《材料分析与测试方法》课程教学大纲
一、课程基本信息
英文名称 |
Material Analysis and Test Methods |
课程代码 |
MDNE3012 |
课程性质 |
大类基础课程 |
授课对象 |
新能源材料与器件、新能源科学与工程等专业 |
学 分 |
3 |
学 时 |
54 |
主讲教师 |
杨瑞枝、赵亮 |
修订日期 |
2021.9.1 |
指定教材 |
张锐，《现代材料分析方法》，化学工业出版社，2007年 |
||
二、课程目标
（一）总体目标：
课程是面向新能源材料与器件专业本科生开设的一门基础课，其任务是使学生掌握新型储能材料分析和测试技术的基本原理和最新发展动态，特别是近一、二十年在世界范围内产生的或迅速发展起来的新型材料分析和测试技术的基本原理、特点和基本理论，了解其在新能源领域的应用，为学生进一步学习新的材料分析和表征技术、学好后续的各门专业课奠定坚实的基础。
（二）课程目标：
本课程是新能源材料与器件、新能源科学与工程等专业专业学生必须掌握的大类基础课，课程主要涵盖X射线衍射分析、材料电子显微分析等九种分析测试技术。通过向学生介绍这些分析与测试技术的基本原理、结构组成和分析方法等，旨在提高材料类学生从事材料研究所必需的实际技能，力争使学生达到“Know Why，Know How;Know What”的目的。
课程目标1：让学生“Know why”，引导学生能够具备理论知识与实际应用相结合的能力。
1．1熟悉掌握各类分析方法的基本原理、仪器结构等
1．2了解为什么选用某种分析技术
课程目标2：让学生“Know how”，能够熟练掌握各种测试方法的基本操作，合理的选择和利用分析方
法
2．1掌握如何进行样品处理
2．2如何确定科学的分析步骤
课程目标3：让学生“Know what”，掌握数据分析的基本知识，为实验数据的处理和分析打下牢固的基础。
3.1了解如何分析相关实验结果，如何读取相关的材料信息
3.2如何结合具体的材料制备工艺发现与解释相关的科学现象
（要求参照《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》，对应各类专业认证标准，注意对毕业要求支撑程度强弱的描述，与“课程目标对毕业要求的支撑关系表一致）（五号宋体）
（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 |
课程子目标 |
对应课程内容 |
对应毕业要求 |
课程目标1 |
1.1 |
X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜分析方法的基本原理、仪器结构等 |
毕业要求8 |
1.2 |
各种测试方法的优点、缺点、适用领域 |
毕业要求10 |
|
课程目标2 |
2.1 |
X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜等样品制备方法与要求 |
毕业要求3 |
2.2 |
X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜等的基本操作步骤与规范、注意事项 |
毕业要求3 |
|
课程目标3 |
3.1 |
物相定性和定量分析的基本原理，图解外推和数据处理方法实现点阵参数的精确测定；单晶电子衍射和复杂电子衍射的标定方法，吸收光谱定性分析等 |
毕业要求1,3 |
3.2 |
测试数据的分析，构建材料性能与结构关系，材料制备工艺发现与解释相关的科学现象 |
毕业要求1,3 |
三、教学内容
第一章X射线衍射分析
1.教学目标
掌握X射线衍射分析的基本原理及使用方法，优缺点和应用场景，样品制备方法，实验数据分析与处理方法。
2.教学重难点
晶体结构的基本知识，X射线与物质的相互作用，X射线衍射的基本概念和基本理论，多晶体和单晶体材料的衍射分析方法以及X射线衍射数据的基本处理等
3.教学内容
1.1节晶体学基础
教学要点：点阵、晶系、晶体结构、晶向指数、晶面指数和晶带定律等，理解晶体结构的对称性。
1.2节X-射线衍射分析基础
教学要点：1.X射线的性质及X射线的产生，使学生掌握X射线的产生、性质、X射线的吸收和单色X射线的获得等，理解X射线的产生和基本性质。2.X射线与物质的相互作用，使学生掌握散射效应和光电效应等，理解X射线与物质的相互作用产生的信号及据此建立的方法。3.X射线衍射的基本理论，使学生掌握倒易点阵、X射线衍射几何条件、X射线绝对强度和相对强度等，理解X射线衍射的基本概念和基本理论。
1.3X-射线衍射分析方法
教学要点：1.X射线衍射分析方法和X射线衍射数据的基本处理，使学生掌握多晶体和单晶体材料的衍射分析方法以及X射线衍射数据的基本处理等。2.X射线衍射的分析与应用，使学生掌握X射线衍射的人工手动分析与应用、计算机程序分析与应用。
4.教学方法
课堂讲授
5.教学评价
通过课堂提问、随堂测试等方式考察学生的对上课所讲内容的掌握程度。
第二章电子显微分析
1.教学目标
掌握电子显微分析的基本原理及使用方法，优缺点和应用场景，样品制备方法，实验数据分析与处理方法。
2.教学重难点
电子光学和电子显微基础，电子衍射与X射线衍射的异同点，倒易空间点阵和正空间点阵的关系，电子显微镜的基本结构和工作原理，样品的制备方法，掌握衍衬成原理，二次电子像和背散射电子像的成像原理，波谱仪和能谱仪的特点
3.教学内容
2.1电子光学和电子显微基础
教学要点：使学生掌握电子在电场和磁场中的运动与静电透镜和电磁透镜、电磁透镜的像差和理论分辨力、电磁透镜的场深和焦深，电子与固体的相互作用的物理信号、物理本质、相互作用体积与信号产生的深度和广度，掌握电子光学和电子显微基础。
2.2透射电子显微镜
教学要点：使学生掌握透射电镜的结构、原理、主要部件和用途，电子衍射方法、电子衍射基本公式、电子衍射谱的标定，透射电镜制样方法、透射电镜的质厚衬度、衍射衬度和相位衬度以及透射电镜在无机材料中的应用。
2.3扫描电子显微镜
教学要点：使学生掌握扫描电子显微镜的结构、特点、性能指标和工作原理，扫描电镜试样制备、扫描电镜的衬度、显微图像和在无机材料中的应用，电子探针显微分析仪的结构、分类、波谱仪和能谱仪的主要部件及原理。
2.4其他显微分析方法
教学要点：使学生掌握扫描隧道显微镜、原子力显微镜和扫描探针显微镜的应用与发展。
4.教学方法
课堂讲授
5.教学评价
通过课堂提问和随堂测试等方式考察学生的对上课所讲内容的掌握程度。
第三章 电子能谱分析法
1.教学目标
掌握电子能谱分析的基本原理及使用方法，优缺点和应用场景，样品制备方法，实验数据分析与处理方法
2.教学重难点
光与物质的相互作用、元素的定性分析、定量分析和化学结构分析
3.教学内容
3.1电子能谱的基本原理和光电子能谱仪
教学要点：使学生掌握光与物质的相互作用、X射线光电子能谱的基本原理、光电子能谱仪的结构和能谱样品测定。
3.2光电子能谱的应用
教学要点：使学生掌握元素的定性分析、定量分析和化学结构分析。
3.3俄歇电子能谱法
教学要点：使学生掌握俄歇电子能谱的基本原理、分析技术、俄歇电子能谱法的特点及应用。
4.教学方法
课堂讲授
5.教学评价
通过课堂提问和随堂测试等方式考察学生的对上课所讲内容的掌握程度。
第四章 红外吸收光谱分析
1.教学目标
掌握红外吸收光谱仪的基本原理及使用方法，优缺点和应用场景，样品制备方法，实验数据分析与处理方法。
2.教学重难点
红外吸收的基本原理，红外光谱的影响因素、光谱区的划分，红外光谱图的分析方法，样品准备方法
3.教学内容
4.1红外吸收光谱基础
教学要点：掌握红外吸收的基本原理。
4.2红外吸收光谱谱图分析
教学要点：掌握红外光谱的影响因素、光谱区的划分等，掌握红外光谱图的分析方法。
4.3红外光谱仪
教学要点：掌握红外光谱仪的分类及工作原理、掌握红外光谱分析的样品准备方法。
4.教学方法
课堂讲授
5.教学评价
通过课堂提问和随堂测试等方式考察学生的对上课所讲内容的掌握程度。
第五章 拉曼光谱分析
1.教学目标
掌握拉曼光谱分析的基本原理及使用方法，优缺点和应用场景，样品制备方法，实验数据分析与处理方法。
2.教学重难点
拉曼光谱的产生、工作原理，拉曼光谱仪的分类、工作原理及特点
3.教学内容
5.1拉曼光谱基础
教学要点：掌握拉曼光谱的产生、工作原理。
5.2拉曼光谱仪
教学要点：掌握拉曼光谱仪的分类、工作原理及特点。
4.教学方法
课堂讲授
5.教学评价
通过课堂提问和随堂测试等方式考察学生的对上课所讲内容的掌握程度。
第六章 紫外-可见光谱分析
1.教学目标
掌握紫外-可见光谱分析的基本原理及使用方法，优缺点和应用场景，样品制备方法，实验数据分析与处理方法。
2.教学重难点
紫外-可见光谱的产生、工作原理、影响因素，数据分析方法
3.教学内容
6.1紫外-可见光谱基础
教学要点：掌握紫外-可见光谱的产生、工作原理、影响因素等。
6.2紫外-可见光谱仪
教学要点：掌握紫外-可见光谱仪的分类、工作原理及数据分析方法。
4.教学方法
课堂讲授
5.教学评价
通过课堂提问和随堂测试等方式考察学生的对上课所讲内容的掌握程度。
第七章热分析
1.教学目标
掌握热分析的基本原理及使用方法，优缺点和应用场景，样品制备方法，实验数据分析与处理方法。
2.教学重难点
热分析分类和工作原理，三种热分析方法的影响因素、仪器以及样品准备方法
3.教学内容
7.1热分析基础
教学要点：掌握热分析的发展历程、分类和工作原理。
7.2热重分析、差热分析和示差扫描量热分析
教学要点：掌握三种热分析方法的影响因素、仪器以及样品准备方法。
4.教学方法
课堂讲授
5.教学评价
通过课堂提问和随堂测试等方式考察学生的对上课所讲内容的掌握程度。
第八章 比表面积和孔结构分析
1.教学目标
掌握比表面积和孔结构分析的基本原理及使用方法，优缺点和应用场景，样品制备方法，实验数据分析与处理方法。
2.教学重难点
比表面积分析和孔结构分析的工作原理，气体吸脱附曲线的类型、产生原因及影响因素，掌握数据处理和分析方法。
3.教学内容
8.1比表面积和孔结构分析基础
教学要点：掌握比表面积分析和孔结构分析的工作原理。
8.2气体吸脱附曲线
教学要点：掌握气体吸脱附曲线的类型、产生原因及影响因素，掌握数据处理和分析方法。
4.教学方法
课堂讲授
5.教学评价
通过课堂提问和随堂测试等方式考察学生的对上课所讲内容的掌握程度。
第九章粒度分析
1.教学目标
掌握粒度分析仪的基本原理及使用方法，优缺点和应用场景，样品制备方法，实验数据分析与处理方法。
2.教学重难点
粒度分析的方法及工作原理，数据处理和分析方法。
3.教学内容
9.1粒度分析基础
教学要点：掌握粒度分析的方法及工作原理。
9.2激光粒度分析仪
教学要点：掌握激光粒度分析仪的组成、工作原理，掌握数据处理和分析方法。
4.教学方法
课堂讲授
5.教学评价
通过课堂提问和随堂测试等方式考察学生的对上课所讲内容的掌握程度。
四、学时分配
表2：各章节的具体内容和学时分配表
章节 |
章节内容 |
学时分配 |
第一章 |
X射线衍射分析 |
9 |
第二章 |
电子显微分析 |
9 |
第三章 |
电子能谱分析法 |
6 |
第四章 |
红外吸收光谱分析 |
6 |
第五章 |
拉曼光谱分析 |
3 |
第六章 |
紫外-可见光谱分析 |
3 |
第七章 |
热分析 |
6 |
第八章 |
比表面积和孔结构分析 |
3 |
第九章 |
粒度分析 |
3 |
五、教学进度
表3：教学进度表
周次 |
日期 |
章节名称 |
内容提要 |
授课时数 |
作业及要求 |
备注 |
1-3 |
2021.9.6- 2021.9.20 |
第一章X射线衍射分析 |
晶体学基础、X-射线衍射分析基础等 |
9 |
完成思考题，归纳总结本章知识要点 |
|
4-6 |
2021.9.27- 2021.10.11 |
第二章 电子显微分析 |
电子光学和电子显微基础、TEM、SEM等 |
9 |
完成思考题，归纳总结本章知识要点 |
|
7-8 |
2021.10.18- 2021.10.25 |
第三章 电子能谱分析法 |
电子能谱的基本原理和光电子能谱仪、XPS、AES等 |
6 |
完成思考题，归纳总结本章知识要点 |
|
9 |
2021.11.1 |
期中考试 |
||||
11-12 |
2021.11.8- 2021.11.15 |
第四章 红外吸收光谱分析 |
红外吸收光谱基础，FT-IR等 |
6 |
完成思考题，归纳总结本章知识要点 |
|
13 |
2021.11.22 |
第五章 拉曼光谱分析 |
拉曼光谱基础及拉曼光谱仪 |
3 |
完成思考题，归纳总结本章知识要点 |
|
14 |
2021.11.29 |
第六章 紫外-可见光谱分析 |
紫外-可见光谱基础和仪器 |
3 |
完成思考题，归纳总结本章知识要点 |
|
15-16 |
2021.12.6- 2021.12.13 |
第七章 热分析 |
热分析基础、TG、DAT、DSC |
6 |
完成思考题，归纳总结本章知识要点 |
|
17 |
2021.12.20 |
第八章 比表面积和孔结构分析 |
比表面积和孔结构分析基础、气体吸脱附曲线 |
3 |
完成思考题，归纳总结本章知识要点 |
|
18 |
2021.12.27 |
第九章 粒度分析 |
粒度分析基础、激光粒度分析仪 |
3 |
完成思考题，归纳总结本章知识要点 |
六、教材及参考书目
教材
张锐，《现代材料分析方法》，化学工业出版社，2007年
参考书目
1.常铁军等，《材料近代分析测试方法（修订版）》，哈尔滨工业大学出版社，2010.03
2.左演生，陈文哲，梁伟等，《材料现代分析方法》，北京工业大学出版社，2000年
3.黄新民，解挺，《材料分析测试方法》，国防工业出版社，2006年
4.周玉，漆睿，范雄等，《材料分析方法》，机械工业出版社，2004年
5.祁景玉，《现代分析测试技术》，同济大学出版社，2006年
6.分析测试仪器虚拟仿真：https://myscope.training/#
七、教学方法
1．采用启发式教学，激发学生主动学习的兴趣，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力，引导学生主动通过实践和自学获得自己想学到的知识。
2.采用多媒体教学与传统板书、教具教学相结合，提高课堂教学信息量，增强教学的直观性。
3.采用互动式教学：课内讨论和课外答疑相结合
（一）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 |
考察学生的对上课所讲内容的掌握程度，各种测试分析方法的基本原理等 |
课程作业、 随堂测试 期中、期末考试 |
课程目标2 |
各种测试分析方法的结构、优缺点、应用范围 |
课程作业 随堂测试 期中、期末考试 |
课程目标3 |
考察学生数据分析的基本知识，对实验数据的处理和分析能力 |
课程作业 随堂测试 期中、期末考试 |
（二）评定方法
1．评定方法
平时成绩：20%，期中考试：20%，期末考试60%
2．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
考核占比 课程目标 |
平时 |
期中 |
期末 |
总评达成度 |
课程目标1 |
6 |
6 |
18 |
|
课程目标2 |
6 |
6 |
18 |
|
课程目标3 |
8 |
8 |
24 |
（三）评分标准（小四号黑体）
课程 目标 |
评分标准 |
||||
90-100 |
80-89 |
70-79 |
60-69 |
＜60 |
|
优 |
良 |
中 |
合格 |
不合格 |
|
A |
B |
C |
D |
F |
|
课程 目标1 |
27-30 |
24-26 |
21-25 |
18-20 |
＜18 |
课程 目标2 |
27-30 |
24-26 |
21-25 |
18-20 |
＜18 |
课程 目标3 |
36-40 |
32-35 |
28-31 |
24-30 |
＜24 |