題。（3）了解：只要求對這些內(nèi)容有所了解，一般不要求應(yīng)用。（二）能力目標(biāo)無機(jī)材料測試技術(shù)的教學(xué)，應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生以下能力：（1）獨(dú)立獲取知識的能力——通過無機(jī)材料測試技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生具備寬厚的基礎(chǔ)知識，逐步掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，養(yǎng)成獨(dú)立自學(xué)獲得更深層次的測試方法與技術(shù)的能力，即能夠正確選擇測試方法來解決本專業(yè)領(lǐng)域中問題的能力；同時不斷地擴(kuò)展知識面，更新知識結(jié)構(gòu)。（2）分析問題和解決問題的能力——熟悉各種測試儀器的結(jié)構(gòu)和測試方法的原理，掌握正確選擇測試技術(shù)的方法和技能，根據(jù)問題的特征、性質(zhì)以及實(shí)際情況，運(yùn)用所學(xué)測試技術(shù)的基本原理對結(jié)果進(jìn)行分析、研究，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生在本專業(yè)與相關(guān)領(lǐng)域中的測試技術(shù)應(yīng)用能力，了解材料組成-結(jié)構(gòu)-性能之間的關(guān)系。（3）創(chuàng)新意識和能力——通過學(xué)習(xí)，學(xué)生具備深層次發(fā)展的初步基礎(chǔ)和通過繼續(xù)學(xué)習(xí)掌握材料測試分析新方法、新技術(shù)的自學(xué)能力。利用所掌握的最新的測試儀器、技術(shù)和方法進(jìn)行分析比較，不斷思考問題、發(fā)現(xiàn)問題，在不同專業(yè)領(lǐng)域、不同學(xué)科上有所創(chuàng)新和發(fā)展。（三）素質(zhì)目標(biāo)無機(jī)材料測試技術(shù)課程教學(xué)，應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生一下素質(zhì)：（1）通過課程教學(xué)，為無機(jī)非金屬材料專業(yè)的人才培養(yǎng)打下扎實(shí)的材料研究方法基礎(chǔ)理論知識，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和刻苦鉆研的精神，具有良好的社會責(zé)任感和職業(yè)道德。（2）通過學(xué)習(xí)材料結(jié)構(gòu)與性能表征方法的基本原理和有關(guān)測試儀器的結(jié)構(gòu)原理及其應(yīng)用等，引導(dǎo)學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀，激發(fā)學(xué)生的求知熱情、探索精神。（3）面向應(yīng)用，重視實(shí)踐，通過測試技術(shù)實(shí)驗、綜合設(shè)計性實(shí)驗環(huán)節(jié)，啟發(fā)自主式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立完成項目的能力，樹立團(tuán)隊合作精神。（3）面向應(yīng)用，重視實(shí)踐：通過計算機(jī)實(shí)驗、實(shí)踐環(huán)節(jié)（課程），啟發(fā)自主式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立完成項目的能力，樹立團(tuán)隊合作精神。2.2教學(xué)內(nèi)容（一）課程提綱1.X射線衍射分析：基本概念（X射線的產(chǎn)生；X射線譜；X射線衍射；產(chǎn)生衍射的幾何條件）；X射線分析的主要儀器與設(shè)備（德拜照相法；X射線衍射儀法）；X射線衍射線的指標(biāo)化；X射線衍射物相分析及其在無機(jī)材料中的應(yīng)用：定性分析；定量分析2.電子顯微鏡：電子光學(xué)基礎(chǔ)知識；透射電鏡基礎(chǔ)知識：相關(guān)的基本概念，透射電鏡的基本結(jié)構(gòu)、樣品制備方法與要求、工作原理和應(yīng)用；掃描電子顯微鏡基礎(chǔ)知識：相關(guān)基本概念，掃描電鏡的基本結(jié)構(gòu)、樣品制備方法與要求、工作原理和應(yīng)用以及電子探針顯微分析基礎(chǔ)知識：相關(guān)基本概念，電子探針的基本結(jié)構(gòu)、樣品制備方法與要求、工作原理和應(yīng)用。3.熱分析：相關(guān)基本概念以及四大熱分析方法：差熱分析、熱重分析、熱膨脹分析、差示掃描量熱法。4.其它分析方法：振動光譜（紅外光譜、紫外-可見光譜）；X射線熒光光譜（二）課程的知識體系知識領(lǐng)域1：X射線衍射分析（共18學(xué)時，其中理論授課12學(xué)時，實(shí)驗6學(xué)時）知識單元1.1：X射線物理學(xué)基礎(chǔ)（2學(xué)時）知識單元1.2：X射線衍射的幾何條件（2學(xué)時）知識單元1.3：X射線衍射線束的強(qiáng)度（2學(xué)時）知識單元1.4：主要儀器和方法（6學(xué)時，其中實(shí)驗4學(xué)時）知識單元1.5：X射線衍射線的指標(biāo)化及晶胞參數(shù)的精確測定（1學(xué)時）知識單元1.6：X射線衍射物相分析（4學(xué)時，其中實(shí)驗2學(xué)時）知識單元1.7：X射線衍射分析在無機(jī)材料中的應(yīng)用（1學(xué)時）知識領(lǐng)域2：電子顯微鏡分析（共14學(xué)時，其中理論授課8學(xué)時，實(shí)驗6學(xué)時）知識單元2.1：電子光學(xué)基礎(chǔ)（1學(xué)時）知識單元2.2：透射電子顯微鏡（2學(xué)時）知識單元2.3：掃描電子顯微鏡（2學(xué)時）知識單元2.4：電子探針顯微分析（2學(xué)時）知識單元2.5：電子顯微分析在無機(jī)材料中的應(yīng)用（1學(xué)時）知識領(lǐng)域3：熱分析（共8學(xué)時，其中理論授課4學(xué)時，實(shí)驗4學(xué)時）知識單元3.1：緒論（1/2學(xué)時）知識單元3.2：差熱分析（1學(xué)時）知識單元3.3：熱重分析（3學(xué)時，其中實(shí)驗2學(xué)時）知識單元3.4：熱膨脹分析（1/2學(xué)時）知識單元3.5：其他熱分析方法（5/2學(xué)時，其中實(shí)驗2學(xué)時）知識單元3.6：熱分析在無機(jī)材料中的應(yīng)用（1/2學(xué)時）知識領(lǐng)域4：其它分析方法（2學(xué)時）（三）課程涵蓋的知識單元序號知識領(lǐng)域核心知識單元（參考學(xué)時）選修知識單元（參考學(xué)時）1X射線衍射分析1.1（1）、1.2（2）、1.3（2）、1.4（2）、1.5（1）、1.6（2）、1.7（1），另實(shí)驗6學(xué)時2電子顯微分析2.1（1）、2.2（2）、2.3（2）、2.4（2）、2.5（1），另實(shí)驗6學(xué)時3熱分析3.1（1/2）、3.2（1）、3.3（1）、3.4（1/2）、3.5（1/2）、3.6（1/2），另實(shí)驗4學(xué)時4其他分析方法4（2）（四）知識單元的描述知識領(lǐng)域1：X射線衍射分析（共18學(xué)時，其中理論授課12學(xué)時，實(shí)驗6學(xué)時）知識單元1.1、X射線物理學(xué)基礎(chǔ)參考學(xué)時：1學(xué)時知識點(diǎn)：X射線的發(fā)生及其性質(zhì)：X射線產(chǎn)生的條件，X射線的性質(zhì)、特點(diǎn)；X射線譜：連續(xù)X射線譜與特征X射線譜的定義、產(chǎn)生的機(jī)理；短波極限；莫塞萊定律X射線與物質(zhì)的相互作用：散射（相干散射與非相干散射）、吸收（光電效應(yīng)與俄歇效應(yīng)）、透過；吸收限；學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過對X射線物理學(xué)基礎(chǔ)知識單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠達(dá)到以下目標(biāo)：1．了解X射線的產(chǎn)生原因及其性質(zhì)特點(diǎn)；2．理解X射線譜的組成：連續(xù)X射線譜與特征X射線譜的概念、特點(diǎn)和產(chǎn)生的機(jī)理；3．掌握X射線與物質(zhì)的三種相互作用，理解相干散射是X射線衍射分析的基礎(chǔ)。知識單元1.2：X射線衍射的幾何條件參考學(xué)時：2學(xué)時知識點(diǎn)：倒易點(diǎn)陣：倒易點(diǎn)陣的定義和特點(diǎn)；勞埃方程；布拉格方程學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過對X射線衍射幾何知識單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠達(dá)到以下目標(biāo)：1.了解倒易點(diǎn)陣的定義與特點(diǎn)；2．理解勞埃方程；3．掌握布拉格方程及其物理意義和應(yīng)用。知識單元1.3：X射線衍射線束的強(qiáng)度（2學(xué)時）參考學(xué)時：2學(xué)時知識點(diǎn)：衍射線的絕對強(qiáng)度和相對強(qiáng)度；粉末多晶的衍射強(qiáng)度；影響衍射強(qiáng)度的因素：多重性因子；結(jié)構(gòu)因子F；角因子；溫度因子；吸收因子學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過對X射線衍射線束的強(qiáng)度知識單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠達(dá)到以下目標(biāo)：1.了解粉末多晶衍射強(qiáng)度的表達(dá)式；2.理解絕對強(qiáng)度和相對強(qiáng)度的基本概念和區(qū)別；3.掌握影響衍射強(qiáng)度的因素，尤其是通過結(jié)構(gòu)因子計算不同布拉維格子的消光規(guī)律。知識單元1.4：主要儀器和方法參考學(xué)時：2學(xué)時知識點(diǎn)：粉晶德拜照相法；粉晶衍射儀法：衍射儀的構(gòu)造及工作原理；樣品制備；掃描方式及其衍射強(qiáng)度曲線；實(shí)驗參數(shù)的選擇；衍射曲線上數(shù)據(jù)的測量；衍射線的強(qiáng)度；衍射儀法與照相法的比較學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過對X射線衍射主要儀器和方法知識單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠達(dá)到以下目標(biāo)：1.了解德拜照相法的基本原理，相機(jī)的結(jié)構(gòu)以及底片的安裝方式；2.理解德拜照相法中Kα與Kβ線及Kα1與Kα2的鑒別方法；3.掌握衍射儀的基本構(gòu)造與工作原理，掌握衍射儀樣品制備的要求，衍射曲線上數(shù)據(jù)的測量方法和衍射線強(qiáng)度的意義。知識單元1.5：X射線衍射線的指標(biāo)化及晶胞參數(shù)的精確測定（1學(xué)時）參考學(xué)時：1學(xué)時知識點(diǎn)：衍射線的指標(biāo)化：解析法、圖解法、倒易點(diǎn)陣法；晶胞參數(shù)的精確測定學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過對X射線衍射線的指標(biāo)化及晶胞參數(shù)的精確測定知識單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠達(dá)到以下目標(biāo)：了解衍射線指標(biāo)化的意義以及指標(biāo)化方法。知識單元1.6：X射線衍射物相分析（2學(xué)時）參考學(xué)時：2學(xué)時知識點(diǎn)：物相定性分析：JCPDS卡片、粉末衍射卡片集索引、定性相鑒定、鑒定過程中應(yīng)注意的問題；物相定量分析：定量分析基本公式、直接對比法、內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)法、基體清洗法、任意內(nèi)標(biāo)法、絕熱法學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過對X射線衍射物相分析知識單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠達(dá)到以下目標(biāo)：1.了解X射線物相分析的定義，了解物相定性分析索引的種類；2.理解定性、定量分析的依據(jù)；3.掌握定性分析過程的一般步驟，定性分析應(yīng)注意的問題以及基體清洗法和絕熱法兩種定量分析的計算和應(yīng)用。知識單元1.7：X射線衍射分析在無機(jī)材料中的應(yīng)用（1學(xué)時）參考學(xué)時：1學(xué)時知識點(diǎn)：X射線衍射分析對晶相組成的鑒定；X射線衍射分析與相圖的相互結(jié)合學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過對X射線衍射分析在無機(jī)材料中的應(yīng)用知識單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能達(dá)到以下目標(biāo)：掌握XRD分析在無機(jī)材料中的應(yīng)用以及對XRD測試結(jié)果的分析方法知識領(lǐng)域2：電子顯微鏡分析（共14學(xué)時，其中理論授課8學(xué)時，實(shí)驗6學(xué)時）知識單元2.1：電子光學(xué)基礎(chǔ)（1學(xué)時）參考學(xué)時：1學(xué)時知識點(diǎn)：電子的波性及波長；靜電透鏡；磁透鏡；電磁透鏡的像差；電磁透鏡分辨率；電磁透鏡的景深和焦深學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過對電子光學(xué)基礎(chǔ)知識單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠達(dá)到以下目標(biāo)：1.了解電子波的特點(diǎn)；2.理解靜電透鏡與磁透鏡的工作原理，以及電磁透鏡各種像缺陷的產(chǎn)生及解決辦法；3.掌握景深和焦深兩個基本概念。知識單元2.2：透射電子顯微鏡（2學(xué)時）參考學(xué)時：2學(xué)時知識點(diǎn)：儀器結(jié)構(gòu)；電子圖像形成原理；透射電鏡樣品的制備；電子衍射及結(jié)構(gòu)分析學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過對透射電子顯微鏡知識單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠達(dá)到以下目標(biāo)：1.了解透射電鏡的基本結(jié)構(gòu)與透射電鏡樣品的制備方法；2.理解電子衍射的形成及與結(jié)構(gòu)分析的關(guān)系；3.掌握透射電鏡電子圖像的種類及其形成的原理。知識單元2.3：掃描電子顯微鏡（2學(xué)時）參考學(xué)時：2學(xué)時知識點(diǎn)：電子與固體樣品相互作用；工作原理、構(gòu)造和性能；樣品制備；掃描像襯度學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過對掃描電子顯微鏡知識單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠達(dá)到以下目標(biāo)：1.了解掃描電鏡的基本結(jié)構(gòu)與工作原理、及樣品的制備方法及要求；2.理解掃描電鏡成像的基本原理：二次電子像（形貌襯度像）、背散射電子像（原子序數(shù)襯度像）；3.掌握對掃描電鏡測試結(jié)果的分析方法。知識單元2.4：電子探針顯微分析（2學(xué)時）參考學(xué)時：2學(xué)時知識點(diǎn)：儀器基本結(jié)構(gòu)與工作原理、特點(diǎn)；波譜儀與能譜儀；樣品制備要求；工作方式學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過對電子探針顯微分析知識單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠達(dá)到以下目標(biāo)：1.了解EPMA儀器的結(jié)構(gòu)與工作原理；2.理解波譜儀與能譜儀的工作原理；3.掌握EPMA樣品制備的要求，以及與SEM相比兩者的異同。知識單元2.5：電子顯微分析在無機(jī)材料中的應(yīng)用（1學(xué)時）參考學(xué)時：1學(xué)時知識點(diǎn)：形貌觀察與顆粒分析；表面及斷面分析；晶界及相界分析及在其他方面的分析應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過對電子顯微分析在無機(jī)材料中的應(yīng)用知識單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠達(dá)到以下目標(biāo)：掌握各種電子顯微分析方法的具體應(yīng)用和對結(jié)果的分析過程。知識領(lǐng)域3：熱分析（共8學(xué)時，其中理論授課4學(xué)時，實(shí)驗4學(xué)時）知識單元3.1：緒論（1/2學(xué)時）參考學(xué)時：1/2學(xué)時知識點(diǎn)：熱分析簡史；熱分析定義；熱分析應(yīng)用范圍及特點(diǎn)。學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過對熱分析緒論知識單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠達(dá)到以下目標(biāo)：1.了解熱分析的發(fā)展過程；2.理解熱分析的定義；3.掌握四種常用熱分析方法。知識單元3.2：差熱分析（1學(xué)時）參考學(xué)時：1學(xué)時知識點(diǎn)：差熱分析基本原理及DTA儀結(jié)構(gòu)；DTA曲線與理論分析；差熱分析的定性和定量鑒定：定性分析、定量鑒定學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過對差熱分析知識單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠達(dá)到以下目標(biāo)：1.了解DTA儀器的基本結(jié)構(gòu)，了解DTA定量分析的方法；2.理解DTA的基本原理以及DTA曲線的基本組成；3.掌握DTA定性分析的方法以及幾種典型礦物的DTA曲線。知識單元3.3：熱重分析（1學(xué)時）參考學(xué)時：1學(xué)時知識點(diǎn)：TG儀結(jié)構(gòu)原理和TG曲線；影響TG曲線的主要因素；TG的應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過對熱重分析知識單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠達(dá)到以下目標(biāo)：1.了解TG儀的結(jié)構(gòu)和TG曲線；2.理解TG儀的工作原理以及TG曲線的影響因素；3.掌握TG的應(yīng)用分析。知識單元3.4：熱膨脹分析（1/2學(xué)時）參考學(xué)時：1/2學(xué)時知識點(diǎn)：熱膨脹儀的結(jié)構(gòu)、工作原理；熱膨脹系數(shù)的計算學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過對熱膨脹分析知識單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠達(dá)到以下目標(biāo)：1.了解熱膨脹的工作原理與測試方法；2.掌握熱膨脹分析方法的應(yīng)用。知識單元3.5：其他熱分析方法（1/2學(xué)時）參考學(xué)時：1/2學(xué)時知識點(diǎn)：差示掃描量熱法學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過對其他熱分析方法知識單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠達(dá)到以下目標(biāo)：1.了解差示掃描量熱法的定義；2.掌握差示掃描量熱法與DTA的異同。知識單元3.6：熱分析在無機(jī)材料中的應(yīng)用（1/2學(xué)時）參考學(xué)時：1/2學(xué)時知識點(diǎn)：礦物原料的分析；人工合成的研究；添加劑作用效果的研究；物質(zhì)轉(zhuǎn)變過程的研究學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過對熱分析在無機(jī)材料中的應(yīng)用知識單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠達(dá)到以下目標(biāo)：掌握物質(zhì)在受熱過程中發(fā)生的熱效應(yīng)類型和形式。三、教學(xué)方法與手段無機(jī)材料測試技術(shù)課程的教學(xué)堅持以“學(xué)生為中心”的原則，遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，以“案例”教學(xué)來驅(qū)動、啟發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)；從事無機(jī)材料測試技術(shù)教學(xué)的教師要將信息技術(shù)整合于教學(xué)過程，充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境所提供的各種功能，做到信息可見、過程可控、資源可復(fù)用，使課程教學(xué)更加適應(yīng)21世紀(jì)人才培養(yǎng)的需要；同時注重理論聯(lián)系實(shí)際，面向?qū)嶋H應(yīng)用，不斷研究和改革教學(xué)方法和手段。當(dāng)然，教學(xué)方法與手段要服從于教學(xué)內(nèi)容，要著眼于人才培養(yǎng)。對不同類型的課程，對同一課程中不同教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)該設(shè)計不同的教學(xué)模式與教學(xué)方法。考慮到測試技術(shù)課程的實(shí)踐性環(huán)節(jié)十分重要，因此要注重加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)和能力培養(yǎng)。四、教學(xué)學(xué)時分配時學(xué)容內(nèi)學(xué)教方式教學(xué)環(huán)時學(xué)容內(nèi)學(xué)教方式