一、课程名称：材料分析测试方法
二、课程代码：CHEM30200
三、学时和学分：32学时，2学分
四、适用专业：材料化学、应用化学、化学工程与工艺、制药工程
五、先修课程：物理化学、无机化学、有机化学、分析化学、大学物理
六、使用教材 ：周玉,《材料分析方法》机械工业出版社；2011年
七、参考书目
[1] 王晓春，张希艳，《材料现代分析与测试技术》, 国防工业出版社，2010.
[2] 齐海群,《材料分析测试技术》,北京大学出版社，2011.
[3] 刘密斯等编，《仪器分析》（第二版），清华大学出版社，2002.
八、课程描述
本课程是针对材料类专业本科生或研究生而开设的专业基础课，目的是使学生掌握材料主要分析技术方法的基本原理和应用，培养学生的材料微观组织结构分析测试及研究的能力。通过学习使学生掌握X射线衍射和电子显微技术等基础理论、试验方法及基本技能，应用电子衍射对材料进行微观组织结构的分析，应用扫描电镜和电子探针对材料进行表面形貌和微观结构及成分进行分析，同时学习多项分析测试技术对无机、有机以及复合材料进行表征。理解如何结合专业知识选用合适的测试方法，进行研究和检测材料性能，为今后从事材料专业的研究和生产奠定必要的基础。
九、教学目标
1. 教学目标
材料分析测试方法是科学研究的必要方法和手段，是材料、化学类专业本科生的一门专业基础课程，学习本课程目的在于：
① 使学生系统地了解材料现代主要分析测试方法的基本原理、仪器设备、样品制备及应用，培养学生的材料微观组织结构分析测试及研究的能力。
② 掌握常见分析测试技术所获信息的解释和分析方法，理解如何结合专业知识选用合适的测试方法，进行研究和检测材料性能，为学生能够独立地进行材料的分析和研究工作奠定基础。
2. 教学环节对人才培养目标的贡献
① 通过X射线衍射分析、材料电子显微分析、质谱分析、色谱分析等分析方法的教授，使学生获得材料分析测试技术的基础知识，提高学生的科学素养。同时结合实际例题使学生能够理解如何结合专业知识选用测试方法，进行研究和检测材料性能，为以后学生的科研工作奠定坚实的基础。
② 通过鼓励学生实际操作实验仪器，在高等数学、大学物理、无机化学等学科的基础上，对所得实验结果的进行整理分析及归纳总结，培养学生科学的逻辑思维能力及分析和总结实验结果的能力，提高学生的综合素养。
③ 培养学生的创造性思维能力。在教学过程中，除了教授学生基础知识外，也注重启发学生的学习兴趣，通过不断的与学生分享前沿问题，刺激学生开动脑筋，最后使学生主动寻求前沿科技信息，发现问题并不断思考，进而达到对其创造性思维的培养。
④ 通过实际科研过程与分析方法的结合，使学生能够更好的将课本知识运用到实际中，培养学生用理论解决实际问题的能力，使学生自身素养能够全面提升。
3. 知识贡献
章节名称 |
知识贡献 |
教学要求 |
学时 |
第一章 X射线物理学基础 |
第一节 X射线的本质 第二节 X射线的产生及X射线谱 第三节 X射线与物质的相互作用 |
了解X射线物理学基础，包括X射线的本质、X射线与物质相互作用、经典散射与经典散射强度、二次特征辐射、X射线的衰减。 |
1 |
第二章 X射线衍射方向和强度 |
第一节 结晶几何学简介 第二节 布拉格方程 第三节 X射线衍射法 第四节 单位晶胞对X射线的散射与结构因数 第五节 多晶体衍射的积分强度 第六节 影响衍射强度的因数 |
掌握X射线衍射的几何原理，包括X射线衍射方向、布拉格定律、倒易点阵、倒易点阵的定义和倒易点阵的性质倒易空间中表示衍射条件的矢量方程、X射线衍射强度、一个晶胞的散射振幅、结构因数的计算和粉末多晶的积分强度公式等。 |
3 |
第三章 物相分析 |
第一节 X射线衍射定性分析 第二节 X射线衍射定量分析 |
掌握X射线衍射方法和多晶体的物相分析，包括PDF卡片、PDF卡片索引、分析方法、计算机自动检索、物相的定量分析原理和方法等。 |
1 |
第四章 电子光学基础 |
第一节 电子波与电磁透镜 第二节 电磁透镜的相差与分辨率 第三节 电磁透镜的景深和焦长 |
了解电子与物质的交互作用；高能电子与样品物质交互作用产生的电子信息，如二次电子（SE），背散射电子（BE），吸收电子（AE），特征X射线及俄歇电子、透射电子等。 |
2 |
第五章 透射电子显微镜 |
第一节 透射电子显微镜的结构与成像原理 第二节 样品制备 第三节 透射电镜基本成像操作和像衬度 |
掌握透射电镜的结构及成像原理及透射电镜的基本成像操作，了解品制备过程 |
3 |
第六章 电子衍射 |
第一节 概述 第二节 电子衍射原理 第三节 电子显微镜中的电子衍射 第四节 单晶及复杂电子衍射花样 |
掌握电子衍射的基本原理及仪器结构，掌握电子衍射基本公式和相机常数，了解选区电子衍射及电子衍射花样 |
3 |
第七章 扫描电子显微镜 |
第一节 电子束与固体样品的相互作用 第二节 扫描电子显微镜的构造和工作原理 第三节 扫描电子显微镜的主要性能 第四节 表面形貌衬度原理及其应用 第五节 原子序数衬度原理及其应用 |
掌握扫描电子显微镜的工作原理，了解电子束与固体样品作用，扫描电镜表面形貌衬度及其应用、表面形貌衬度、原子序数衬度的原理及其应用 |
3 |
第八章 电子背散射衍射分析技术 |
第一节 概述 第二节 电子背散射衍射技术硬件系统 第三节 电子背散射衍射技术原理及花样 第四节 电子背散射衍射技术成像及分析 第五节 电子背散射衍射技术数据处理 |
掌握电子背散射衍射技术的原理及衍射花样，了解背散射衍射技术硬件系统、背散射技术成像原理及数据处理方法 |
3 |
第九章 X射线能量色散谱 |
第一节X射线能谱仪的原理和结构 第二节X射线能谱仪特点 第三节EDS的分析方法 |
掌握X射线能量色散谱仪的分析原理、实验方法和应用，了解X射线能量色散谱仪的定性分析和半定量分析依据，测定条件 |
3 |
第十章 光电子能谱分析 |
第一节 概述 第二节 光电子能谱的基本原理 第三节 紫外光电子能谱 第四节 X射线光电子能谱 第五节 俄歇电子能谱 第六节 电子能谱仪简介 第七节 电子能谱的应用 |
掌握光电效应、光电子能谱测量原理及分析方法包括：紫外光电子能谱、X射线光电子能谱、俄歇电子能谱了解光电子能谱仪的结构及应用 |
6 |
第十一章 振动光谱分析 |
第一节 振动光谱分析的基本原理 第二节 红外光谱仪 第三节 红外光谱图的基本特征 第四节 激光拉曼光谱分析 |
掌握振动光谱的基本原理—光与分子的相互作用；红外光和红外光谱实验技术。了解振动光谱在材料研究中的应用，如激光拉曼光谱等。 |
2 |
第十二章 质谱技术 |
第一节 质谱分析的基本原理 第二节 质谱仪 第三节 质谱图的表示 第四节 质谱串联及联用技术 |
掌握质谱的基本概念、基本原理、质谱中的各种离子类型、离子的断裂机理；能够利用质谱判断常见简单有机化合物的结构。 了解质谱中主要峰的归属、质谱联用技术。 |
2 |
十、教学方法
在本课程教学过程中，突出能力和素质培养的教学方式，引导学生在科学素质和技术能力两个方面得到提升，使学生在获取材料分析测试技术基础知识的同时，提高学生分析和解决实际问题的能力。具体包括：
1. 逻辑思维能力的培养
逻辑思维能力是指正确、合理地进行思考的能力，即对事物进行观察、比较、分析、综合、抽象、概括、判断、推理的能力，采用科学的逻辑方法准确而有条理地表达自己思维过程的能力。逻辑思维能力是衡量大学生思维能力和素质的一个很重要的方面,因此,培养和提高大学生的逻辑思维能力，是提高大学综合素质的重要方法，也是为国家和社会培养更多高素质人才的有效方法。
材料分析测试技术是材料科学一门专业课程，它借助数学、物理、化学等基础科学的理论及实验手段，目的是使学生掌握材料主要分析技术方法的基本原理和应用，了解较先进的材料分析方法和应用。培养学生的材料微观组织结构分析测试及研究的能力。使学生理解如何结合专业知识选用测试方法，进行研究和检测材料性能，为今后从事材料专业的研究和生产奠定必要的基础。材料分析测试技术是一门涉及多学科的课程，对其理解需要事先具有相关其它学科的基础，如高等数学、大学物理、无机化学等。教学过程中可根据教学内容组织学生进行小组讨论，预先设计一些适当的涉及学科交叉的课堂讨论题目，让学生自己组织材料、总结材料、讲解材料。这样学生会积极开动脑筋, 努力钻研, 可充分挖掘学生自学的潜能。通过准备、思考和讲解，对自己所准备的内容高度重视起来，充分调动学生的学习兴趣、锻炼其自学能力和逻辑思维能力。
2. 分析和综合实验结果能力的培养
鼓励学生多参加实际的实验操作，掌握各种材料分析测试的仪器设备操作方法以及工作原理。通过学生对实验仪器的操作，所得数据结果的整理分析，进行归纳总结，最终得出材料的某种物理或化学性质，培养学生分析和综合实验结果的能力。这整个过程使我们肉眼看不到的材料的微观组织信息得以展现，从而激发学生探求从宏观世界到微观世界的兴趣，开拓思维。
3. 运用所学理论解决实际问题能力的培养
面向2l世纪的高校人才，不但要有较扎实的理论基础，还要有较强的独立工作和解决问题的能力。目前，从人才市场反馈的信息来看，高校毕业生普遍存在的问题是：学生平时书本知识学的多，较系统。但是，接触生活实际少，学生不善于将书本知识应用到实践工作中，留下了动手能力不足的整体印象。因此，培养当代大学生实践应用能力，不仅是对学生自身整体素质的提升，也是符合国家建设和社会需求的必然举措。
材料分析测试技术这门课程不仅要让学生掌握一定的科学知识，更要让学生学会如何化知识为生产力，如何用知识来指导实践，同时在实践中检验所学的知识。事实证明，兴趣是培养学生实践应用能力的根本问题，也是我们教师在教学过程中完善教学方案、提高授课技巧的根本出发点。
在整个教学过程中可以不断穿插类似的实践教学环节，并最大限度将课堂所学知识与科技前沿、生活实际联系起来，比如我们聘请学院从事纳米材料、新能源、环境治理等方面的教师，针对不同专业的班级开展专题讲座，鼓励学生积极参与讨论，在完成教学任务的同时，普遍提高学生的实践应用能力。
4. 创造性思维能力的培养
落实学校对“创新、创业、创意”三创型人才的培养要求，以及科技对创新能力的迫切需求，大学本科教育已经不再是单纯的知识传输，而是对知识、素质和能力的综合培养，注重给学生更大的个性发展空间，强调培养他们的创新能力。在这种教育理念下，材料分析测试技术这门课程在教学中开展了“教授专题讲座”、“小论文”、“学生专题讲座”等活动，以此学生的创新性思维能力。此外，通过不断的将前沿问题与学生分享，刺激学生开动脑筋，最后使学生主动寻求前沿科技信息，发现问题并不断思考，使他们拥有遇到问题能多方面考虑的能力，进而达到对其创造性思维的培养。
5. 类比思维方法的养成
在材料分析测试技术的教学中，重视对学生思维方法的培养，这对学生整体思维素质的提高起着积极的作用。“类比思维”方法是解决陌生问题的一种常用策略，从而创造性地解决问题。类比思维包括两方面的含义：（1）联想，即由新信息引起的对已有知识的回忆；（2）类比，在新、旧信息间找相似和相异的地方，即异中求同或同中求异。通过类比思维，在类比中联想，从而升华思维，既有模仿又有创新。许多科学规律的建立，都采用了类比也是一种常用的思维方法。因此，我们也应重视对学生进行类比思维方法的训练，使学生逐步领会这一思维方法。
6. 分析与综合的思维方法的养成
任何事物和现象，都是由许多要素，许多属性组成的统一体。分析就是以事物的整体与部分为客观基础，为了从总体上把握事物的性质以及运动规律，就必须了解其各个组成部份和要素的性质、特点和相互联系。客观事物的整体与部分的这种关系，使得运用分析解决化学问题不仅成为可能，而且成为现实。综合是把事物各个部分、侧面和综合的基础，分析以综合为前提。分析与综合所关心和强调的面不同，但都是重要的思维方法。掌握分析与综合的方法，训练分析与综合的思维方法，提高分析与综合的能力，是材料分析测试科学方法教育的最主要内容。因此，教师应充分重视对学生进行分析与综合思维方法的训练。
7. 抽象与概括的思维方法的养成
抽象是在人脑中把事物的本质属性抽出来的过程。概括是在人脑中把抽象出来的事物的本质属性加以综合，推广到同类事物的过程。抽象与概括也是形成概念与规律的常用思维方法。概括是形成概念的一种思维过程和方法。即从思想中把某些具有一些相同属性的事物中抽取出来的本质属性，推广到具有这些属性的一切事物，从而形成关于这类事物的普遍概念。没有抽象就不能进行概括。在进行抽象和概括时，要注意舍弃次要的、非本质的属性，把主要的、本质的属性抽取出来，再通过概括代表同类事物的全体。
十一、考核及成绩评定方式
考核及成绩由平时成绩（40%，包括课外习题、小论文、出勤、课堂讨论和期中考试）以及期末考试（60%）组成。
大纲制定人： 王煜
大纲审定人：李杨
制定时间：2014-04
