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高等学校材料化学专业规范(讨论稿)
2006-09-01  全国高等学校教学研究中心  材料科学与工程教学指导委员会

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11.s区元素

IA、IIA族元素及其化合物

12.p区元素(一)

硼、碳、硅、氮、磷单质制备化合物三中心二电子键硼烷碳纤维高能燃料人造金刚石半导体硅硅烷分子筛惰性电子对效应

13.p区元素(二)

氧、臭氧、过氧化氢单质制备硫、卤素稀有气体

14.d区元素

d区元素通性钛铬锰铁钴镍铜锌镉汞单质性质和制备化合物

15.f区元素

镧系元素稀土元素镧系收缩特征氧化态氧化物氢氧化物配合物溶剂萃取法离子交换法锕系元素

16.氢

氢制备用途同位素氢化物分类氢能源

 

Ⅴ.有机化学

l.有机化合物的同分异构、结构、命名和物理性质

(1) 有机化合物的同分异构现象

(2) 有机化合物结构的各种表示方法

(3) 有机化合物的命名IUPAC命名原则和中国化学会命名原则

(4) 有机化合物的物理性质及其与结构的关系

2.有机化学反应

(1) 重要官能团化合物的典型反应及相互转换的常用方法

重要官能团化合物:烷烃烯烃炔烃脂环烃卤代烃芳烃醇酚醚醛酮*醌羧酸及其衍生物胺及其他含氮化合物基本杂环化合物

(2) 主要有机反应:取代反应加成反应消除反应重排反应

缩合反应氧化还原反应自由基反应周环反应

3.有机化学的基本理论及反应机理

(1) 诱导效应共轭效应超共轭效应立体效应

(2) 共振论简介

(3)碳正离子碳负离子自由基*卡宾*苯炔等活性中间体

(4) 有机反应机理的表述

4.有机合成

(1) 官能团导入转换保护

(2) 碳碳键形成及断裂的基本方法

(3) 合成子分析的基本要点及其在有机合成中的应用

5.有机立体化学

(1) 几何异构对映异构构象异构等静态立体化学的基本概念

(2) 构型的标识D/LR/S

(3)主要有机反应的立体化学

*(4)外消旋体的拆分方法不对称合成简介

6.有机化合物常用的化学、物理鉴定方法

(1) 常见官能团的特征化学鉴别方法

(2) 常见有机化合物的核磁共振谱红外光谱紫外光谱质谱的谱学特征

*(3) 运用化学方法及谱学方法对简单有机化合物进行结构鉴定

*7.元素有机化学和生物有机化学简介

 

Ⅵ.材料科学基础

1.材料引言

(1)材料种类

(2)结构—性质—工艺过程之间的关系

(3)材料的选择

2. 数学序言(选讲)

(1) 材料科学中的数学

(2) 唯象理论

(3) 组合

(4) Stirling近似法

3.晶体结构

(1) 晶体结构基础知识

(2) 质点间键合与晶体结构

(3) 晶体结构与性质

(4) 硅酸盐晶体结构与性质

4.晶体结构缺陷

(1) 缺陷种类

(2) 点缺陷与材料的光电性质

(3) 线缺陷与材料的力学性质

(4) 面缺陷与材料韧性

(5) 组成缺陷与固溶体

(6) 非化学计量化合物与半导体

5.非晶态结构与性质

(1) 熔体结构

(2) 熔体性质

(3) 玻璃形成

(4) 玻璃结构

6.表面结构与性质

(1) 固体表面结构

(2) 单晶表面结构

(3) 非单晶表面结构

(4) 吸附与粘附

(5) 摩擦

7.相平衡与相图

(1) 相律及相平衡研究方法

(2) 单元系统

(3) 二元系统

(4) 三元系统

(5) 三元交互系统

(6) 四元系统

8.基本动力学过程-扩散

(1) 扩散动力学方程——Fick定律

(2) Fick定律的应用

(3) 固体扩散机构与扩散系数

(4) 扩散系数与浓度的关系——俣野方法

(5) 影响扩散的因素

9.材料中的相变

(1) 相变热力学

(2) 成核—生长相变

(3) 旋节分解

(4) 马氏体相变

(5) 有序—无序转变

(6) 相变与弥散强化

10.材料制备中固相反应

(1) 固相反应概论

(2) 固相反应机理

(3) 固相反应动力学

(4) 影响固相反应的因素

11.材料制备中的烧结与显微结构的控制

(1) 烧结概论

(2) 烧结机理

(3) 固相烧结

(4) 再结晶与晶粒长大

(5) 液相烧结

(6) 特种烧结

(7) 影响烧结的因素

12.腐蚀与磨损

(1) 腐蚀

(2) 氧化

(3) 辐射损伤

13.疲劳与断裂

(1) 疲劳

(2)断裂起源与评价

3.构建课程体系

知识体系给出了本专业的知识框架,但这些知识要通过课程教学来传授给学生。因此,构建相应的课程和课程体系十分重要。各校既可以可按照本专业的特色构建课程体系(例如,以某一类材料为主线、融合知识体系内容构建专业课体系),各学校也可按照本校的特色构建课程体系。课程教学包括理论课程教学和实验课程教学。课程可以按知识领域进行设置,也可以由一、两个知识领域构成一门课程,还可以从各知识领域中抽取相关的知识单元组成课程,但最后形成的课程体系应覆盖知识体系的知识单元尤其是核心知识单元。

专业课程体系由核心课程和选修课程组成。核心课程应该覆盖知识体系中的全部核心单元及部分选修知识单元。同时,各高校可选择一些选修知识单元、反映学科前沿和反映学校特色的知识单元组织到选修课程中。

4.构建实践教学内容及体系

为提高学生的实践能力和创新精神,材料化学专业必须加强实性践环节的教学,采用顶层设计的方法,总体构建实践性环节教学体系,着重培养以下能力:(1)实验技能;(2)工艺操作能力;(3)工程设计能力;(4)科学研究能力;(5)社会实践能力等。实践教学包括独立设置的实验课程、课程设计、教学实习、社会实践、科技训练、综合论文训练等多种形式。除表1中所列实验和实践教学内容外,基础课程和理论课程均应有相应的实验环节和课程。这包括基础化学实验、基础物理实验、计算机上机实验等。

1实验和实践教学体系

课程名称

至少

周数

至少

学分

备注

军事训练

3

3

 

入学教育

1

1

了解大学学习方法及专业基本内涵

认识实习

1

1

一般专业课开始前完成,对材料生产和加工过程及应用的感性认识

生产实习

3

3

对材料生产及加工过程中设备工作原理及工艺过程控制的了解

专业实验

3

3

材料合成、制备与性能综合实验等

毕业环节实践

16

16

毕业前的综合训练,完成研究论文或工程设计

根据各校实际增设实践环节

5

5

 

小计

32

32

不少于32周。专业基础实验(如基础化学实验等)为单独的实验课程,未列入表一中。其具体要求见表二。

化学实验是材料化学教学中一门独立课程,其目的不仅是传授化学知识,更重要的是培养学生的能力和优良的素质。通过化学实验课学生应受到下列训练:掌握基本操作,正确使用仪器,取得正确实验数据;正确记录、处理数据和表达实验结果的能力;认真观察现象进而分析判断、逻辑推理、作出结论的能力;正确设计实验(选择实验方法、实验条件、仪器和试剂等)解决实际问题的能力;通过查阅手册、工具书及其他信息源获得信息的能力。而培养学生实事求是的科学态度、勤俭节约的优良作风、相互协作的团队精神、勇于开拓的创新意识,应该始终贯穿整个实验教学。

表2材料化学专业化学实验教学基本内容

操作及技术

玻璃仪器的洗涤及干燥

滴定管、移液管及容量瓶的使用校正

台式天平、分析天平、电子天平的使用

溶液的配制

滤纸和滤器的使用

加热方法(直接加热水浴加热油浴加热)

煤气灯和喷灯(酒精或煤气喷灯)的使用

冷却方法(冷凝管水浴冰盐浴)

搅拌方法(机械搅拌电磁搅拌)

固液分离(倾析常压过滤减压过滤离心分离)

沉淀转移洗涤烘干灼烧

结晶和重结晶

气体制备、净化和吸收

溶剂萃取

试样的干燥(烘干真空干燥和干燥剂的选择)

回流

蒸馏(简单蒸馏分馏和精馏减压蒸馏水蒸气蒸馏共沸蒸馏)

高压钢瓶的识别和使用

压力的控制与测量(包括真空的获得和检漏)

压力计的使用(包括真空计)

温度的控制与测量

热电偶温度计的选择和使用

流体的加料、稳压和稳流

流量的测量与流量计校正

常用电极的制备

化合物的合成

无机物制备(热分解复分解氧化还原等)

有机物制备(常量、小量、半微量合成多步合成光、微波、超声及电化学合成等)

配合物合成(配体取代直接反应氧化还原等)

基本物理量及有关参数的测定

(1) 基本物理量:浓度pH值摩尔气体常数阿伏加德罗常数熔点沸点蒸气压密度粘度折射率比旋光度溶解度

(2) 热力学性质:温度热效应活度系数平衡常数

(3) 电学性质:电导电动势离子迁移数ζ电位

(4) 表面与胶体:表面张力固体比表面积胶体电泳速率

(5) 结构:磁化率偶极矩摩尔折射度

(6) 动力学性质:反应级数反应速率常数活化能

化学实验仪器与设备

(1) 常用仪器及设备:大气压力计(数显压力计)温度计(玻璃热敏电阻热电偶)天平(台式天平分析天平电子天平)pH计电导率仪旋光计 折射率仪温差测量计 氧弹热量计温度控制仪(常温高温)真空泵超级恒温槽检流计稳压电源(直流交流)安培表马弗炉管式炉烘箱搅拌器记录仪万用表U-压力计(数显式低真空压力计数显微压差压力计)小电容仪磁天平差热分析仪熔点测定仪计算机离子活度计

(2) 常用分析仪器:分光光度计紫外可见分光光度计红外光谱仪原子发射光谱仪原子吸收分光光度计气相色谱仪高效液相色谱仪单扫描示波谱仪微库仑计示波器

(3) 选用仪器*:荧光光度计X衍射仪质谱仪核磁共振仪顺磁共振仪循环伏安计 高压反应釜数显温度计元素分析仪微波器超声波发生器

* 选用仪器各校应努力创造条件配备

四、本专业的教学条件

1.师资力量

有年龄及知识结构合理、相对稳定、水平较高的师资队伍,有学术造诣较高的学科带头人,承担本专业主要课程的任课教师不少于8人,高级职称教师人数不少于2人,中高级教师人数比例不低于85%,具有高级职务教师和研究生学位教师人数在专任教师中比例不低于30%。

2.教材

教材选用要符合教学大纲或专业规范,基础课程的教材应为正式出版教材,专业课程至少应有符合教学大纲的讲义。

3.图书资料

公共图书馆中有生均40种与专业有关的图书、刊物、资料、数字化资源和具有检索这些信息资源的工具。

4.实验室

基础课程实验室要达到一定的要求,每个学生拥有的实验仪器设备要有材料分析、材料性能测试、材料合成、制备和加工等实验室。专业实验室仪器设备的固定资产总额应达到生均5000元以上,必须具有满足核心课程所需的实验条件,各校可根据自己的专业方向和具体情况有所侧重。

5.实习基地

要有相对稳定的实习基地,实习基地应达到教学要求。各校可通过多种途径,在校内外建设实习基地。

6.教学经费

新设本专业,开办经费一般不低于50万元(不包括固定资产)。每年的正常教学经费不低于生均1000元。

五、制定本专业规范的主要参考指标

制定专业规范要有一定的量化指标,考虑到各校的教学管理制度不同,不能将指标统一固定,本专业规范要以举例或推荐的方式提出制定本专业规范所依据的主要参考指标。例如:

(1)本科学制:基本学制四年,实行学分制的学校可以适当调整为3~8年。

(2)在校总周数:200~202周(其中教育教学166~168周,寒暑假32~34周)。

(3)一般四年制专业,普通教育(通识教育)与专业教育的总学分为180~200学分左右,特殊专业可以增加到250学分左右。综合教育的学分本专业规范不作规定。

(4)普通教育(通识教育)的学分为90~100学分,其中应包括:①政治思想教育和人文社会科学学分;②经济管理学分;③自然科学学分;④体育学分;⑤外语学分;⑥计算机信息技术学分。各校可以根据实际情况适当调整学分。

(5)专业教育的学分90~100学分。

(6)实践教学学分占普通教育(通识教育)和专业教育总学分的参考比例,各校可根据具体的特点进行确定。

(7)学时与学分的折算办法:未实行学分制的学校,学时与学分的折算由各校根据学校实际情况自行决定。本规范建议课程教学按16学时折算1学分、集中实践性环节按每周折算为1学分的方法折算。在特殊情况下,某些课程的学时学分折算办法可自行调整。

    

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