材料科學(xué)與工程專業(yè)介紹公開課一等獎市優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎?wù)n件

材料科學(xué)與工程專業(yè)介紹

2008年6月1日

管學(xué)茂一、專業(yè)的演變與發(fā)展二、專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)和要求三、專業(yè)教學(xué)計劃四、專業(yè)學(xué)習(xí)與選課五、學(xué)生成長的建議與要求提綱一、材料專業(yè)的演變與發(fā)展

工業(yè)的迅猛發(fā)展要求與之相適應(yīng)的科學(xué)技術(shù)與專門人才：十七世紀(jì)中葉英國成立了皇家學(xué)會，之后又在大學(xué)設(shè)立工程學(xué)科，大大促進(jìn)了科技人才的培養(yǎng)和發(fā)展。在冶金/材料領(lǐng)域：Reaumur(1722)Hill(1748)在放大鏡下觀察出晶粒。Sorbit發(fā)現(xiàn)并描述了細(xì)珠光體。Young(1807)提出材料彈性模量概念。Barlow(1826)關(guān)于材料強(qiáng)度的測定。Tehernoff(1861)發(fā)表了鋼臨界點(diǎn)的實驗報告。Wshery(1860-1870)關(guān)于拉伸、扭轉(zhuǎn)、變曲應(yīng)力的工作及得出的第一條S-N曲線，開辟了材料、組織與性能間關(guān)系的科學(xué)研究。一、材料學(xué)科的演變與發(fā)展－歐美國家大學(xué)中最早設(shè)立冶金系美國(1865)年建立第一批礦冶系MichigantechnologicalUniv.(后歸Michigan大學(xué))Columbia大學(xué)Carnigie-Mellon大學(xué)英國（1865-1870）大學(xué)開始設(shè)立礦冶系Sheffield大學(xué)側(cè)重?zé)掍揃irmingham大學(xué)側(cè)重鑄鐵Empericalminingcollege學(xué)院側(cè)重冶煉工藝一、材料學(xué)科的演變與發(fā)展－歐美國家

20世紀(jì)40年代后非金屬材料有了新的發(fā)展，1945年晶體管的出現(xiàn)，半導(dǎo)體材料異軍突起。

為適應(yīng)新材料發(fā)展需要，1955-1956，Birmingham大學(xué)教授Raynor把該校原來的理論冶金系（物理冶金）與工業(yè)冶金系（化學(xué)冶金及冶金加工）合并，組建并更名為冶金與材料系，同時，Cambridge大學(xué)教授Cottrell把該校冶金系改名材料與冶金系。

歐洲大學(xué)首次明確設(shè)置材料系與相應(yīng)的教學(xué)計劃。一、材料學(xué)科的演變與發(fā)展－歐美國家

20世紀(jì)前半葉，美國材料學(xué)科教育也主要在冶金系，以金屬材料為主，二戰(zhàn)后，在教學(xué)計劃中加入了“廣泛材料”基礎(chǔ)理論及非金屬材料課程。60至70年代，原設(shè)置冶金系的大學(xué)逐步將系名更改為材料系或冶金與材料系。80年代美國大學(xué)相應(yīng)系多以材料科學(xué)與工程命名(MSE)。歷史上看，材料系多由冶金系演進(jìn)而來。60年代之后隨著非金屬材料發(fā)展化學(xué)化工系也部分轉(zhuǎn)向材料。

統(tǒng)計：

英國著名大學(xué)牛津、劍橋、伯明翰大學(xué)均以冶金材料系命名。

1985年統(tǒng)計美國90所設(shè)材料教學(xué)計劃的系中有36所為冶金系或材料冶金系，有6所為化工與材料系。

目前美國有104所大學(xué)設(shè)有從事材料學(xué)科的系，其中95個歸屬材料/冶金類，9個歸屬非金屬的材料系。一、材料學(xué)科的演變與發(fā)展－歐美國家一、材料學(xué)科的演變與發(fā)展－中國中國的材料科學(xué)與工程教育起源于部分高校的采礦系、礦冶系，可以分為五個歷史階段：1949年以前：北洋西學(xué)學(xué)堂的礦冶學(xué)科（1895年創(chuàng)建），國立唐山工學(xué)院(1905)、東北大學(xué)(1912)、武漢大學(xué)(1913)、國立貴州大學(xué)(1941)。1946年，國立清華大學(xué)從西南聯(lián)合大學(xué)回北京復(fù)校后，在工學(xué)院中又增設(shè)了化學(xué)工程系，把材料學(xué)科教育擴(kuò)寬到非金屬領(lǐng)域。材料教育主要是培養(yǎng)礦冶人才，突出特點(diǎn)是不劃分專業(yè)，教學(xué)內(nèi)容包括采礦、選礦、冶金、材料等內(nèi)容，是一種寬領(lǐng)域培養(yǎng)模式，許多材料界前輩專家就是在這種寬口徑學(xué)科背景下培養(yǎng)出來的。一、材料學(xué)科的演變與發(fā)展－中國1949－1966年蘇聯(lián)模式1951年將大連大學(xué)(現(xiàn)大連理工大學(xué))的冶金系調(diào)到東北工學(xué)院(現(xiàn)東北大學(xué))，以加強(qiáng)其金屬材料學(xué)的教學(xué)規(guī)模。

1952年4月，以北洋大學(xué)(現(xiàn)天津大學(xué))、唐山鐵道學(xué)院(北方交通大學(xué)分部)、北京工業(yè)學(xué)院、國立西北工學(xué)院(現(xiàn)西北工業(yè)大學(xué))、山西大學(xué)等五所院校的礦冶和材料系為基礎(chǔ)創(chuàng)建了北京鋼鐵學(xué)院(現(xiàn)北京科技大學(xué))，同年，將武漢大學(xué)、湖南大學(xué)、廣西大學(xué)的礦冶工程系，中山大學(xué)地質(zhì)系以及南昌大學(xué)的采礦科調(diào)整出來在長沙成立了中南礦冶學(xué)院(現(xiàn)中南工業(yè)大學(xué))，新成立的北京航空航天學(xué)院(現(xiàn)北京航空航天大學(xué))增設(shè)了高分子材料(含復(fù)合材料)等專業(yè)。

我國的材料科學(xué)技術(shù)人才被分割在十幾個專業(yè)內(nèi)培養(yǎng)，分屬于冶金、機(jī)械、化工等系一、材料學(xué)科的演變與發(fā)展－中國1978－1990初向歐美學(xué)習(xí)浙江大學(xué)率先設(shè)立材料科學(xué)與工程系；此后，北京科技大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、清華大學(xué)等重點(diǎn)院校相繼設(shè)立材料科學(xué)與工程(或相近名稱)系。改革的主要內(nèi)容：在原設(shè)置專業(yè)基礎(chǔ)上擴(kuò)充內(nèi)容，試辦新專業(yè)，總體上體現(xiàn)了逐步打破原專業(yè)設(shè)置界限、加強(qiáng)專業(yè)間的滲透與聯(lián)系的改革趨勢

20世紀(jì)90年代后期

1997年至1999年，專業(yè)進(jìn)行了第四次大規(guī)模修訂由行業(yè)劃分專業(yè)向以學(xué)科劃分專業(yè)過渡。厚基礎(chǔ)、寬專業(yè)、高素質(zhì)、強(qiáng)能力，以適應(yīng)市場需要。新的專業(yè)目錄由504個減少到232個。本科新舊專業(yè)對照0713材料科學(xué)類(注:可授理學(xué)或工學(xué)學(xué)士學(xué)位)071301材料物理071302材料化學(xué)0802材料類080201冶金工程080202金屬材料工程080204高分子材料與工程071301材料物理071302材料化學(xué)071303W礦物巖石材料080201鋼鐵冶金080202有色金屬冶金080203冶金物理化學(xué)080213W冶金080205金屬壓力加工080209粉末冶金080210復(fù)合材料(部分)080211腐蝕與防護(hù)080303鑄造(部分)080304塑性成形工藝及設(shè)備(部分)080305焊接工藝及設(shè)備(部分)080206無機(jī)非金屬材料080207硅酸鹽工程080208高分子材料與工程081215W高分子材料及化工(部分)080202無機(jī)非金屬材料工程一、材料學(xué)科的演變與發(fā)展－中國本科引導(dǎo)性專業(yè)目錄080205Y材料科學(xué)與工程080201冶金工程080202金屬材料工程080203無機(jī)非金屬材料工程080203高分子材料與工程一、材料學(xué)科的演變與發(fā)展－中國1994年在原采礦系開始籌建材料學(xué)科，并將采礦系更名為“資源與材料工程系”，1995年招收“無機(jī)非金屬材料”和“硅酸鹽工程”?？粕?996年招收“無機(jī)非金屬材料”本科生，1998年設(shè)立“材料科學(xué)與工程”本科專業(yè)，并招生。2005年開始，材料科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)了無機(jī)非金屬和高分子兩個專業(yè)方向，并且從第四學(xué)年開始兩個方向單獨(dú)開課。目前在校本科生600多名，一、材料學(xué)科的演變與發(fā)展－河南理工大學(xué)專業(yè)特色先進(jìn)建筑材料：研究水泥基材料、玻璃、陶瓷、耐火材料等材料的組成－結(jié)構(gòu)－性能關(guān)系，研究固體廢棄物在建筑材料中循環(huán)利用的材料科學(xué)理論及技術(shù)，研究建筑材料的環(huán)境服役行為與機(jī)理，為先進(jìn)建筑材料的設(shè)計、制備提供科學(xué)根據(jù)；并為新型建筑材料的開發(fā)奠定理論依據(jù)。超硬材料：研究方向是在高溫高壓等極端條件下合成常態(tài)無法合成或難以合成的超硬材料、超硬復(fù)合材料和其他新型功能材料；納米材料與器件：研究納米粉體的制備、膠體顆粒的自組裝、納米材料的應(yīng)用以及新型光電元器件的研究和開發(fā)。師資力量職稱和學(xué)歷結(jié)構(gòu)：教師34人，其中教授7人，副教授16人，高級職稱教師占67.6%，講師11人，占32.3%，具有博士學(xué)位教學(xué)科研人員20人，占58.8%;年齡結(jié)構(gòu)：35歲以下20人，36-45歲12人，46-55歲1人，56-60歲1人;學(xué)緣結(jié)構(gòu)：美國、英國、日本，清華；武漢理工大學(xué)、華東理工大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)等Ⅱ-4-1先進(jìn)建筑材料管學(xué)茂1965.09博士（后）教授/博導(dǎo)張義順1951.05本科教授/博導(dǎo)張戰(zhàn)營1958.08博士教授/博導(dǎo)戴亞輝1962.03博士教授馬小娥1966.04碩士副教授楊雷1978.09博士副教授王雨利1976.07博士副教授姚嶸1966.03博士副教授朱建平1979.9博士副教授人員總數(shù)小計教授副教授45研究方向一先進(jìn)建筑材料方向骨干教師Ⅱ-4-2超硬材料賈曉鵬1962.12博士教授/博導(dǎo)楊海濱1957.07博士教授/博導(dǎo)李小雷1969.10博士副教授藏傳義1974.05博士副教授胡前庫1978.09博士副教授孫廣1977.03博士副教授邢學(xué)玲1978.09博士副教授吳慶華1978.09博士副教授人員總數(shù)小計教授副教授26研究方向二超硬材料方向骨干教師Ⅱ-4-3納米材料及器件關(guān)榮峰1963.10博士教授孟哈日巴拉1968.10博士教授王曉冬1972.01博士副教授張玉德1976.07博士副教授王李波1979.04博士副教授人員總數(shù)小計教授副教授13研究方向三納米材料及器件方向骨干教師材料科學(xué)與工程“四要素”1、“四要素”與結(jié)構(gòu)三要素四要素等邊四面體結(jié)構(gòu)使用行為合成與加工二、專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)及要求

材料科學(xué)與工程的定義（國際公認(rèn)）是：研究有關(guān)材料成份/結(jié)構(gòu)、制備/合成、性能/組織和使用效能及其關(guān)系的科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)。對材料四要素的認(rèn)識和理解，要有動態(tài)的觀念，材料科學(xué)與工程四個基本要素的說明和控制應(yīng)放在更高、更深的層次，即分子、原子尺度來闡釋和控制。材料的結(jié)構(gòu)與成分應(yīng)更著重于包括分子、原子的類型及所觀察尺度范圍（納米、介觀、微觀、宏觀）內(nèi)分子、原子的排列組合。使原子（原子團(tuán)），分子可得到特定排列組合的合成與加工；由不同原子（原子團(tuán)）、分子及其排列組合所得到的使材料具有值得研究和使用的性能；考慮經(jīng)濟(jì)和社會效益的材料使用服役實際條件及其有效性的度量。四要素是一個整體，內(nèi)部有機(jī)聯(lián)系是其核心與活力所在。（1）成分、組成與結(jié)構(gòu)●從電子、原子尺度到宏觀尺度成分與分布●結(jié)構(gòu)無限變化導(dǎo)演材料復(fù)雜性能●成分與結(jié)構(gòu)表征●分析與建模技術(shù)四要素”基本內(nèi)涵

（2）合成與加工所有尺度上原子、分子及分子團(tuán)對結(jié)構(gòu)的控制新結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為材料與結(jié)構(gòu)的演化過程宏觀操作引發(fā)的微觀結(jié)構(gòu)變化與“意外”現(xiàn)象四要素”基本內(nèi)涵決定工業(yè)生產(chǎn)效率與競爭力

（3）性質(zhì)●材料對外界刺激的整體響應(yīng)●各種尺度上的性能測試與分析●導(dǎo)向所需綜合性能的設(shè)計四要素”基本內(nèi)涵工藝性能變形性能：成形鑄造性能：流動熱處理性能：可硬切削性能全面性能高低溫性能：蠕變、脆化動態(tài)性能：疲勞、斷裂基本性能力學(xué)性能：強(qiáng)度、塑性物理性能：模量、磁性化學(xué)性能：腐蝕、氧化“四要素”基本內(nèi)涵

（4）使用行為●材料固有性質(zhì)與構(gòu)件功能、能力相結(jié)合●使用中材料固有性質(zhì)變化、預(yù)測與改善●環(huán)境中固有性能變化與預(yù)測四要素”基本內(nèi)涵材料科學(xué)與工程的縱向或橫向分類方法陶瓷電子材料金屬高分子材料材料科學(xué)與工程材料科學(xué)與工程使用/效能合成/加工組織/性能成分/結(jié)構(gòu)培養(yǎng)目標(biāo)

本專業(yè)主要培養(yǎng)德、智、體全面發(fā)展,具備材料科學(xué)與工程領(lǐng)域較寬的基礎(chǔ)知識,能在各種材料的制備、加工成型、材料結(jié)構(gòu)與性能等領(lǐng)域從事科學(xué)研究與教學(xué)、新材料的技術(shù)開發(fā)、工廠的技術(shù)改造、生產(chǎn)及經(jīng)營管理等方面工作,有較強(qiáng)的動手能力，適應(yīng)社會主義市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展的高層次、高素質(zhì)全面發(fā)展的科學(xué)研究與工程技術(shù)人才。社會對材料科學(xué)與工程人才的要求（1）素質(zhì)結(jié)構(gòu)要求思想道德素質(zhì)：愛崗敬業(yè)，團(tuán)結(jié)合作文化素質(zhì)：人文社科知識，交際能力專業(yè)素質(zhì)：專業(yè)知識，提出、解決問題的能力（2）能力結(jié)構(gòu)要求獲取知識的能力：應(yīng)用知識的能力：創(chuàng)新能力：（3)知識結(jié)構(gòu)要求工具性知識：外語、計算機(jī)及信息技術(shù)、文獻(xiàn)檢索、方法論、寫作人文社科知識：文學(xué)、歷史學(xué)、哲學(xué)、藝術(shù)、社會學(xué)、心理學(xué)自然科學(xué)知識：數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生命科學(xué)、地球科學(xué)工程技術(shù)：工程制圖、機(jī)械、電工電子、工程環(huán)境、工程原理經(jīng)濟(jì)管理：經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)專業(yè)知識：材料組成、性能、制備、應(yīng)用的相互關(guān)系材料科學(xué)與工程對社會發(fā)展的影響材料不僅包括金屬、陶瓷等傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料，而且在包括具有光、聲、電、磁、力、超導(dǎo)、高塑，以及超強(qiáng)、超硬、耐高溫等機(jī)能與性能的材料。此類新材料的出現(xiàn)，推進(jìn)了高技術(shù)產(chǎn)品的智能化與微型化，從而極大地影響著人類的現(xiàn)代生活、社會結(jié)構(gòu)與文化價值。新材料與新能源，以及新材料與新能源中的高新技術(shù)的發(fā)展，正在極大地豐富著人類的物質(zhì)與精神生活。材料與能源是人類文明的奠基石。

20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的新技術(shù)革命,把新材料、信息技術(shù)、生物技術(shù)并列為新技術(shù)革命的重要標(biāo)志。“新材料”包含著這樣兩個層面的含義：一是對傳統(tǒng)材料的再開發(fā)，使其在性能上獲得重大突破的材料；二是采用新工藝和新技術(shù)合成，開發(fā)出具有各種新的和特殊功能的材料。由此可以看出，新材料與新工藝、新技術(shù)有著密切的關(guān)系。

三、專業(yè)教學(xué)計劃1.主要基礎(chǔ)、公共課程設(shè)置2.專業(yè)基礎(chǔ)課程設(shè)置3.專業(yè)核心（特色）課程介紹4.修業(yè)年限及授予學(xué)位5.專業(yè)各學(xué)年學(xué)分、學(xué)時分布情況1.主要基礎(chǔ)、公共課程設(shè)置政治類課程（教育部要求——政治保證）軍事、體育類課程（教育部要求——健康保障）外語類課程（教育部要求——對外交流）計算機(jī)類課程——應(yīng)用工具大學(xué)物理類課程——工科必修數(shù)學(xué)類課程——大學(xué)必修電工與電子技術(shù)類課程——工科必修畫法幾何與工程制圖——工科必修2.專業(yè)基礎(chǔ)課程設(shè)置情況及銜接關(guān)系內(nèi)容包括結(jié)晶學(xué)、晶體化學(xué)、缺陷化學(xué)、熔體化學(xué)、非晶態(tài)科學(xué)、表面與界面化學(xué)、材料熱力學(xué)和動力學(xué)中的基礎(chǔ)知識。將其應(yīng)用于研究各種新型材料和傳統(tǒng)材料的制備-形成（工藝）條件-結(jié)構(gòu)-性能-用途五要素之間相互關(guān)系及相互制約規(guī)律。從結(jié)構(gòu)角度揭示材料的性質(zhì)與行為，指出材料結(jié)構(gòu)與性能的聯(lián)系，指導(dǎo)材料的生產(chǎn)與科研，解決材料制備和使用過程中的實際問題，從而為認(rèn)識和改進(jìn)猜猜的性能以及設(shè)計、生產(chǎn)、研究、開發(fā)新材料提供必備的科學(xué)基礎(chǔ)知識。2.1、“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程簡介2.2、材料工藝學(xué)

該課程目前是材料科學(xué)以及其它材料學(xué)相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)內(nèi)容包括：工藝技術(shù)、基礎(chǔ)原理和環(huán)境保護(hù)三部分，涉及傳統(tǒng)材料和新型材料。有大量的實驗內(nèi)容。是各種專業(yè)課的基礎(chǔ)課程。2.3、化學(xué)類四大化學(xué)（無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)），為深入分析不同條件下材料常溫和高溫可能產(chǎn)生的各種反應(yīng)提供推斷的理論依據(jù)，分析化學(xué)為材料的測試和玻璃器皿的基本操作應(yīng)用進(jìn)行必要的培養(yǎng)。為將來從事材料檢測打好基礎(chǔ)。2.4、材料測試技術(shù)主要用于研究材料的組成和結(jié)構(gòu)：

（1）X射線衍射分析

；（2）電子衍射分析

；（3）熱分析

；（4）紅外光譜分析

；（5）色譜分析

；（6）核磁共振

；（7）質(zhì)譜分析2.5、硅酸鹽熱工基礎(chǔ)主要介紹材料在受熱過程中燃料充分燃燒、熱量傳遞規(guī)律、降低材料能耗等的相關(guān)理論。包括燃料及其燃燒、傳熱原理、氣體力學(xué)在窯爐中的應(yīng)用、干燥過程與設(shè)備。3專業(yè)核心課程設(shè)置序號課程名稱學(xué)分總學(xué)時講課實驗先修課程1物理化學(xué)及實驗4726012大學(xué)化學(xué)2材料物理性能2.544348大學(xué)物理3材料科學(xué)基礎(chǔ)4706010物理化學(xué)4固體物理23636

大學(xué)物理5高分子物理360546有機(jī)化學(xué)、大學(xué)化學(xué)6材料科學(xué)與工程導(dǎo)論236306有機(jī)化學(xué)、大學(xué)化學(xué)、物理化學(xué)7材料工藝學(xué)4704822材料物理性能8材料測試技術(shù)2.5442420材料科學(xué)基礎(chǔ)9熱工基礎(chǔ)及設(shè)備4706010材料工藝及原理4修業(yè)年限及授予學(xué)位修業(yè)年限：實行3～6年彈性學(xué)制授予學(xué)位：工學(xué)學(xué)士學(xué)分：5.專業(yè)各學(xué)年學(xué)分、學(xué)時分布情況四、專業(yè)學(xué)習(xí)與選課1、學(xué)習(xí)方法充分利用課堂時間閱讀教材和參考書運(yùn)用已學(xué)知識理解專業(yè)課內(nèi)容參加科研

2.如何正確選課公共基礎(chǔ)課全選專業(yè)基礎(chǔ)課全選專業(yè)必修課全選專業(yè)選修課按方向全選公選課分類最少