《材料科学基础I》教学大纲（本科）.docx

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1、材料科学基础I教学大纲课程英文名Fundamentals of materials science课程代码G0713Y01学分4总学时64周课程类别当斗基础课先修课程材料科学与工程导论、物理化学课程性质必修适用专业材料科学与工程开课学院材料学院执笔人审定人制定时间2022年04月注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课；课程性质是指必修/限选/任选。一、课程地位与课程目标（一）课程地位材料科学基础课程是材料科学与工程一级学科下设的公共性专业基础理论课，它是材料 科学与工程专业本科生在完成公共基础课和部分技术基础课后，于专业课或专业方向课开设前的 第一门专业基础必修课程，也是材料科学与工程

2、类专业最重要的技术基础课。材料科学基础在课程设置上起着承前启后的作用，它是大学物理、化学以及物理化学等 课程中相关内容的深入，又是材料专业基础理论的启蒙，为后续课程的展开扮演着基础铺垫和专 业引导的角色。本课程以物质结构及结构形成为主线，将金属、无机非金属、高分子三大固体材 料专业理论中的部分基础有机结合，通过三大材料间基础理论的相互联系与相互映衬，使学生能 更深刻的理解各类固体材料物理化学的基本属性以及与过程相关的行为规律，为学生能顺利进行 后继材料专业课程的学习奠定理论基础。材料科学基础在课程教学上跨越两个学期，分成材料科学基础I与材料科学基础 II两个部分。（二）课程目标1 ,熟练掌握金

3、属键、离子键、共价键、范德瓦耳斯键、氢键等五种原子间键合的特点，以及 原子间键合与材料性能的关系，具有面向实际键合类型对材料性能影响的理解能力；2 .熟练掌握空间点阵、空间格子、晶胞的概念与特征；掌握7种晶系14种布拉菲点阵的特 征；掌握晶向指数与晶面指数的标定；掌握三种典型的金属晶体结构特点；掌握离子晶体的特点、 离子晶体的Pauling规则；掌握非晶态的形成、玻璃化转变概念；掌握高分子链的近程结构和远 程结构的特点及其分类，具有应用基本知识，针对复杂的材料实际晶体结构，进行分析和应用能 力；3 .熟练掌握晶体缺陷概念与分类，掌握刃型、螺型位错的概念与特征、柏氏矢量的概念与意 义，掌握界面的

4、分类与各自特点，具有应用缺陷基本知识，面向实际材料工程与科学问题进行分 析的能力；4 .熟练掌握相律，利用相律解决相图问题；掌握匀晶相图、共晶相图、包晶相图以及其它相 图的分析；掌握三元相图成分表示方法；针对负责的相图，进行分析、计算与应用能力；5 .熟练掌握晶体凝固的热力学条件，掌握均匀形核和非均匀形核时的临界形核功以及临界晶 核半径的计算；掌握凝固过程机理。具有应用凝固基本原理，对复杂问题进行分析、计算与应用能力。二、课程目标达成的途径与方法材料科学基础I课程教学以课堂教学为主，针对材料科学的基本概念与原理，学习建立 材料科学基础的基本知识点和解决实际问题中材料科学方面的设计方法。这门课是

5、材料专业基础 理论的启蒙，为后续课程的展开进行基础铺垫和专业引导。培养学生理解各类固体材料物理化学 的基本属性以及与过程相关的行为规律，运用材料科学基础知识，分析和解决材料科学与工程领 域复杂工程问题的能力。（1）课堂教学主要讲述材料科学的基本概念，基本原理、基本分析、计算和设计方法。并将 简单的应用实例融入理论教学中，使学生能够更加容易理解抽象的材料科学理论知识点，提高学 习材料科学基础的兴趣，熟悉材料科学的理论知识体系，形成良好的思维方式和学习方法。在课 堂教学中，充分引入互动环节，提高教学效果。（2）针对某些较重要的知识点与概念，列出部分内容作为学生课堂讨论学习环节，训练、形 成良好的专

6、业知识学习方法，培养学生对于材料科学的理解能力和自主学习意识和能力。（3）针对材料科学基础的知识点理解能力，采用课堂测验教学方式，培养学生理论知识的理 解与应用能力。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度毕业要求2毕业要求3毕业要求6毕业要求9课程目标（1）MHLL课程目标（2）HHLL课程目标（3）HHHH课程目标（4）HHMH课程目标（5）HHLM毕业要求分解指标点支撑权重（2）问题分析：能够应用数 学、自然科学和工程科学的基 本原理，识别、表达、并通过 查阅文献、相关标准及工艺规 范，分析新材料成分、检测、 工艺设计等复杂工程问题，能 获得有效结论。2-

7、1能够定义、清楚认识需要 解决的问题；0.552-2能够运用数学、自然科学 和工程科学的基本原理分析 问题，通过文献研究来分析需 要解决的问题；0.252-3能够建立材料科学与工程 领域复杂工程问题的工艺路 线、质量管理及评价标准；0.32-4能够完成材料科学与工程 领域复杂工程问题的实施，并 对解决方法进行报告分析及 总结。(3)设计/开发解决方案：能 够针对新材料设计、生产与计 量检测领域复杂工程问题提 出合理解决方案；能够进行材 料成分设计、微结构与性能关 系的优化分析，设计满足社会 需求的新材料；能够在材料设 计、生产与工程应用环节中体 现创新意识，考虑社会、健康、 安全、法律、文化以

8、及环境等 因素。3-1能够描述一个新材料研发 及检测(包括材料设计、制备 工艺及性能分析)设计任务需求；0.23-2能识别设计任务所面临的 多种制约条件(如社会、健康、 安全、法律以及环境等因素)， 得出材料开发及生产过程可 接受的各种指标因素；3-3能够给出多种解决方案并 进行比较和分析，并能够针对 特定解决方案进行可行性分 析，发现问题、提出问题并提 出解决方案；3-4能够完成材料设计方案并 分析阐明设计的合理性。0.3(6)工程与社会：能够基于 工程相关背景知识进行材料 生产与计量检测方面的合理 分析，评价材料生产工艺、原 材料资源循环利用等对社会、 健康、安全、法律以及文化的 影响，能

9、偶提出合理解决方6-1能够认识到工程实施中的 社会、健康、安全、法律以及 文化问题；6-2能够根据相关材料制备与 性能特性考虑工程实施方案 对社会、健康、安全、法律以 及文化的影响；案，并理解应承担的社会责 任。6-3能够分析和评价新材料研 发及工程实施方案对社会、健 康、安全、法律以及文化的影 响。0.2（9）个人与团队：能够在多 学科背景下的团队中承担个 体、团队成员以及负责人的角 色。9-1理解团队中不同角色的职 责及对团队的作用；9-2能够在新材料研发、检测 及工程项口中承担不同的角 色并帮助项目团队实现目标；9-3能与团队其它成员有效沟 通材料检测专业问题，听取反 馈并对建议作出合理

10、反应。0.2注：1.支撑强度分别填写H、M或L （其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）。2 .不涉及工程教育认证的公共基础课程（含必修和选修）不填写上表。3 .各专业的非公共基础课程的毕业要求须根据课程所在专业培养方案进行描述。四、课程主要内容与基本要求知识点主要内容基本要求绪论材料科学发展史L1材料科学基本概念L1原子结构及键合原子结构、元素周期表L2原子间的键合L3固体结构晶体学基础、空间点阵与晶胞L3晶向指数、晶面指数L3纯金属晶体与合金相结构L2离子晶体和共价晶体结构L3非晶态和高分子结构L2晶体缺陷点缺陷L3线缺陷L3面缺陷L3相平衡与相图相平衡与吉布斯相律L2单元系与二元相图基

11、础L3匀晶、共晶、包晶相图L3铁碳相图与相图热力学L3三元相图基础L3材料的制备工艺凝固理论与纯晶体的凝固L3玻璃和高分子的凝固L3二元合金凝固理论L3材料的气固转变L2陶瓷烧结与粉末冶金L2（基本要求：L1-理解，L2-掌握，L3-熟练掌握）五、课程学时安排章节点教学内容课时数学生任务对应课程目标绪论（2学 时）材料科学发展史1课程目标（1）材料科学基本概念1课程目标（1）原子结构及 键合（4学时）原子结构、元素周期表2课程目标（1）原子间的键合2完成习题册一：5-7题课程目标（1）固体结构 （16学时）晶体学基础、空间点阵与晶胞2课程目标（2）晶向指数、晶面指数2完成习题册二：3-5题课程

12、目标（2）纯金属晶体与合金相结构4完成习题册二：19、 20 题课程目标（2）离子晶体和共价晶体结构4完成习题册二：23、 24、 25 题课程目标（2）非晶态和高分子结构4课程标（2）晶体缺陷（8学时）点缺陷2完成习题册三：2、3题课程目标（3）线缺陷4完成习题册三：习题 8、11、14、16题课程目标（3）面缺陷2完成习题册三： 习题24题课程目标（3）相平衡与相 图（18学时）相平衡与吉布斯相律2课程目标（4）单元系与二元相图基础4课程目标（4）匀晶、共晶、包晶相图6完成习题册四：5、 7、 8 题课程目标（4）铁碳相图与相图热力学4完成习题册四： 12题课程目标（4）三元相图基础2课程

13、目标（4）材料的制备 工艺（16学 时）凝固理论与纯晶体的凝固4完成习题册五：35题课程目标（5）玻璃和高分子的凝固4课程目标（5）二元合金凝固理论2完成习题册五：15题课程目标（5）材料的气固转变3完成习题册五：16题课程目标（5）陶瓷烧结与粉末冶金3课程目标（5）六、考核方式及成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核1、以点验到课率形式，检验学生 学习态度。2、以平时作业成绩考 核课堂教学各知识点的复习程 度、听课效果和掌握熟练度。3、 以课堂考试方式考核课堂教学各 知识点的理解程度。1、出勤率总分100百分， 每缺席一次扣5分，迟到 一次扣2分。2、以作业 完成情况百

14、分制的平均 分来打分3、2次测验， 每次测验以百分制打分。出勤率占总成绩 10%,平时成绩占 总成绩10%,课堂 测试成绩占总成 绩10%期末考核闭卷考核。主要考核各知识点的 基本概念、材料科学基本原理、 特性分析和性能指标计算、设计 方法。题型为单选、多选、名词 解释、问答题和计算题。试卷参考答案和评分标 准占总成绩70%考核类别考试成绩登记方式百分制七、推荐教材与主要参考书（一）、推荐教材：材料科学基础，徐时清，上海交通大学出版社，2015年出版，第1版（二）、主要参考书：材料科学基础，余永宁，高等教育出版社，2006年出版，第1版金属学原理，余永宁，冶金工业出版社，2013年出版，第2版材料科学基础，胡展祥，上海交通大学出版社，2003年出版，第3版材料科学基础，石德珂，机械工业出版社，2003年出版，第3版金属材料及热处理，崔忠圻，哈尔滨工业大学出版社，2008年出版，第2版材料科学基础，张联盟等主编，武汉理工大学出版社，2004年出版，第2版