《材料物理性能綜合實驗》課程教學大綱一、課程名稱（中英文）中文名稱：材料物理性能綜合實驗英文名稱：ComprehensiveExperimentsinPhysicalPropertiesofMaterials二、課程編碼及性質課程編碼：0828131課程性質：必修課三、學時與學分總學時：8學分：0.25四、先修課程大學物理實驗課程，材料物理，材料物理性能課程五、授課對象材料科學與工程專業學生，也可供功能材料專業學生選修六、課程教學目的（對學生知識、能力、素質培養的貢獻和作用）本課程是本專業的核心課程之一，為材料科學與技術系專業的本科生提供強有力的材料物理性能實驗支持，以“材料物理實驗方法、材料物理量測量、材料物理性能和規律的研究”為主線，突出“性能測量、性能分析、性能研究”的訓練為本實驗課程的目的。使學生掌握材料所表現出不同的物理性能是由該材料的組成成分和微觀結構來決定的。掌握測量材料物理性能的一些方法，熟悉常用測試手段與裝置的應用。更重要的是學習了解設備的工作原理、設計思想，可以為學生將來提高學生分析問題和解決問題的能力，以及設計和創新的能力，將理論與實踐緊密的結合起來、為將來進一步的科學研究和工程應用打下基礎。表1課程目標對畢業要求的支撐關系畢業要求及其指標點本課程目標對畢業要求的支撐關系畢業要求指標點畢業要求1：工程知識能夠將數學、自然科學、工程基礎和專業知識用于解決復雜工程問題。1.1掌握了用于解決材料成型及控制工程復雜問題的數學基礎知識。1.2掌握了用于解決材料成型及控制工程復雜問題的物理、化學等自然科學基礎知識。1.3掌握了用于解決材料成型及控制工程復雜問題的工程力學基礎知識。1.4掌握了用于解決材料成型及控制工程復雜問題的工程檢測與控制基礎知識。1.5系統掌握了專業知識，能夠將所學知識用于解決材料成型及控制工程復雜問題。課程目標1、課程目標3畢業要求2：問題分析能夠應用數學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，以獲得有效結論。2.1能夠應用工程數學基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，以獲得有效結論。如：復雜的模具設計。2.2能夠應用物理、化學基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，獲得有效結論。如：物理綜合實驗。2.3能夠應用力學基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，獲得有效結論。如：工程力學綜合實驗。2.4能夠應用工程科學基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，獲得有效結論。如：工程控制實驗中的建模與分析。畢業要求3：設計/開發解決方案能夠設計針對復雜工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的系統、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設計環節中體現創新意識，考慮法律、健康、安全、文化、社會以及環境等因素。3.1了解機械工程、材料成型及控制工程問題特征，掌握解決復雜工程問題的設計方法。3.2在考慮法律、健康、安全、文化、社會以及環境等制約因素的前提下，能夠設計（開發）針對復雜材料成型及控制工程問題的解決方案，具備設計（開發）滿足特定材料成型及控制工程需求的系統、單元（部件）或工藝流程的能力。課程目標3、課程目標43.3在設計（開發）過程中，具有追求材料成型及控制工程復雜問題創新解決的態度和意識，掌握了基本的創新方法，清楚創新方向及領域。畢業要求4：研究能夠基于科學原理并采用科學方法對復雜工程問題進行研究，包括設計實驗、分析與解釋數據、并通過信息綜合得到合理有效的結論。4.1掌握材料熱加工成形原理及特點，能夠采用科學方法，具備合理設計材料成型及控制工程（模具）復雜實驗、開展科學研究的能力。4.2掌握材料成型及控制工程原理及主要工藝，能夠采用科學方法，正確構建并實施材料成型及控制工程綜合實驗，得出正確結果的能力。4.3能正確使用和處理實驗數據，通過信息綜合處理，具備對復雜的材料成型及控制工程實驗結果進行正確分析能力。4.4了解常見的材料成型及控制工程常用設備、實驗儀器及實驗方法，具備調控設備及儀器參數，進行測控和維護的能力。課程目標2、課程目標4畢業要求5：使用現代工具能夠針對復雜工程問題，開發、選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程工具和信息技術工具，包括對復雜工程問題的預測與模擬，并能夠理解其局限性。5.1掌握文獻檢索、資料查詢、現代網絡搜索工具的使用方法。5.2了解材料成型及控制工程專業重要資料來源及獲取方法。5.3具備應用各類文獻、信息及資料進行復雜材料成型及控制工程實踐的能力。5.4掌握復雜材料成型及控制工程問題的預測與模擬方法，理解其局限性。畢業要求6：工程與社會能夠基于工程相關背景知識進行合理分析，評價專業工程實踐和復雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應承擔的責任。6.1了解與工程相關的國家方針、政策與法律法規，能夠評價工程實踐對社會、健康、安全、法律以及文化的影響。6.2了解材料成型及控制工程專業特點及其對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，能夠正確評價復雜成型及控制工程問題解決方案的優劣。6.3能正確認識材料成型及控制工程各種復雜工藝對于客觀世界和社會的影響，理解并能夠承擔的相應工程和社會責任。畢業要求7：環境和可持續發展能夠理解和評價針對復雜工程問題的工程實踐對環境、社會可持續發展的影響。7.1了解材料成型及控制工程的專業特征、學科前沿和發展趨勢，正確認識本專業對于社會發展的重要性。7.2能正確理解和評價材料成型及控制工程復雜問題實施對環境保護及社會可持續發展等的影響。7.3在解決復雜的材料成型及控制工程的實際問題中，能夠正確理解并考慮工程實踐對環境、社會可持續發展的影響。畢業要求8：職業規范具有人文社會科學素養、社會責任感，能夠在工程實踐中理解并遵守工程職業道德和規范，履行責任。8.1具有人文社會科學素養，理解世界觀、人生觀的基本意義及其影響。8.2了解中國國情，理解中國可持續科學發展道路以及個人的做人規范，具有較高的社會責任感。8.3在工程實踐中，理解工程師的職業性質、職業責任,具備工程師的職業道德8.4具有健康的體質和良好的心理素質，能較好地履行責任。畢業要求9：個人和團隊能夠在多學科背景下的團隊中承擔個體、團隊成員以及負責人的角色。9.1具備較寬廣的本學科基礎知識和較高的個人素質，能夠在多學科背景下，承擔個人及團隊成員的作用。9.2具備良好的團隊協作精神，善于和團隊其它成員協作、互補、交往。9.3能夠承擔團隊負責人角色，具備綜合團隊成員意見和建議，進行合理決策之領導能力。畢業要求10：溝通能夠就復雜工程問題與業界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設計文稿、陳述發言、清晰表達或回應指令。并具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流。10.1較好地掌握了一門外語，了解不同文化的差異，具有一定的跨文化交流能力。10.2了解本專業領域及其相關行業的國內外的技術現狀，具有較強的業務溝通能力與競爭能力。10.3能夠應用現代工具撰寫報告、設計文稿、陳述發言、清晰表達或回應指令，就復雜的專業工程問題進行有效溝通和交流。畢業要求11：項目管理理解并掌握工程管理原理與經濟決策方法，并能在多學科環境中應用。11.1了解機械及材料工程管理和經濟決策的基本知識，理解并掌握工程管理原理與經濟決策方法。11.2具備應用工程管理和經濟決策知識實踐的工作能力，具有一定的組織、管理及領導能力，能夠較好地通過口頭或書面方式表達自己的想法。11.3具有較強的綜合歸納能力，能在多學科環境中加于應用。畢業要求12：終身學習具有自主學習和終身學習的意識，有不斷學習和適應發展的能力。12.1對終身學習的重要性，有自覺的意識和正確的認識。12.2能夠采用合適的方法，自我學習、提高的能力。12.3能夠適應社會進步與發展，與時代同步。七、教學重點與難點：教學重點：導熱系數的測試和分析要求學生理解傳熱機制、掌握導熱系數的熱量方法。學會科學評定實驗結果。磁化曲線和磁滯回線的測繪和分析掌握鐵磁材料磁滯回線的概念，掌握測繪動態磁滯回線的原理和方法。學會測定樣品的HC、Br、Hm和Bm等參數。材料介電常數測試與分析理解介電常數的物理意義和測試原理，掌握2總測介質相對介電常數的測定方法。線膨脹系數測試分析掌握PCY型高溫臥式膨脹系數測定儀的工作原理和使用方法。測量銅，鋁，剛玉和不銹鋼等不同材料的線膨脹系數。分析結果及原因。數碼成像與CCD圖像傳感器的應用掌握線性CCD掃描傳感器的工作原理，并會利用線陣CCD進行物體外形尺寸的測量、物體的傾斜角度、條形碼的測量與識別實驗、物體的振動頻率等鐵磁材料居里點的測定了解鐵磁性材料在居里溫度點由鐵磁性變為順磁性，從而了解整個磁性材料參數變化的微觀機理。認識用感應法測定磁性材料的～T曲線并求出其居里溫度的這一過程。教學難點：實驗理論原理實驗設備的設計思想測量出結果后實驗結果的評價。八、教學方法與手段：教學方法：（1）采用現代化教學方法（含PPT演示，設備照片，影像資料等），講授各類成型裝備的工作原理、結構組成及應用特點，以提高教學效果及效率；（2）采用課堂教學、交流討論、小組實驗的方式，進行課堂互動，吸引學生的注意力、激發學生的學習熱情，提高學生的學習效果。教學手段：結合每個實驗本身的特點，有的放矢地做好課堂教學前的設備樣機（可借助圖片、影像等手段）展示教學；再結合必要的實驗教學與實踐環節，加深學生對課堂實驗內容的理解與掌握并能夠按要求操作實驗設備并測出正確合理的數據來。并且能做一些研究性的實驗。九、教學內容與學時安排（1）總體安排教學內容與學時的總體安排，如表2所示。表2基本教學內容與學時安排序號實驗項目名稱實驗要求實驗類型計劃學時課外（課前預習、書寫預習報告、課后完成報告、做思考題等）學時1導熱系數的測試和分析選作綜合442磁化曲線和磁滯回線的測繪和分析選作基礎443材料介電常數測試與分析選作基礎444線膨脹系數測試分析選作綜合445數碼成像與CCD圖像傳感器的應用選作綜合236鐵磁材料居里點的測定選作基礎23（2）具體內容各實驗項目的具體實驗項目的實驗內容如下：導熱系數的測試和分析①了解熱傳導現象的物理過程。②了解物體散熱速率和傳熱速率的關系。③學習真空熱流法測量材料導熱系數的實驗方法。磁化曲線和磁滯回線的測繪和分析①認識鐵磁物質的磁化規律，比較兩種典型的鐵磁物質的動態磁化特性。②掌握鐵磁材料磁滯回線的概念。③掌握測繪動態磁滯回線的原理和方法。④測定樣品的基本磁化曲線，作μ－H曲線。⑤測定樣品的HC、Br、Hm和Bm等參數材料介電常數測試與分析①理解介電常數的物理意義和測試原理。②掌握固體介質相對介電常數的測定方法。③掌握液體介質相對介電常數的測定方法。線膨脹系數測試分析①掌握PCY型高溫臥式膨脹系數測定儀的工作原理和使用方法。②測量銅，鋁，剛玉和不銹鋼等不同材料的線膨脹系數。③學會使用origin分析數據，分析結果及原因。數碼成像與CCD圖像傳感器的應用①利用線陣CCD進行物體外形尺寸的測量;②利用線陣CCD測量物體的傾斜角度;③條形碼的測量與識別實驗;④用線陣CCD測量物體的振動;5、利用線陣CCD測圖像.鐵磁材料居里點的測定①通過實驗現象的觀察，初步了解鐵磁性材料在居里溫度點由鐵磁性變為順磁性，從而了解整個磁性材料參數變化的微觀機理。②認識用感應法測定磁性材料的～T曲線并求出其居里溫度的這一過程。第2章思考題：導熱系數的測試和分析①什么叫穩定導熱狀態（簡稱穩態）？如何判定實驗達到了穩定導熱狀態？②樣品的導熱系數大小與那些因素有關？③樣品的導熱系數大小與導熱性能有什么關系？磁化曲線和磁滯回線的測繪和分析①在測繪磁滯回線和基本磁化曲線時，為什么要先退磁？如何退磁？②觀察樣品1和樣品2的磁滯回線的不同，說明哪個樣品為軟磁材料，哪個樣品為硬磁材料？如何判斷鐵磁材料屬于軟、硬磁性材料？③鐵磁材料的磁化過程是可逆過程還是不可逆過程？用磁滯回線來解釋。材料介電常數測試與分析在測量固體、液體電介質的相對介電常數過程中，能否移動或接觸測量導線？為什么？厚度均勻，而形狀不規則的固體樣品，能否用本實驗中的電橋法測試其相對介電常數？③能否用現有的實驗儀器測量氣體的介電常數？線膨脹系數測試分析對于一種材料來說，線膨脹系數是否一定是一個常數？為什么？試分析兩種不同材料，在同樣的溫度變化范圍內,它們的線膨脹系數是否相同?為什么?本實驗中通過可以通過注意哪些因素，可以減少實驗誤差？數碼成像與CCD圖像傳感器的應用簡述線陣CCD成像原理。簡述線陣CCD測量物體外形尺寸和測量物體的傾斜角度原理。測條形碼的及物體的振動的工作原理。鐵磁材料居里點的測定試說明順磁性，逆磁性和鐵磁性的特點。解釋圖3中μ-H和B-H的物理意義。十、教學參考書及文獻配套教材：材料物理性能測試教學實驗，馬南鋼，機械工業出版社十一、課程成績評定與記載考核方式單個實驗考核及評價細則，詳見表3。表3課程考核及評價細則成績組成考核/評價環節分值考核/評價細則對應的教學目標操作成績50%預習情況及預習報告書寫情況30%上課前，會檢查學生的預習和預習報告，講課時會提一些問題，檢查學生的預習情況。并給出這部分成績。123實驗操作和數據情況60%課堂中，查看學生對儀器的原理的理解，以及是否按要求正確操作，實驗后檢查學生數據的正確性。并給出這部分成績。123紀律情況10%實驗過程中的紀律情況，并給出這部分成績123報告