《材料科學(xué)基礎(chǔ)1》課程教學(xué)大綱

《材料科學(xué)基礎(chǔ)1》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱材料科學(xué)基礎(chǔ)FundamentalsofMaterialsScience課程編碼MAT210211035開(kāi)課院部材料科學(xué)與工程學(xué)院課程團(tuán)隊(duì)材料科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)分3.5課內(nèi)學(xué)時(shí)56講授56實(shí)驗(yàn)0上機(jī)0實(shí)踐0課外學(xué)時(shí)56適用專業(yè)材料科學(xué)與工程授課語(yǔ)言中文先修課程高等數(shù)學(xué)（2-1）、工程力學(xué)、物理化學(xué)課程簡(jiǎn)介（必修）《材料科學(xué)基礎(chǔ)》是材料科學(xué)與工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課。本課程針對(duì)金屬、陶瓷和高分子等不同材料的微觀特性和宏觀規(guī)律建立起來(lái)的理論基礎(chǔ)，圍繞材料化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝、性能與應(yīng)用之間的關(guān)系及其變化規(guī)律，系統(tǒng)介紹材料的原子結(jié)構(gòu)與鍵合、固體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、固體中的原子和分子運(yùn)動(dòng)、塑性變形與再結(jié)晶、結(jié)晶與凝固、熱力學(xué)與相圖、及其相關(guān)的課程思政元素等內(nèi)容，著重于基本概念、專業(yè)理論與數(shù)學(xué)模型，強(qiáng)調(diào)與復(fù)雜材料工程問(wèn)題相關(guān)的推理、分析和合理優(yōu)化，關(guān)注材料科學(xué)領(lǐng)域的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，注重根據(jù)材料科學(xué)的基本原理、找出解決與材料工程實(shí)際問(wèn)題相關(guān)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò)基礎(chǔ)理論教學(xué)，使學(xué)生擁有正確的核心價(jià)值觀、具備掌握材料科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)和分析與工程問(wèn)題相關(guān)的解決方案、并能根據(jù)材料研究對(duì)象的特征，選擇研究路線、制定可行實(shí)驗(yàn)方案的能力，為后繼專業(yè)課的學(xué)習(xí)、材料組織性能分析、材料的成型與加工等奠定理論基礎(chǔ)。"Fundamentalsofmaterialsscience"isacompulsorycourseformaterialsscienceandengineeringmajors.Thiscourseaimsatthetheoreticalbasisestablishedbythemicroscopiccharacteristicsandmacroscopiclawsofdifferentmaterialssuchasmetals,ceramicsandpolymers,focusingonthechemicalcomposition,organizationalstructure,preparationprocessofmaterials,therelationshipbetweenpropertiesandapplicationsanditsvariationrulesaresystematicallyintroduced,includingatomicstructureandbonding,solidstructure,crystaldefects,atomicandmolecularmotioninsolids,plasticdeformationandrecrystallization,crystallizationandsolidification,thermodynamicsandphasediagram,andrelatedideologicalandpoliticalelementsofcourses,etc.,focusingonbasicconcepts,professionaltheoriesandmathematicalmodels,emphasizingreasoningrelatedtocomplexmaterialengineeringproblems,analysisandreasonableoptimization,payattentiontothelatestdevelopmentsinthefieldofmaterialsscience,payattentiontothebasicprinciplesofmaterialsscience,tofindoutthekeylinksrelatedtotheactualproblemsofMaterialEngineering.Throughbasictheoryteaching,studentscanhavecorrectcorevalues,masterbasicknowledgeinthefieldofmaterialscienceandanalyzesolutionsrelatedtoengineeringproblems,andaccordingtothecharacteristicsofmaterialresearchobjects,theabilitytochoosetheresearchrouteandformulatefeasibleexperimentalschemeslaysatheoreticalfoundationforthestudyofsubsequentspecializedcourses,theanalysisofmaterialorganizationandperformance,andthemoldingandprocessingofmaterials.負(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號(hào)代號(hào)課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：掌握材料科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，能夠?qū)⒉牧峡茖W(xué)的基礎(chǔ)理論和數(shù)學(xué)模型方法用于推演、分析、合理優(yōu)化復(fù)雜材料問(wèn)題。是1.32M2目標(biāo)2：能運(yùn)用材料科學(xué)基礎(chǔ)的原理，識(shí)別和判斷復(fù)雜材料工程問(wèn)題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是2.13M3目標(biāo)3：掌握材料科學(xué)基礎(chǔ)的原理和方法，分析復(fù)雜材料工程問(wèn)題的解決方案，能根據(jù)材料研究對(duì)象的特征，選擇研究路線并設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案是4.3三、課程內(nèi)容序號(hào)章節(jié)號(hào)標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點(diǎn)支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時(shí)教學(xué)方式課外學(xué)時(shí)課外環(huán)節(jié)1第1章第1章原子結(jié)構(gòu)與鍵合本章重點(diǎn)難點(diǎn)：原子的電子結(jié)構(gòu)，描述原子中電子的4個(gè)量子數(shù),核外電子排布遵循的原則，原子間結(jié)合鍵分類及其特點(diǎn)，課程思政等。/////21.11.1原子結(jié)構(gòu)物質(zhì)的組成，原子結(jié)構(gòu)，原子的電子結(jié)構(gòu)，描述電子結(jié)構(gòu)的四個(gè)量子數(shù)，核外電子的排序規(guī)律。M11線上線下混合1自學(xué)31.21.2原子間的鍵合離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵、分子鍵與氫鍵。M11線上線下混合1自學(xué)4第2章第2章固體結(jié)構(gòu)本章重點(diǎn)難點(diǎn)：空間點(diǎn)陣及晶胞，晶向、晶面指數(shù)的標(biāo)定，典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)，原子的堆垛方式，合金相結(jié)構(gòu)，課程思政等。/////52.12.1晶體學(xué)基礎(chǔ)空間點(diǎn)陣與晶胞，7個(gè)晶系，14種布拉菲點(diǎn)陣；晶向指數(shù)與晶面指數(shù)，晶帶軸定律，晶面間距。M12線上線下混合2自學(xué)62.22.2金屬的晶體結(jié)構(gòu)三種典型的晶體結(jié)構(gòu)，面心立方、體心立方及密排六方；晶體的原子堆垛方式和間隙；多晶型性。M12線上線下混合2自學(xué)72.32.3合金相結(jié)構(gòu)合金、相與組織；固溶體，置換固溶體，間隙固溶體；中間相，正常價(jià)化合物，電子化合物及與原子尺寸因素相關(guān)的化合物。M12線上線下混合2自學(xué)、作業(yè)8第3章第3章晶體缺陷本章重點(diǎn)難點(diǎn)：位錯(cuò)，柏氏矢量，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)與晶體滑移的關(guān)系，位錯(cuò)的彈性性質(zhì)，位錯(cuò)的生成與增殖，位錯(cuò)反應(yīng)，晶界的結(jié)構(gòu)與特性，課程思政等。/////93.13.1點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷的類型與形成，點(diǎn)缺陷的平衡濃度、點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)。M12線上線下混合2自學(xué)103.23.2線缺陷/位錯(cuò)位錯(cuò)的基本類型和特征，刃型位錯(cuò)，螺型位錯(cuò)和混合位錯(cuò)；伯氏矢量，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，滑移，攀移與交割；位錯(cuò)的彈性性質(zhì)，位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)，位錯(cuò)的應(yīng)變能，位錯(cuò)的線張力，作用在為位錯(cuò)上的力，位錯(cuò)間的交互作用；位錯(cuò)的生成與增值，實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)，實(shí)際晶體中的伯氏矢量，堆垛層錯(cuò)，不全位錯(cuò)，位錯(cuò)反應(yīng)和擴(kuò)展位錯(cuò)。M16線上線下混合6自學(xué)、作業(yè)113.33.3面缺陷/表面與界面表面，晶界與亞晶界，晶界特性，孿晶界，相界，共格相界，半共格相界和非共格相界。M12線上線下混合2自學(xué)、作業(yè)12第4章第4章固體中原子及分子的運(yùn)動(dòng)本章重點(diǎn)難點(diǎn)：擴(kuò)散定律及其應(yīng)用，擴(kuò)散的機(jī)制，擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力，影響擴(kuò)散的因素，反應(yīng)擴(kuò)散，課程思政等。/////134.14.1表象理論菲克第一定律，菲克第二定律，擴(kuò)散方程的求解，置換固溶體中的擴(kuò)散，達(dá)肯方程。M22線上線下混合2自學(xué)、作業(yè)144.24.2擴(kuò)散的熱力學(xué)分析擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力，擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散激活能，下坡擴(kuò)散，上坡擴(kuò)散。M20.5線上線下混合0.5自學(xué)154.34.3擴(kuò)散的原子理論交換擴(kuò)散，間隙擴(kuò)散，空位擴(kuò)散，位錯(cuò)擴(kuò)散和晶界及表面擴(kuò)散等。M20.5線上線下混合0.5自學(xué)164.44.4影響擴(kuò)散的因素溫度，固溶體類型，晶體結(jié)構(gòu)，晶體缺陷，成分和應(yīng)力等影響規(guī)律。M20.5線上線下混合0.5自學(xué)174.54.5反應(yīng)擴(kuò)散反應(yīng)擴(kuò)散的概念、特點(diǎn)與應(yīng)用M20.5線上線下混合0.5自學(xué)、作業(yè)18第5章第5章材料的形變與再結(jié)晶本章重點(diǎn)難點(diǎn)：滑移，滑移系，施密特定律，滑移與孿生變形的異同點(diǎn)，多晶體變形的特點(diǎn)，塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響，金屬?gòu)?qiáng)化的位錯(cuò)解釋；回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大三階段的驅(qū)動(dòng)力、機(jī)制、組織與性能的變化規(guī)律及其應(yīng)用，動(dòng)態(tài)回復(fù)與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，熱變形加工時(shí)組織與性能的變化，課程思政等。/////195.15.1彈性變形彈性變形的本質(zhì)，彈性模量，彈性的不完整性，滯彈性，彈性后效，包申格效應(yīng)。M31線上線下混合1自學(xué)205.25.2晶體的塑性變形單晶體的塑性變形，滑移，滑移帶，滑移線，滑移系，滑移的臨界分切應(yīng)力，施密特定律，多滑移與交滑移，滑移的位錯(cuò)機(jī)制，孿生的變性特點(diǎn)，孿晶的形成，孿生位錯(cuò)機(jī)制，扭折；多晶體塑性變形的特點(diǎn)，霍爾-配奇公式；合金的塑性變形，單相固溶體合金的塑性變形，固溶強(qiáng)化，屈服，應(yīng)變時(shí)效，多相合金的塑性變形，彌散強(qiáng)化，沉淀強(qiáng)化；塑性變形對(duì)組織的影響，纖維組織，亞結(jié)構(gòu)，形變織構(gòu)；塑性變形對(duì)性能影響，加工硬化，殘余應(yīng)力。M36線上線下混合6自學(xué)、作業(yè)215.35.3回復(fù)和再結(jié)晶回復(fù)，回復(fù)動(dòng)力學(xué)，回復(fù)機(jī)理；再結(jié)晶，再結(jié)晶過(guò)程，再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，再結(jié)晶溫度及影響因素；晶粒長(zhǎng)大，晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力，正常長(zhǎng)大，異常長(zhǎng)大，再結(jié)晶退火。M34線上線下混合4自學(xué)、作業(yè)225.45.4熱變形與動(dòng)態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶熱加工，冷加工，動(dòng)態(tài)回復(fù)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，熱加工對(duì)組織性能的影響。M31線上線下混合1自學(xué)23第六章第六章單組元相圖及純晶體的凝固本章重點(diǎn)難點(diǎn)：結(jié)晶的熱力學(xué)條件，形核規(guī)律，非均勻形核時(shí)臨界晶核有關(guān)參數(shù)的推導(dǎo)，結(jié)晶理論應(yīng)用，課程思政等。/////246.16.1單元系相變的熱力學(xué)及相平衡相平衡條件，相律，單元系相圖。M11線上線下混合1自學(xué)256.26.2純金屬的結(jié)晶結(jié)晶的條件，過(guò)冷，結(jié)構(gòu)起伏，能量起伏；結(jié)晶的基本過(guò)程，形核，均勻形核，臨界形核半徑，形核功，形核率，非均勻形核；長(zhǎng)大，固液界面結(jié)構(gòu)，粗糙界面，光滑界面，長(zhǎng)大機(jī)制，長(zhǎng)大形態(tài)、平面狀長(zhǎng)大，樹(shù)枝狀長(zhǎng)大；細(xì)化晶粒的原理及措施。M13線上線下混合3自學(xué)、作業(yè)26第7章第7章二元系相圖及其合金的凝固本章重點(diǎn)難點(diǎn)：勻晶相圖，杠桿定律，枝晶偏析，共晶轉(zhuǎn)變及其不平衡組織，復(fù)雜二元相圖分析，鐵碳相圖中典型合金的凝固過(guò)程及其相與組織組織物的相對(duì)量計(jì)算，利用相圖判斷材料的性能，課程思政等。/////277.17.1二元相圖分析勻晶相圖，固溶體平衡凝固，杠桿定律，枝晶偏析；二元共晶相圖，共晶合金的平衡凝固，共晶合金的非平衡凝固，偽共晶，離異共晶；二元包晶相圖，包晶合金的凝固及其平衡組織，包晶系合金的非平衡凝固及其組織；形成化合物的二元相圖；共析相圖；相圖與合金性能間關(guān)系。M24線上線下混合4自學(xué)、作業(yè)287.27.2鐵碳相圖鐵碳合金中的相，相圖分析，工業(yè)純鐵，亞共析鋼，共析鋼，過(guò)共析鋼，亞共晶白口鐵、共晶白口鐵和過(guò)共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程分析，含碳量對(duì)鐵碳合金組織性能的影響。M34線上線下混合4自學(xué)、作業(yè)297.37.3二元合金的凝固理論固溶體的凝固理論，正常凝固，區(qū)域熔煉，有效分配系數(shù)，成分過(guò)冷；共晶合金的凝固理論，共晶組織的分類，共晶組織的形成機(jī)制，合金鑄件的組織與缺陷。M22線上線下混合2自學(xué)30第8章第八章三元相圖本章重點(diǎn)難點(diǎn)：直線法則與重心定律，三元共晶相圖，三元相圖的平面化及應(yīng)用實(shí)例，三元共晶相圖立體圖形與凝固過(guò)程分析，立體圖中的三相平衡轉(zhuǎn)變和四相平衡轉(zhuǎn)變特征，課程思政等。/////318.18.1三元相圖基礎(chǔ)三元相圖的特點(diǎn)，三元相圖的成分表示方法，三元相圖的杠桿定律，三元相圖的重心法則。M22線上線下混合2自學(xué)328.28.2三元相圖分析三元?jiǎng)蚓鄨D，等溫截面，變溫截面；三元共晶相圖分析，等溫截面，變溫截面，投影圖。M24線上線下混合4自學(xué)、作業(yè)338.38.3三元相圖總結(jié)單相狀態(tài)，兩相平衡，三相平衡，四相平衡、三元包共晶相圖及包晶相圖。M22線上線下混合2自學(xué)、作業(yè)四、考核方式序號(hào)考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評(píng)占比1平時(shí)作業(yè)1.每章布置5-20道題目，平均每次課1道題以上。2.成績(jī)采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準(zhǔn)確性、是否按時(shí)上交、是否獨(dú)立完成評(píng)分。3.考核學(xué)生對(duì)課程基本知識(shí)的掌握能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力題型主要有簡(jiǎn)答、作圖、綜合分析和計(jì)算題等。15%2線上評(píng)價(jià)1.線上教學(xué)平臺(tái)自動(dòng)賦分，然后換算成百分制，線上評(píng)價(jià)成績(jī)總分為100分。2.評(píng)價(jià)內(nèi)容包括每次上課考勤、線上自學(xué)表現(xiàn)、在線測(cè)試和課堂表現(xiàn)等。35%3期末考試1.閉卷考試，成績(jī)采用百分制，卷面成績(jī)共計(jì)100分。2.主要考核學(xué)生對(duì)課程基本知識(shí)的掌握能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力題型主要有概念、選擇、簡(jiǎn)答、作圖、綜合分析等。50%五、評(píng)分細(xì)則序號(hào)課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評(píng)分等級(jí)1M1平時(shí)作業(yè)15%A-按時(shí)提交作業(yè)，對(duì)材料工程中的理論推導(dǎo)、數(shù)學(xué)模型應(yīng)用等課程知識(shí)的掌握全面、透徹。 B-按時(shí)提交作業(yè)，對(duì)材料工程中的理論推導(dǎo)、數(shù)學(xué)模型應(yīng)用等課程知識(shí)的掌握較全面。 C-按時(shí)提交作業(yè)，對(duì)上述知識(shí)點(diǎn)理解存在一定量錯(cuò)誤。 D-不按時(shí)提交作業(yè)，或?qū)ι鲜鲋R(shí)點(diǎn)理解存在大量錯(cuò)誤。2M1線上評(píng)價(jià)35%線上教學(xué)平臺(tái)自動(dòng)賦分，然后換算成百分制。3M1期末考試50%見(jiàn)各年度試卷評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。4M2平時(shí)作業(yè)15%A-按時(shí)提交作業(yè)，對(duì)材料科學(xué)與工程應(yīng)用過(guò)程關(guān)鍵環(huán)節(jié)中的課程知識(shí)掌握全面、透徹。 B-按時(shí)提交作業(yè)，對(duì)材料科學(xué)與工程應(yīng)用過(guò)程關(guān)鍵環(huán)節(jié)中的課程知識(shí)掌