无机材料物理化学

《无机材料物理化学》课程教学大纲

一、课程性质和目标

《无机材料物理化学》是无机非金属材料工程专业必修的专业基础课。课程内容包括无机材料的结构理论和反应机理，分析无机材料材料的组成、结构、工艺和性质之间的相互关系，为研究无机非金属材料生产制备过程中物理化学变化规律奠定理论基础。

通过本课程的理论教学，使学生具备基本的知识和能力，课程的具体课程目标如下：

知识目标：

1. 认识无机非金属材料的结构和性能特点，识别和判断影响材料产品质量的关键因素。
2. 能力目标：
3. 解释无机非金属材料组成、结构、工艺与性能的关系，识别影响材料生产工况的关键问题，并能进行故障分析。
4. 利用无机非金属材料生产过程的热力学和动力学规律，正确分析和评价材料生产和服役过程中的复杂工程问题，及其对社会和环境健康的影响，提供合理的解决方案。

二、本课程所支撑的毕业要求

1、本课程所能支撑的毕业要求和课程目标的对应关系

2、本课程内容与毕业要求指标点的对应关系

三、教学基本内容

（一） 绪论 （2学时）

1 基本要求

认识无机材料的分类、特点、选用原则、作用与地位；理解无机材料组成、结构、性能、工艺及其与环境的关系；认识无机材料的研究与发展。

2 教学内容

1. 无机材料的分类、特点、选用原则、作用与地位；
2. 无机材料组成、结构、性能、工艺及其与环境的关系；
3. 无机材料的研究与发展。
4. 课程教学大纲解读3重点和难点（二）无机材料晶体结构与缺陷（6学时）典型层状无机化合物的结构与性能区别；固溶体和非化学计量化合物缺陷的概念和分类，并学会书写相应缺陷反应方程式。
5. 2教学内容
6. 1基本要求
7. 重点：无机材料组成、结构、性能、工艺及其与环境的关系。
8. 课程性质、目标、教学内容与培养目标和毕业要求的关系、教学与学习方法、教学进程、考核形式与基本要求，预期达成学习效果。

1. 典型层状无机化合物的结构与性能
2. 固溶体和非化学计量化合物缺陷的概念和分类
3. 缺陷反应方程式（含习题训练）1）典型层状无机化合物的结构与性能；3）缺陷反应方程式的正确书写。1基本要求2教学内容
4. 硅酸盐熔体聚合物理论；理解硅酸盐熔体结构与性质（粘度、表面张力）的关系；玻璃形成的过程。
5. （三）非晶态结构与性质（4学时）
6. 2）非化学计量化合物缺陷的特点、类型及其实例；
7. 3重点和难点

1. 硅酸盐熔体的结构与性质；
2. 玻璃的形成过程；
3. 玻璃的结构特点及类型。
4. 3重点和难点

1. 硅酸盐熔体聚合物理论；
2. 硅酸盐熔体组成-结构-性质的关系；
3. 玻璃形成的热力学、动力学和结晶化学条件。1基本要求2教学内容
4. 固体表面结构类型及特点；理解固体表面结构与性质的关系；固体界面行为；粘土-水系统的结构特点与性质规律。
5. （四）固体表面与界面（8学时）

1. 固体表面结构与性质
2. 固体界面行为
3. 粘土-水系统的结构
4. 粘土-水系统的性质
5. 3重点和难点

1. 固体表面结构的特点

1. 粘土-水系统的结构特点与性质。1基本要求2教学内容
2. 认识典型无机固体材料的相图，理解相图在无机材料研究和生产等方面的应用。
3. （五）无机材料相图及应用（4学时）

1. 典型无机固体材料的相图；
2. 相图在无机材料研究和生产等方面的应用。三元系统相图在无机材料研究和生产等方面的应用。1基本要求2教学内容
3. 描述宏观扩散规律的动力学方程—菲克定律在无机材料生产中的应用；理解多组分系统中扩散系数的求解方程—扩散（能斯特-爱因斯坦）热力学方程；扩散机制（间隙和空位）与扩散系数之间的关系。
4. （六）无机固体中的扩散（4学时）
5. 3重点和难点

1. 扩散动力学方程的实际应用
2. 扩散热力学方程
3. 扩散机制与扩散系数的关系重点：扩散动力学方程的实际应用；不同扩散机制下扩散系数的计算。（七）固相反应（6学时）固相反应的机理；固相反应动力学方程；认识插层反应的条件；理解影响固相反应的因素。1) 固相反应机理3） 插层反应3重点和难点难点：扩散过程控制的固相反应动力学方程及其适用条件。1基本要求2教学内容2) 相变储能材料3重点和难点难点：析晶相变过程的动力学方程。1基本要求2教学内容2) 烧结传质机理4） 影响烧结的因素重点：烧结传质机理；二次再结晶的条件及其影响；影响烧结的因素。（十）无机材料环境效应（4学时）认识无机材料腐蚀产生的原因及其对材料性能的影响；认识无机材料的疲劳失效机制；无机材料生命周期评估和生态设计方法。1) 无机材料的腐蚀3) 无机材料生命周期评估和生态设计重点：无机材料腐蚀产生的原因及其对材料性能的影响；无机材料的疲劳失效机制；无机材料生命周期评估和生态设计方法。四、达成课程目标的途径和措施（1）课堂讲授（2）学生作业2、教学手段3、课外阅读要求4. 多环节训练2）课堂讨论五、课程综合记分方法
4. 课程考核由作业、课堂讨论、期末考试三部分组成，内容须覆盖全部课程目标和毕业要求指标点。各考核环节及所占比重见下表：
5. 3）期末考试
6. 1）作业
7. 推荐学生利用互联网资源、校园网资源（校园网数据库）、图书馆资源（期刊、专业文献）等多种手段获取信息，进行课外阅读。通过课外阅读，既能加深对教学内容的理解，又能拓展专业视野，紧跟行业发展前沿。
8. 本课程利用采用现代化的教学手段，采用“多媒体”结合“板书”的教学手段进行授课，“多媒体”可将抽象的内容生动化，“板书”可用于辅助表达，二者充分发挥。
9. 每次课堂讲授结束以后，均布置1~2道的课后习题，这也是每次授课的知识重点。对于作业中发现的共性问题，教师在下次上课时集中讲解。对于个别程度达不到要求的同学，授课教师指定名单要求这些同学参加教师课后辅导和答疑。另外，教师应认识学生对知识和理解方面的问题，并征集学生对教学方面的意见，促进毕业要求指标点的达成。
10. 理论教学过程中，采用的教学方法有“讲授与视频结合法”、“文献综述法”、“讨论法”、“案例分析法”等，具体根据教学内容和目标不同采取更合适的教学方法。
11. 1.教学方法  
12. 难点：无机材料生命周期评估和生态设计方法。
13. 3重点和难点
14. 2) 无机材料的疲劳失效机制
15. 2教学内容
16. 1基本要求
17. 难点：烧结传质机理。
18. 3重点和难点
19. 3) 再结晶和晶粒长大
20. 1) 烧结基本概念和推动力
21. 烧结的传质机理及其动力学方程；晶粒长大和再结晶过程；影响烧结过程的因素。
22. （九）烧结（6学时）
23. 重点：析晶相变过程的热力学和动力学方程；相变储能材料的概念及分类；影响相变的因素。
24. 3) 影响相变过程的因素
25. 1) 析晶相变过程
26. 析晶相变过程的热力学和动力学方程；认识相变储能材料的概念及其应用；影响相变过程的因素。
27. （八）相变（4学时）
28. 重点：固相反应动力学方程；插层反应；影响固相反应的因素。
29. 4) 影响固相反应的因素
30. 2) 固相反应动力学方程
31. 2教学内容
32. 1基本要求
33. 难点：不同扩散机制下扩散系数的计算。
34. 3重点和难点

（注：无故旷勤1/3者，不允许参加期末考试。）

各个环节的评分标准如下：

1. 作业

每次作业按100分评价，按权重计入总成绩。作业成绩取所有成绩的平均成绩，占总成绩的20%。

作业评分标准

2、课堂讨论

课堂讨论成绩是根据学生课堂对话、专题讨论综合给出，占总成绩的10%。

课堂讨论评分标准

3、期末考试

期末考试成绩是通过闭卷考试的卷面成绩给出，考核内容覆盖课程所讲无机材料材料组成、结构、性质三者之间的相互关系及其在生产制备过程中物理化学变化的基本规律等，注重结合生产实践中的实际问题进行识别、分析和解决的能力进行综合考核。按期末考试的标准答案和评分标准百分制评分，占总评成绩的70%。

试卷蓝图设计

六、评估方法

每学期课程结束后进行课程评估。本课程采用基于课程目标（即预期学习成果）的评估方法，包括：1）根据课程目标设计并实施相应的学习任务和学习活动；2）收集学习活动中各种学习成果的评估资料；3）分析和评估实际的学习成果，做出正确的判断。4）写出反思和持续改进报告（包括评估过程、评估结果、教学反思和持续改进）。

课程目标1的评估设计

课程目标2的评估设计

课程目标3的评估设计

七、课程评价与持续改进机制

1 课程评价

课程评价周期定为每2年评价一次。设置达成度目标值，采用成绩分析法进行评价。评价所需要的毕业要求及权重参见《无机非金属材料工程专业课程对毕业要求的支撑及权重》，评价结果用于持续改进。

2 持续改进机制

1. 建立持续改进制度
2. 成立本课程持续改进组组员：吴红亚、杨治刚
3. 组长：于刚              
4. 本课程持续改进路径

1. 及时汇总统计学生平时成绩考核的各项指标，适时调整学生的心理和学习状态，在教学日记中有所体现。
2. 对期末考试试卷进行分析，将试卷得分统计结果用于整体分析研究该门课程，在补考及下一届学生考核时进行改进。

1. 本课程持续改进措施

1. 案例库建设。围绕无机材料生产实践过程中的一些问题建立案例库，在教学环节进行讲解，加深学生的理论联系实践能力。
2. 前沿文献跟踪机制。课程教学过程中，通过查阅文献、讲解文献摘要，提高学生持续学习的能力，有助于及时更新并完善课程教学内容。
3. 教学研讨活动。课程组老师每2周进行一次教学研讨，对学生反馈意见进行汇总讨论，在教学方式方法上不断更新，从而达成课程目标和学生能力培养的要求。 
4. 制表： 于刚 审核： 付华 批准：          发布日期：2018年
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