材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱

1、PAGE PAGE - 7 -本科生課程大綱課程名稱材料科學(xué)基礎(chǔ)Fundamentals of Materials Science課程代碼072502101263課程屬性專業(yè)知識(shí)課時(shí)/學(xué)分64/4課程性質(zhì)必修實(shí)踐學(xué)時(shí)責(zé)任教師課外學(xué)時(shí)128 (642)課程屬性：公共基礎(chǔ)/通識(shí)教育/學(xué)科基礎(chǔ)/專業(yè)知識(shí)/工作技能，課程性質(zhì)：必修、選修課程介紹1.課程描述： 材料科學(xué)基礎(chǔ)是材料類專業(yè)的一門主干課程，是研究材料成分、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝與性能之間關(guān)系及其變化規(guī)律的一門應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)。本課程將系統(tǒng)、全面地介紹材料科學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)：材料的結(jié)合鍵、材料的晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)缺陷、材料的相圖、材料的凝固、材料中的擴(kuò)散

2、，材料的變形、材料的亞穩(wěn)態(tài)等。本課程著眼于材料基本問(wèn)題、從金屬材料的基本理論出發(fā)，將高分子材料、陶瓷材料、復(fù)合材料等結(jié)合在一起，使學(xué)生能把握材料的共性，熟悉材料的個(gè)性。通過(guò)課程學(xué)習(xí)，要求學(xué)生不僅能掌握若干基本理論，而且培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問(wèn)題、探索新知識(shí)的能力，為學(xué)習(xí)后繼專業(yè)課程、從事材料科學(xué)研究和工程技術(shù)工作打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。2.設(shè)計(jì)思路： 本課程引導(dǎo)學(xué)生充分掌握材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論，以材料的組成、結(jié)構(gòu)、性能和制備的規(guī)律及相互聯(lián)系為主線，能從材料組成-結(jié)構(gòu)-性能-制備工藝相互聯(lián)系的角度理解、解釋材料制備、使用過(guò)程中的各種化學(xué)、物理現(xiàn)象和性能。課程內(nèi)容的選取基于學(xué)生“掌握了數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等公共

3、基礎(chǔ)課程方面的知識(shí)”。課程內(nèi)容包括六個(gè)模塊：材料的結(jié)構(gòu)與缺陷、材料的擴(kuò)散、材料的變形、材料的相平衡與相圖、材料的凝固、材料的亞穩(wěn)態(tài)；這六個(gè)方面相互關(guān)聯(lián)，體現(xiàn)了材料研究的共性規(guī)律。材料的結(jié)構(gòu)和缺陷是決定材料性能的關(guān)鍵因素，課程包括原子結(jié)構(gòu)及鍵合類型、晶體學(xué)的基本概念和基礎(chǔ)知識(shí)、合金相的結(jié)構(gòu)、離子晶體結(jié)構(gòu)、聚合物的晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷的基本類型及特征等。課程強(qiáng)調(diào)對(duì)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)與缺陷的掌握，探討從物質(zhì)內(nèi)部找到改善和發(fā)展新材料的途徑。擴(kuò)散是固體材料中的一個(gè)重要現(xiàn)象。課程將從表象理論和原子理論出發(fā)探討固體材料中擴(kuò)散的一般規(guī)律、擴(kuò)散的影響因素和擴(kuò)散機(jī)制等內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)解決實(shí)際擴(kuò)散問(wèn)題的思路和求解過(guò)程。材料經(jīng)變形

4、后，不僅其外形和尺寸發(fā)生變化，還會(huì)使其內(nèi)部組織和有關(guān)性能發(fā)生變化。課程將研究材料變形規(guī)律及其微觀機(jī)制，探討冷變形材料在回復(fù)、再結(jié)晶過(guò)程中組織、結(jié)構(gòu)和性能的變化規(guī)律，同時(shí)分析材料變形與再結(jié)晶的實(shí)際案例。材料的相圖表示了在熱力學(xué)平衡條件下相與溫度、成分之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，有助于預(yù)測(cè)材料的性能，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中有廣泛而深刻的應(yīng)用。課程將分別從單元、二元、三元相圖入手，運(yùn)用相圖分析任一合金成分的結(jié)晶過(guò)程、平衡態(tài)組織以及非平衡態(tài)組織的轉(zhuǎn)變，建立起成分、組織和性能三者之間的關(guān)系。凝固是材料從液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變過(guò)程。課程將著眼于凝固基本規(guī)律的解釋，包括純晶體、固溶體、共晶合金等的凝固，同時(shí)探討結(jié)晶理論在晶粒細(xì)化、

5、單晶制備、定向凝固等方面的應(yīng)用。實(shí)際材料往往在非平衡的亞穩(wěn)態(tài)使用，處于亞穩(wěn)態(tài)材料的某些性能會(huì)優(yōu)于其處于平衡態(tài)時(shí)的性能。課程將以近年來(lái)在亞穩(wěn)態(tài)研究中的一些新成就為引導(dǎo)，探討材料科學(xué)發(fā)展的一些新動(dòng)態(tài)。3. 課程與其他課程的關(guān)系： 先修課程：普通物理、普通化學(xué)、物理化學(xué)、材料科學(xué)與工程導(dǎo)論；并行課程：材料工程基礎(chǔ)；后置課程：材料性能、材料研究方法與測(cè)試技術(shù)、材料合成與制備工藝學(xué)。本課程與材料工程基礎(chǔ)、材料性能、材料研究方法與測(cè)試技術(shù)、材料合成與制備工藝學(xué)等課程組成專業(yè)知識(shí)層面必修課程，建立起較為完整的材料基本知識(shí)與應(yīng)用的知識(shí)構(gòu)架。二、課程目標(biāo) 本課程目標(biāo)是為材料類專業(yè)學(xué)生提供掌握本專業(yè)的基礎(chǔ)理論知識(shí)

6、的窗口，引導(dǎo)并培養(yǎng)學(xué)生分析材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能間的相互關(guān)系與變化規(guī)律，學(xué)生能夠?qū)⑦@些基礎(chǔ)理論知識(shí)運(yùn)用于本專業(yè)實(shí)際科研與工程體系。到課程結(jié)束時(shí)，學(xué)生應(yīng)能：(1)通過(guò)學(xué)習(xí)掌握材料組成的基礎(chǔ)知識(shí)以及材料結(jié)構(gòu)與性能之間的變化規(guī)律，學(xué)生能夠針對(duì)具體問(wèn)題分析材料的性能、工藝與組織結(jié)構(gòu)和成分的關(guān)系。(2)圍繞教學(xué)內(nèi)容，閱讀參考書(shū)籍和資料，對(duì)課程的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行自學(xué)加深，提升自學(xué)能力，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的自我擴(kuò)充。(3)提高獨(dú)立思考、深入鉆研問(wèn)題的能力。針對(duì)材料科學(xué)的最新發(fā)展和動(dòng)態(tài)，引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行新材料、新工藝研究開(kāi)發(fā)的興趣和初步能力，提升提出問(wèn)題并解決問(wèn)題的能力。三、學(xué)習(xí)要求材料科學(xué)基礎(chǔ)作為材料類專業(yè)的核心課程，

7、涉及到的理論非常多，概念性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)紛雜、內(nèi)容抽象，學(xué)生難以在短時(shí)間內(nèi)建立起整個(gè)課程的系統(tǒng)框架和掌握章與章之間的聯(lián)系。然而，要保質(zhì)保量的完成所有的課程任務(wù)，學(xué)生必須做到：(1)做到課前要預(yù)習(xí)，提前了解下節(jié)課要掌握的知識(shí)，為上課過(guò)程中做到更好的交流、討論做好準(zhǔn)備。(2)做到按時(shí)上課,上課專心聽(tīng)講，積極參與課堂討論、隨堂練習(xí)和測(cè)試，抓住課程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本課程將包含較多的隨堂練習(xí)、討論、小組作業(yè)展示等課堂活動(dòng)，課堂整體表現(xiàn)和出勤率是成績(jī)考核的重要組成部分。(3)課后要按1:2的時(shí)間分配對(duì)課堂所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)，充分消化和理解已學(xué)知識(shí)，按時(shí)完成常規(guī)練習(xí)或課后作業(yè)。這些作業(yè)要求學(xué)生按書(shū)面形式提交，只有

8、按時(shí)提交作業(yè)，才能掌握課程所要求的內(nèi)容。延期提交作業(yè)需要提前得到任課教師的許可。完成作業(yè)情況同樣是成績(jī)考核的重要組成部分。(4)根據(jù)課程進(jìn)度安排，以3-5人小組為單位，完成教師布置的一定量的文獻(xiàn)閱讀、課后實(shí)踐、案例分析等作業(yè)。這些作業(yè)能加深對(duì)課程內(nèi)容的理解、促進(jìn)同學(xué)間的相互學(xué)習(xí)、引導(dǎo)學(xué)生對(duì)前沿科學(xué)問(wèn)題的探索和理解。四、教學(xué)進(jìn)度序號(hào)專題或主題計(jì)劃課時(shí)主要內(nèi)容概述實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容或課外練習(xí)等1緒論2材料發(fā)展史以及材料在生活中重要地位2材料的結(jié)構(gòu)與缺陷2原子的結(jié)構(gòu)與鍵合10固體結(jié)構(gòu)晶體定向與晶體的對(duì)稱性10晶體缺陷3材料的擴(kuò)散4材料擴(kuò)散的表象理論和原子理論等4材料的形變與再結(jié)晶6材料的彈性變形、塑性變形

9、、材料的回復(fù)與再結(jié)晶、材料的熱加工5材料的相平衡與相圖2單組元相圖的結(jié)構(gòu)、分析內(nèi)容和方法8二元相圖的結(jié)構(gòu)、分析內(nèi)容和方法8三元相圖的結(jié)構(gòu)、分析內(nèi)容和方法相圖綜合6材料的凝固6純晶體以及二元合金的凝固理論7材料的亞穩(wěn)態(tài)4亞穩(wěn)態(tài)材料的結(jié)構(gòu)特征、應(yīng)用、制備方法以及新材料的研究進(jìn)展8材料科學(xué)基礎(chǔ)課程總結(jié)2課程六個(gè)模塊的綜合串聯(lián)五、參考教材與主要參考書(shū)1、選用教材：材料科學(xué)基礎(chǔ)(第三版)， 胡賡祥、蔡珣、戎詠華編著， 上海交通大學(xué)出版社，2011年7月出版。2、主要參考書(shū)：1材料科學(xué)基礎(chǔ)輔導(dǎo)與習(xí)題(第三版), 蔡珣、戎詠華編著，上海交通大學(xué)出版社，2011年11月出版。 2材料科學(xué)基礎(chǔ)(第2版)，鄭子樵

10、主編，中南大學(xué)出版社，2013年8月出版。3材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)(第5版，英文影音版), 英文書(shū)名:Fundamentals of Materials Science and Engineering, Fifth Edition, 凱里斯特(William D.Callister)著, 化學(xué)工業(yè)出版社，2002年12月出版。4材料科學(xué)基礎(chǔ)(第4版), 劉智恩主編，西北工業(yè)大學(xué)出版社，2013年9月出版。六、成績(jī)?cè)u(píng)定（一）考核方式 A ：A.閉卷考試 B.開(kāi)卷考試 C.論文 D.考查 E.其他（二）成績(jī)綜合評(píng)分體系： 成績(jī)綜合評(píng)分體系比例%1.課下作業(yè)、課堂討論及平常表現(xiàn)252.平時(shí)測(cè)驗(yàn)成績(jī)153

11、.期末考試成績(jī)60總計(jì)100附：作業(yè)和平時(shí)表現(xiàn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)1）作業(yè)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)得分1.嚴(yán)格按照作業(yè)要求并及時(shí)完成，基本概念清晰，解決問(wèn)題的方案正確、合理，能提出不同的解決問(wèn)題方案。90-100分2.基本按照作業(yè)要求并及時(shí)完成，基本概念基本清晰，解決問(wèn)題的方案基本正確、基本合理。70-80分3.不能按照作業(yè)要求，未及時(shí)完成，基本概念不清晰，解決問(wèn)題的方案基本不正確、基本不合理。40-60分4.不能按照作業(yè)要求，未及時(shí)完成，基本概念不清晰，不能制定正確和合理解決問(wèn)題的方案。0-30分2）課堂討論及平時(shí)表現(xiàn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)課堂討論、平常表現(xiàn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)得分1.資料的查閱、知識(shí)熟練運(yùn)用，積極參與討論、能闡明自己的觀點(diǎn)和想法，能與其他同學(xué)合作、交流，共同解決問(wèn)題。90-100分2.基本做到資料的查閱、知識(shí)的運(yùn)用，能參與討論、能闡明自己的觀點(diǎn)和想法，能與其他其他同學(xué)合作、交流，共同解決問(wèn)題。70-80分3.做到一些資料的查閱和知識(shí)的運(yùn)用，參與討論一般、不能闡明自己的觀點(diǎn)和想法，與其他同學(xué)合作、交流，共同解決問(wèn)題的能力態(tài)度一般。40