材料综合实验教学大纲
一、课程基本信息
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材料综合实验 Comprehensive Experiments for Materials |
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课程类别 |
专必 |
课程编码 |
MSE368 |
开课单位 |
材料科学与工程学院 |
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学分 |
3 |
学时 |
108 |
授课年级 |
2019级 |
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面向专业/大类 |
材料化学Materials Chemistry |
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课程负责人 |
刘军民 |
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先修课程 |
普通化学；有机化学；物理化学；分析化学 |
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是否为一年级大类基础课程，且期末考核形式为“考试” |
否 |
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课程目的与 教学基本要求 （应与课程思政相结合，体现思政要求） |
材料综合实验目的在于为学生提供一个验证课堂所学理论并与实际相结合的平台，通过综合实验的训练，要求学生能完成一项完整的研究工作，了解科学研究的基本过程，巩固动手能力和操作技能，掌握材料领域的各种实验方法、原理、技能及其综合应用，培养分析问题解决问题的能力，提高学生综合创新能力。鼓励、引导学生开展具有现实意义的科研创新活动，引导学生把实现个人价值与实现社会价值紧密结合起来，增强学生参与科研活动的使命感与神圣感。 课程设置在第七个学期，一方面是考虑专业基础课和专业课刚刚结束，综合实验可以将专业知识复习巩固，并在实验操作中深入领会课程知识；另一方面在进入四年级的毕业论文前，学生借此实验熟悉专业实验的基本操作、材料表征方法和材料性能检测，为毕业论文工作打下基础。 |
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二、课程基本内容（要求有一定的字数，不能过于简单）
（一）教学进度表
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章节次序及名称(细化至节，必填) |
主要教学内容(必填) |
所需学时(必填) |
课程思政元素(必填) |
重点、难点(选填) |
周次(选填) |
备注(选填) |
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实验内容、安排、要求和安全介绍 |
3 |
以我国新能源，新动力技术研发获得突破，成为世界新能源汽车研发的代表性国家为主线，从我国《节能与新能源汽车产业发展规划》介绍我们的战略制定，技术攻关布局，示范推广和产业化等方面分析说明我国社会主义制度的科研优势，引导学生树立远大的理想和爱国主义情怀。 |
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第4 周 |
无 |
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Pt/C催化剂的制备及其电催化还原性能研究 |
21 |
爱国主义精神、民族自豪感和社会责`````任感 |
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第5 周 |
学生通过查阅文献，了解燃料电池中电还原反应催化剂的种类及特点；掌握制备纳米Pt /C催化剂的方法；学会利用XRD、TEM表征催化剂的结构及形貌；通过电化学实验方法了解影响电还原反应催化活性的因素与规律。 |
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不同晶型TiO2的制备及其光催化性能研究 |
21 |
绿色化学和实事求是的科学探究精神 |
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第6 周 |
通过查阅文献，了解TiO2作为光催化材料的重要性；掌握制备不同晶型的TiO2纳米粉体的方法，了解制备温度对材料晶型的影响；学会利用XRD、TEM方法表征不同晶型TiO2的结构及形貌，用UV-Vis光谱研究光催化剂对染料的降解性能；掌握光催化实验和原理，理解光催化产生的原因。 |
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嘧啶羧酸金属配合物合成及荧光性质表征 |
21 |
以设计性实验为载体，激发敢于尝试的创新精神和勇于批判的质疑精神 |
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第7 周 |
通过查阅文献，了解稀土配合物的荧光性质及其在发光材料领域的重要应用价值；掌握嘧啶羧酸配体及其配合物的合成方法；学会利用元素分析，XRD 和红外光谱对配体和配合物的结构和相纯度进行表征，用荧光光谱方法测定配合物的激发和发射光谱；理解配合物结构和荧光性质的关系。 |
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聚乙烯醇缩甲醛胶水的制备与分析 |
21 |
质疑精神、探究与创新精神和团队协`````作精神 |
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第8 周 |
通过文献了解聚乙烯醇缩醛化的反应原理；掌握107 胶水的粘度、固含量和游离甲醛含量的测定方法；学习缩醛化度和转化率的计算方法并能用来评价反应进行的程度；通过红外光谱法了解高分子官能团侧基的反应情况。 |
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紫甘蓝色素的提取与分析 |
21 |
倡导绿色化学课堂，根植环保意识，培养学生守护家园的社会责任感 |
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第9 周 |
通过文献了解色素提取的基本原理，工艺和方法；掌握紫甘蓝色素的提取和提纯方法；研究金属离子和不同酸度对紫甘蓝色素的影响；了解紫甘蓝色素的紫外吸收基本性质。 |
合计:108
（二）教学环节安排
（对各种教学环节的安排如：实验、实习、习题课、作业等以及本课程与其他相关课程的联系、分工等作必要说明，教学环节的安排体现高阶性、创新性、挑战度）
1. 本课程单独设课，包括讲座、预习、实验、课后作业、实验报告撰写等教学环节。
2. 课程安排一次讲座。讲座的主要内容是实验室安全、课程安排、学生分组、实验数据处理及作图、实验报告撰写、考核办法等。
3. 除讲座周外，每一周需完成1个实验，每个实验耗时约21小时。
4. 学生在教师的指导下进行实验的实践活动。实验前学生必须查阅相关文献，认真预习实验内容，写出实验预习报告，指导教师在学生动手实验前，讲解实验的基本原理、基本操作方法、注意事项。
5. 实验过程中，要求学生认真观察每个实验现象，如实地做好实验记录，实验完毕，必须将实验原始记录交指导教师审核签名，清洗、整理好实验仪器后，方能离开实验室。
6. 学生应按要求撰写实验报告，不得互相抄袭，报告要按时交，同时要提交有教师签名的预习报告。
（三）教学方法
（包括课堂讲授、提问研讨，课后习题和答疑等情况，要增加团队学习、小组大作业、实验课和理论课的结合、使用信息技术方法、由教师和知识为中心转化为以学生和学习为中心）
1. 本课程每个实验都有规定的模板，由任课教师在学期初发布。模板都包含基本信息、实验前思考题、实验目的、仪器设备、实验原理、实验步骤、数据记录表格、数据处理、结论、实验后思考题等内容，学生按要求在规定的时间内填写。最后作为一份完整的实验报告提交给任课教师。
2. 本课程实行小班授课制，一位教师负责一个班约12人，在助教和实验技术人员协助下完成实验教学，每位教师需辅导本课程安排的所有实验项目。
3. 教师在每次实验前需检查学生的预习报告，并向学生介绍实验所配置仪器的使用方法、实验测量的要点及安全注意事项等。学生实验过程中出现问题时，教师需引导学生去分析问题、解决问题，而不是代替学生完成实验。
（四）课程教材（主讲教材尽量使用“马工程”和国家规划教材，在同类教材中，优先选用国家级规划教材，凡教材选用范围中有“马工程”重点教材的，必须选用工程重点教材。）
自编讲义
（五）主要参考书目
（推荐若干参考书，并注明书名、作者、出版社、版本、出版日期等，每个章节指定一定数量、明确的阅读资料）
1. 刘汉标, 石建新, 邹小勇. 基础化学实验[M]. 北京: 科学出版社, 2008.
2. 张兴荣, 李奇方. 高分子科学实验[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004.
3. 洪广言. 稀土发光材料: 基础与应用[M]. 北京: 科学出版社, 2011.
4. 杨万龙, 李文友. 仪器分析实验[M]. 北京: 科学出版社, 2008.
5. 罗春华, 董秋静, 张宏. 材料化学专业综合实验[M]. 北京: 机械工业出版社, 2015.
参考文献：
1. 郑丹, 赵欣, 陶伟, 郭章飞. 纳米Pt/C的制备及其对H2O2的电催化还原研究[J]. 广州化工, 2013, 41, 195-197.
2. Ma J., Choudhury N. A., Sahai Y. A comprehensive review of direct borohydride fuel cells[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2010, 14, 183-199.
3. Miley G. H., Luo N., Mather J. Direct NaBH4/H2O2 fuel cells[J]. Journal of Power Sources, 2007, 165, 509-516.
4. 杜娴, 杜慧玲. TiO2的混晶效应与光催化性能综合实验研究[J]. 实验技术与管理, 2016, 33, 58-60.
5. Shiraishi F., Miyawaki A., Chand R. A mechanism of the photocatalytic decomposition of 2,4-dinitrophenol on TiO2 immobilized on a glass surface[J]. Chemical Engineering Journal, 2015, 262, 831-838.
6. So S., Lee K., Schmuki P. Ultrafast growth of highly ordered anodic TiO2 nanotubes in lactic acid electrolytes[J]. Journal of the American Chemical S
（六）成绩评定方式
（原则上平时成绩（包括期中考试、课堂讨论、测验、作业、论文、出勤情况等）占总成绩的40%，期末成绩占总成绩的60%）
每次实验成绩，为100分，含四个部分：预习（15%）+操作（10%）+纪律（5%）+报告（70%）。本实验课程含五个实验，最后总成绩是五个实验的平均分。