兰州大学：材料与能源学院《材料专业实验》课程教学大纲

《材料专业实验》课程教学大纲课程概况课程名称课程号材料专业实验206412037学时/学分72/2课程英文名称Material specialtyexperiment材料物理、功能材料、新课程性质必修适用专业能源材料与器件张水合，王花枝，刘斌，课程负责人教学团队刘文晶付玉军等自编讲义选用教材及参考书目课程简介：材料科学专业实验涉及材料的制备与合成、分析与表征等方面的实验。通过本课程的学习，验证和深化专业理论课程的内容，培养学生的实验技能，帮助学生深入理解材料的组成一结构一性能间的关系，了解材料的合成与制备、表征及性能检测的全过程，培养学生的实际动手以及分析和解决问题的能力。课程目标(CourseObjectives,CO)培养学生的实验技能，能够解释材料的组成一结构一性能间的关系。知识目标(CO1)能够正确描述材料的合成与制备过程，以及实验设备的局限性。能够概述材料表征及性能检测基本技术，具备获取和分析数据的能力。能力目标(CO2)在实验过程中，能够有效表达和交流，合作完成实验。具备组织内容，撰写实验报告的能力。能够在实验过程中，遵守实验室安全、环保等相关规定。素质、情感价值观目标（CO3)PMI讲授法教学36学时25%PM2研讨式学习学时%教学方式口PM3案例教学学时 %口PM4翻转课堂学时%(PedagogicalMethods,PM)PM5混合式教学学时%PM6体验式学习108学时75%考%%DEMI课程作业口EM2单元测试DEM3课堂辩论%试考核方式课必(EvaluationMethods,EM)DEM6撰写论文/口EM4期中考试%口EM5期末考试%%选实验报告

1 《材料专业实验》课程教学大纲 一、课程概况 课程名称 材料专业实验 课程号 206412037 课程英文名称 Material specialty experiment 学时/学分 72/2 课程性质 必修 适用专业 材料物理、功能材料、新 能源材料与器件 课程负责人 刘文晶 教学团队 张水合，王花枝，刘斌， 付玉军等 选用教材及 参考书目 自编讲义 课程简介：材料科学专业实验涉及材料的制备与合成、分析与表征等方面的实验。通过本课程的学习， 验证和深化专业理论课程的内容，培养学生的实验技能，帮助学生深入理解材料的组成－结构－性能间 的关系，了解材料的合成与制备、表征及性能检测的全过程，培养学生的实际动手以及分析和解决问题 的能力。 课程目标(Course Objectives, CO) 知识目标(CO1) 培养学生的实验技能，能够解释材料的组成－结构－性能间的关系。 能够正确描述材料的合成与制备过程，以及实验设备的局限性。 能力目标(CO2) 能够概述材料表征及性能检测基本技术，具备获取和分析数据的能 力。 在实验过程中，能够有效表达和交流，合作完成实验。 具备组织内容，撰写实验报告的能力。 素质、情感价值观目标(CO3) 能够在实验过程中，遵守实验室安全、环保等相关规定。 教学方式 （Pedagogical Methods,PM） □√PM1 讲授法教学 36 学时 25% □PM2 研讨式学习 学时 % □PM3 案例教学 学时 % □PM4 翻转课堂 学时 % □PM5 混合式教学 学时 % □√PM6 体验式学习 108 学时 75 % 考核方式 （Evaluation Methods,EM） 考 试 课 必 选 □EM1 课程作业 % □EM 2 单元测试 % □EM3 课堂辩论 % □EM4 期中考试 % □EM5 期末考试 % □EM6 撰写论文/ 实验报告 %

考%MEMI课程作业10%口EM2单元测试%口EM3课堂辩论查课ИEM5撰写论文/必%口EM4期末考试50%选实验报告%%口EM10课堂互动MEMII实验40%口EM12实训自选口EM13实践%ofo口EM14期末考试2

2 考 查 课 必 选 □√EM1 课程作业 10% □EM 2 单元测试 % □EM3 课堂辩论 % □EM4 期末考试 % □√EM5 撰写论文/ 实验报告 50% 自 选 □EM10 课堂互动 % □√EM11 实验 40% □EM12 实训 % □EM13 实践 % □EM14 期末考试 %

二、教学大纲的定位说明（一）课程教学目标与任务知识目标：1.培养学生的实验技能，能够解释材料的组成一结构－性能间的关系；2.能够正确描述材料的合成与制备过程，以及实验设备的局限性。能力目标：3.能够概述材料表征及性能检测基本技术，具备获取和分析数据的能力。4.在实验过程中，能够有效表达和交流，合作完成实验。5.具备组织内容，撰写实验报告的能力。素质、情感价值观目标：6.能够在实验过程中，遵守实验室安全、环保等相关规定。（二）课程教学目标与培养目标的关系课程教学目标毕业要求支撑强度5.2H12H3.1H5.333.1H4.1H4H3.155.2H6H3.1课程教学目标培养目标支撑强度13, 4H2H3, 43H3, 443H53H64M

3 二、教学大纲的定位说明 （一）课程教学目标与任务 知识目标： 1.培养学生的实验技能，能够解释材料的组成－结构－性 能间的关系； 2.能够正确描述材料的合成与制备过程，以及实验设备的 局限性。 能力目标： 3.能够概述材料表征及性能检测基本技术，具备获取和分 析数据的能力。 4.在实验过程中，能够有效表达和交流，合作完成实验。 5.具备组织内容，撰写实验报告的能力。 素质、情感价值观目标： 6.能够在实验过程中，遵守实验室安全、环保等相关规定。 （二）课程教学目标与培养目标的关系 课程教学目标 毕业要求 支撑强度 1 5.2 H 2 3.1 H 5.3 H 3 3.1 H 4.1 H 4 3.1 H 5 5.2 H 6 3.1 H 课程教学目标 培养目标 支撑强度 1 3，4 H 2 3，4 H 3 3，4 H 4 3 H 5 3 H 6 4 M

（三）支撑课程目标的教学内容与方法讲授+实际操作（四）先修课程要求，与先修及后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接先修课程：材料科学基础，固体化学，材料的合成与制备，材料的性能与表征（五）检验课程目标达成度的考核方法和评分标准考核阶段评价环节平时成绩（计60分）预习报告（10分）实验操作（40分）实验报告（计40分）实验报告（共50分）三、课程内容与安排教学学时序号教学内容教学要求方式高温的获得与测量及陶瓷材料烧结温度和烧结温度范围的测定1.了解测定陶瓷材料烧结性能的1．介绍测定陶瓷材料烧结性原理、掌握烧结温度和烧结温度范能的原理、烧结温度和烧结温围的测定方法：度范围的测定方法讲授，实162.根据坏体在熳烧过程中的致密验2.制备试样，并对其按一定程度的变化情况及其体积变化的步骤进行处理和缎烧。情况，结合生产实际制定出合理的3．计算试块的线收缩率、吸烧制度水率、显气孔率，确定试样的烧结温度和烧结温度范围，制定出合理的烧成制度。块状材料气孔率、吸水率、体1.了解材料结构组成；掌握块状积密度测定材料体积密度、真密度等物理量的讲授，实概念及其区别：241．介绍块状材料体积密度、验2.掌握块状材料气孔率、吸水率、真密度等物理量的概念；体积密度的测定方法。2.实验测定块状材料气孔率、4

4 （三）支撑课程目标的教学内容与方法 讲授+实际操作 （四）先修课程要求，与先修及后续相关课程之间的逻 辑关系和内容衔接 先修课程：材料科学基础，固体化学，材料的合成与制 备，材料的性能与表征 （五）检验课程目标达成度的考核方法和评分标准 考核阶段 评价环节 平时成绩（计 60 分） 预习报告（10 分） 实验操作（40 分） 实验报告（计 40 分） 实验报告（共 50 分） 三、课程内容与安排 序号 教学内容 教学要求 学时 教学 方式 1 高温的获得与测量及陶瓷材 料烧结温度和烧结温度范围 的测定 1．介绍测定陶瓷材料烧结性 能的原理、烧结温度和烧结温 度范围的测定方法 2．制备试样，并对其按一定 步骤进行处理和煅烧。 3．计算试块的线收缩率、吸 水率、显气孔率，确定试样的 烧结温度和烧结温度范围，制 定出合理的烧成制度。 1．了解测定陶瓷材料烧结性能的 原理、掌握烧结温度和烧结温度范 围的测定方法； 2．根据坯体在煅烧过程中的致密 程度的变化情况及其体积变化的 情况，结合生产实际制定出合理的 煅烧制度 6 讲授，实 验 2 块状材料气孔率、吸水率、体 积密度测定 1．介绍块状材料体积密度、 真密度等物理量的概念； 2．实验测定块状材料气孔率、 1．了解材料结构组成；掌握块状 材料体积密度、真密度等物理量的 概念及其区别； 2．掌握块状材料气孔率、吸水率、 体积密度的测定方法。 4 讲授，实 验

吸水率、体积密度1.了解影响陶瓷泥料可塑性能的因素；陶瓷泥料可塑性能1.介绍影响陶瓷泥料可塑性2.掌握采用可塑性指数对陶瓷原讲授，实3验能的因素料或坏料的可塑性进行评价的方法。2.实验测定可塑性指标3.了解可塑性指标的测试方法。1.了解无机非金属材料制备工艺及其控制参数；了解粘土及坏料的陶瓷坏料的干燥性能干燥性能指标（干燥收缩率、干燥1.介绍无机非金属材料制备临界水份、干燥灵敏指数；工艺及其控制参数：粘土及坏料的干燥性能指标：一般粘土2.了解一般粘土及陶瓷坏料的干讲授，实及陶瓷坏料的干燥收缩率、干燥收缩率、干燥临界水份、干燥灵44验燥临界水份、干燥灵敏指数的敏指数的范围及其对制定陶瓷坏范围及其对制定陶瓷坏体干体干燥工艺制度的关系：燥工艺制度的关系3.掌握测定干燥性能的实验原理2.实验测定坏料的干燥性能及方法。了解影响干燥性能的因素及调节干燥性能的措施。溶胶凝胶法制备TiO2粉体、薄膜1．了解溶胶、凝胶的基本概念、1.介绍溶胶、凝胶的基本概分类、及其结构特征；讲授，实念、分类、及其结构特征，溶52.了解溶胶一凝胶制备纳米粉体、胶一凝胶制备纳米粉体、薄膜验薄膜的方法，并采用溶胶一凝胶法的方法；制备纳米TiO2粉体或薄膜2.采用溶胶一凝胶法制备纳米TiO2粉体或薄膜磁性材料NiFe204的制备1.掌握共沉淀法及其制备磁性材1.介绍共沉淀法及其制备磁料的实验原理。讲授，实6性材料的实验原理；4验2．了解固相法和共沉淀法的优缺2.采用共沉淀法制备磁性材点。料（NiFe204.。微波水热法制备ZnS:Cu1.了解水热法制备超细粉体的原讲授，实理及其操作步骤和方法；1.介绍了解水热法制备超细74验粉体的原理及其操作步骤和2.掌握微波水热反应釜的使用。方法；介绍微波水热反应釜的5

5 吸水率、体积密度 3 陶瓷泥料可塑性能 1．介绍影响陶瓷泥料可塑性 能的因素 2．实验测定可塑性指标 1．了解影响陶瓷泥料可塑性能的 因素； 2．掌握采用可塑性指数对陶瓷原 料或坯料的可塑性进行评价的方 法。 3．了解可塑性指标的测试方法。 4 讲授，实 验 4 陶瓷坯料的干燥性能 1．介绍无机非金属材料制备 工艺及其控制参数；粘土及坯 料的干燥性能指标；一般粘土 及陶瓷坯料的干燥收缩率、干 燥临界水份、干燥灵敏指数的 范围及其对制定陶瓷坯体干 燥工艺制度的关系 2．实验测定坯料的干燥性能 1．了解无机非金属材料制备工艺 及其控制参数；了解粘土及坯料的 干燥性能指标(干燥收缩率、干燥 临界水份、干燥灵敏指数； 2．了解一般粘土及陶瓷坯料的干 燥收缩率、干燥临界水份、干燥灵 敏指数的范围及其对制定陶瓷坯 体干燥工艺制度的关系； 3．掌握测定干燥性能的实验原理 及方法。了解影响干燥性能的因素 及调节干燥性能的措施。 4 讲授，实 验 5 溶胶凝胶法制备 TiO2 粉体、 薄膜 1．介绍溶胶、凝胶的基本概 念、分类、及其结构特征，溶 胶－凝胶制备纳米粉体、薄膜 的方法； 2．采用溶胶－凝胶法制备纳 米 TiO2 粉体或薄膜 1．了解溶胶、凝胶的基本概念、 分类、及其结构特征； 2．了解溶胶－凝胶制备纳米粉体、 薄膜的方法，并采用溶胶－凝胶法 制备纳米 TiO2 粉体或薄膜 4 讲授，实 验 6 磁性材料 NiFe2O4 的制备 1．介绍共沉淀法及其制备磁 性材料的实验原理； 2．采用共沉淀法制备磁性材 料（NiFe2O4．。 1．掌握共沉淀法及其制备磁性材 料的实验原理。 2．了解固相法和共沉淀法的优缺 点。 4 讲授，实 验 7 微波水热法制备 ZnS:Cu 1．介绍了解水热法制备超细 粉体的原理及其操作步骤和 方法；介绍微波水热反应釜的 1．了解水热法制备超细粉体的原 理及其操作步骤和方法； 2．掌握微波水热反应釜的使用。 4 讲授，实 验

使用方法；2．使用微波水热法制备ZnS基荧光材料。溶液燃烧法制备红色荧光粉Y203:Eu3+1.了解溶液燃烧法制备颗粒的原理：1.介绍溶液燃烧法制备颗粒的原理和步骤：2.掌握溶液燃烧法合成材料的步讲授，实84验骤；2．使用溶液燃烧法合成荧光材料Y203:Eu3：3.使用溶液燃烧法合成荧光材料Y203:Eu33.测试Y203:Eu3的发射光谱。金属电沉积1.了解电沉积原理及方法1.介绍电沉积原理及方法：讲授，实92.掌握电沉积的工艺过程；验在铜片上电沉积镍镀层：2.3.了解电镀废液处理流程。3.处理镀镍废液。室温固相反应法合成氧化锌半导体材料1.学习室温固相反应法合成半导体材料的方法；1．介绍室温固相反应法的原讲授，实104验理和特点：2．练习固液分离操作和加热设备的使用。2.使用室温固相法制备CaWO4：Eu3+荧光材料。有机电致发光材料8-羟基喹啉1．了解电致发光的相关知识。铝的制备2.了解8-羟基喹啉铝的物理化学1.介绍电致发光的相关知识；性质及其光致发光与电致发光性讲授，实8-羟基喹啉铝的物理化学性质11能。4及其光致发光与电致发光性验能：有机金属配合物的相关知3.了解有机金属配合物的相关知识：识，掌握8-羟基喹啉铝的制备方法。2.制备8-羟基喹啉铝。金属氧化物的制备及其表面1.了解材料表界面及其改性的基改性研究本知识。讲授，实1241.介绍材料表界面及其改性2.掌握采用一种有机小分子对金验属氧化物表面修饰的制备及表征的基本知识。的方法2.使用改进的Massart方法制6

6 使用方法； 2．使用微波水热法制备 ZnS 基荧光材料。 8 溶液燃烧法制备红色荧光粉 Y2O3:Eu3+ 1．介绍溶液燃烧法制备颗粒 的原理和步骤； 2．使用溶液燃烧法合成荧光 材料 Y2O3:Eu3； 3．测试 Y2O3:Eu3 的发射光 谱。 1．了解溶液燃烧法制备颗粒的原 理： 2．掌握溶液燃烧法合成材料的步 骤； 3．使用溶液燃烧法合成荧光材料 Y2O3:Eu3 4 讲授，实 验 9 金属电沉积 1． 介绍电沉积原理及方法； 2． 在铜片上电沉积镍镀层； 3．处理镀镍废液。 1．了解电沉积原理及方法； 2．掌握电沉积的工艺过程； 3．了解电镀废液处理流程。 4 讲授，实 验 10 室温固相反应法合成氧化锌 半导体材料 1． 介绍室温固相反应法的原 理和特点； 2 ． 使 用 室 温 固 相 法 制 备 CaWO4：Eu3+荧光材料。 1．学习室温固相反应法合成半导 体材料的方法； 2．练习固液分离操作和加热设备 的使用。 4 讲授，实 验 11 有机电致发光材料8-羟基喹啉 铝的制备 1．介绍电致发光的相关知识； 8-羟基喹啉铝的物理化学性质 及其光致发光与电致发光性 能；有机金属配合物的相关知 识； 2．制备8-羟基喹啉铝。 1．了解电致发光的相关知识。 2．了解 8-羟基喹啉铝的物理化学 性质及其光致发光与电致发光性 能。 3．了解有机金属配合物的相关知 识，掌握 8-羟基喹啉铝的制备方 法。 4 讲授，实 验 12 金属氧化物的制备及其表面 改性研究 1．介绍材料表界面及其改性 的基本知识。 2．使用改进的 Massart 方法制 1．了解材料表界面及其改性的基 本知识。 2．掌握采用一种有机小分子对金 属氧化物表面修饰的制备及表征 的方法 4 讲授，实 验

备Fe304纳米晶，并用葡萄糖酸钠进行表面修饰，制备高度水溶性的Fe304纳米氧化物半导体材料的光1.了解半导体光催化的基本原理：催化性能2.掌握纳米TiO2降解有机物的过1.介绍半导体光催化的基本程以及对光催化效率的分析：讲授，实原理：133.了解紫外可见分光光度计测试验2.使用纳米TiO2降解罗丹明溶液相对浓度的方法；B，并评价光催化能力；4.探讨提高半导体氧化物光催化3.处理和分析数据。效率的方法。超级电容器的工作原理及测1.理解超级电容器的分类及工作试原理1.介绍超级电容器的分类及讲授，实工作原理，常用电化学测试技142.学习常用电化学测试技术4验术;3.掌握超级电容器的组装及电化2.组装超级电容器并测试电学性能的表征方法化学性能1．理解有机发光二极管器件、有机太阳能电池器件工作的基本原理，巩固半导体物理理论相关知识。2.掌握磁控溅射镀膜的基本原理，及实验装置的构造。真空镀膜技术制备半导体功3.掌握热蒸发镀膜的基本原理，虚拟仿15能器件（OLED、OSC：虚拟4真实验及实验装置的构造。仿真实验4.熟练掌握磁控溅法、热蒸发法、旋涂法等相关设备制备薄膜的操作规程。5.设计有机发光二极管、有机太阳能电池的基本原则，器件各功能层材料的基本要求。1.掌握BaTiO3纳米材料、以及依次包覆La203和Si02的“芯-壳”储能材料的制备及表征综合结构BaTiO3@La203@Si02复合虚拟仿16虚拟仿真实验材料和陶瓷材料的复杂制备过程真实验及影响因素。2．掌握纳米材料、复合材料和陶7

7 备 Fe3O4 纳米晶，并用葡萄糖 酸钠进行表面修饰，制备高度 水溶性的 Fe3O4 13 纳米氧化物半导体材料的光 催化性能 1．介绍半导体光催化的基本 原理； 2．使用纳米 TiO2 降解罗丹明 B，并评价光催化能力； 3．处理和分析数据。 1．了解半导体光催化的基本原理； 2．掌握纳米 TiO2 降解有机物的过 程以及对光催化效率的分析； 3．了解紫外可见分光光度计测试 溶液相对浓度的方法； 4．探讨提高半导体氧化物光催化 效率的方法。 4 讲授，实 验 14 超级电容器的工作原理及测 试 1．介绍超级电容器的分类及 工作原理，常用电化学测试技 术； 2．组装超级电容器并测试电 化学性能 1．理解超级电容器的分类及工作 原理 2．学习常用电化学测试技术 3．掌握超级电容器的组装及电化 学性能的表征方法 4 讲授，实 验 15 真空镀膜技术制备半导体功 能器件（OLED、OSC．虚拟 仿真实验 1．理解有机发光二极管器件、有 机太阳能电池器件工作的基本原 理，巩固半导体物理理论相关知 识。 2．掌握磁控溅射镀膜的基本原理， 及实验装置的构造。 3．掌握热蒸发镀膜的基本原理， 及实验装置的构造。 4．熟练掌握磁控溅法、热蒸发法、 旋涂法等相关设备制备薄膜的操 作规程。 5．设计有机发光二极管、有机太 阳能电池的基本原则，器件各功能 层材料的基本要求。 4 虚 拟 仿 真实验 16 储能材料的制备及表征综合 虚拟仿真实验 1．掌握 BaTiO3 纳米材料、以及依 次包覆 La2O3 和 SiO2 的“芯-壳” 结构 BaTiO3@La2O3@SiO2 复合 材料和陶瓷材料的复杂制备过程 及影响因素。 2．掌握纳米材料、复合材料和陶 4 虚 拟 仿 真实验

瓷材料的组成、相结构和微观形貌的表征，以及介电性能、储能性质测试过程及结果。3.熟悉反应配比和制备条件等因素对纳米材料、复合材料和陶瓷材料的相组成、微观结构和微观形貌，以及介电性能、储能性质的影响规律。4.全面了解化学制备、材料结构和材料性质和器件应用四者之间的相互关系。1.了解实验涉及的材料制备方法、结构分析、器件结构、性能表征的基本原理；材料科学前沿实验12.掌握实验中涉及的材料制备、讲授，实174学院教师最新科研内容转化验器件组装、结构分析、性能表征的的实验题目过程；3.掌握使用结构分析、性能表征仪器设备的基本方法和步骤。1.了解实验涉及的材料制备方法、结构分析、器件结构、性能表征的基本原理；材料科学前沿实验22.掌握实验中涉及的材料制备、讲授，实184学院教师最新科研内容转化器件组装、结构分析、性能表征的验的实验题目过程；3．掌握使用结构分析、性能表征仪器设备的基本方法和步骤。注：1、虚拟仿真实验题目根据实验空间（www.ilab-x.com）新题目的上线会做相应的更新。2、材料科学前沿实验根据学院老师科研转换实验的实际灵活安排。制定人：刘文晶审定人：王连文批准人：贺德衍日期：2024.10.108

8 瓷材料的组成、相结构和微观形貌 的表征，以及介电性能、储能性质 测试过程及结果。 3．熟悉反应配比和制备条件等因 素对纳米材料、复合材料和陶瓷材 料的相组成、微观结构和微观形 貌，以及介电性能、储能性质的影 响规律。 4．全面了解化学制备、材料结构 和材料性质和器件应用四者之间 的相互关系。 17 材料科学前沿实验 1 学院教师最新科研内容转化 的实验题目 1．了解实验涉及的材料制备方法、 结构分析、器件结构、性能表征的 基本原理； 2．掌握实验中涉及的材料制备、 器件组装、结构分析、性能表征的 过程； 3．掌握使用结构分析、性能表征 仪器设备的基本方法和步骤。 4 讲授，实 验 18 材料科学前沿实验 2 学院教师最新科研内容转化 的实验题目 1．了解实验涉及的材料制备方法、 结构分析、器件结构、性能表征的 基本原理； 2．掌握实验中涉及的材料制备、 器件组装、结构分析、性能表征的 过程； 3．掌握使用结构分析、性能表征 仪器设备的基本方法和步骤。 4 讲授，实 验 注： 1、虚拟仿真实验题目根据实验空间（www.ilab-x.com）新题目的上线会做相应的更新。 2、材料科学前沿实验根据学院老师科研转换实验的实际灵活安排。 制定人：刘文晶 审定人：王连文 批准人：贺德衍 日 期：2024.10.10