《材料科学与工程基础》课程教学大纲

1、材料科学与工程基础课程教学大纲英文名称：Fundamentals of Materials Science and Engineering课程类型：学科基础课课程要求：必修学时/学分：32/2适用专业：高分子材料与工程 材料科学与工程 材料学 一、课程性质与任务材料科学与工程基础是高分子材料与工程专业专业基础课。本课程将系统、全面地介绍材料基础理论知识，诸如材料的结合键、材料的晶体结构、晶体结构缺陷、材料的相结构与相图、材料的凝固、材料中的扩散，材料的塑性变形与强化、材料的亚稳态。本课程着眼于材料基本问题、从材料的基本理论出发，将高分子聚合物材料、陶瓷材料、复合材料等结合在一起，使学生能把握材

2、料的共性，熟悉材料的个性。通过理论教学与实验教学，使学生不仅能掌握基本理论，善于分析和解决问题，探索新知识的能力。 本课程也是高分子材料与工程专业的技术基础课，它为该专业学生的后续课程，如材料加工成型、材料热处理、材料的性能、工程材料学、材料测试、材料的近代研究方法、计算机在材料科学中的应用等提供基础。本课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本设计方法的讲解；在培养实践能力方面着重设计构思和基本设计技能的基本训练，使学生对材料合成与制备过程中的应用型知识有一定的了解并具有一定的设计能力。二、 课程与其他课程的联系学习本课程之前应该修完无机化学、物理化学，为材料结构的讲解奠定基础。三、课程

3、教学目标1学习材料科学与工程基础知识和基本理论知识，掌握常用材料的结构分析方法、特性等基本知识；掌握材料科学的基础理论知识、材料合成及改性的方法，具有开发新型材料及产品的初步能力；具有对现有通用产品的生产和操作能力；具有常规分析仪器的操作和检测能力；具有进行技术经济分析和管理的初步能力。3学习常用的材料的设计原理、方法和设计等的一般规律，具有设计和检测常用工程材料的能力；掌握常规材料的生产及材料测试分析及表征设备的操作；能够进行专业实验的设计、操作、执行和结果分析，在专业实验中能够综合运用所学的基础理论解决合成和改性方面的工程实践问题的能力。3掌握基本的材料设计创新方法，培养学生追求创新的态度

4、和意识；4培养学生树立正确的设计思想，了解材料设计过程中国家有关的经济、环境、法律、安全、健康、伦理等政策和制约因素； 5培养学生的工程实践学习能力，使学生掌握典型材料的实验方法，获得实验技能的基本训练，具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力，具有材料工程师的基本素质，以及独立从事高分子材料科研、开发、生产和管理的初步技能；6. 通过本课程的学习，将前期学习的无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、高分子物理和高分子化学等基本理论同实践工程进行密切的联系，为应用型人才培养奠定良好的基础；7.了解和材料相关职业和行业的生产、设计、研究与开发、法律法规，把握国内外新标准、新规范和技

5、术进步的发展方向，熟悉环保和可持续发展等方面的方针、政策和法律、法规，能够正确认识工程对于客观世界和社会的影响。8:掌握扎实的工程基础理论知识和专业基本理论知识，受到系统的工程实践、计算机应用、科学研究与工程设计方法的基本训练，并运用相关知识解决实际问题了解本专业的前沿发展现状和趋势。9了解材料制备和设计的前沿和新发展动向。四、教学内容、基本要求与学时分配序号教学内容教学要求学时教学方式对应课程教学目标1 一、 绪论1.1 材料的定义、分类及基本性质 1.1.1 金属材料 1.1.2 无机非金属材料 1.1.3 高分子材料 1.1.4 复合材料1.2 材料科学与工程概述 1.2.1 材料科学的

6、由来 1.2.2 材料科学与工程的性质与范围 1.2.3 材料科学在工程中的作用1.了解本课程研究的对象、内容 2. 了解材料的发展历史。 3. 掌握材料科学在工程中的作用 2 讲授 12 第2章材料结构基础 2.1物质的组成、状态及材料结构 2.2材料的原子结构 2.3原子之间相互作用和结合 2.4多原子体系中电子的相互作用与稳定性 1 了解物质的组成和状态，材料结构的含义 2 了解量子力学的几个基本概念、原子核结构、原子核外电子 3 掌握基本结合（化学键合）、 派生结合（物理键合）、各种键性的比较 原子间距和空间排列 4杂化轨道和分子轨道理论、费米能级、固体中的能带2 讲授1，332.5固

7、体中的原子有序 2.6固体中的原子无序 2.7固体中的转变 2.8固体的表面结构 1结晶体的特点与晶体的性质、晶体几何学基础、晶体的类型 2 固溶体、晶体结构缺陷、非晶体、扩散 3 固体中的转变类型、平衡和相变、相图4表面力和表面力场 、表面能和表面张力、表面结构及几何形状、固体表面的特性2讲授讨论2，44第3章材料组成与结构 3.1材料组成和结构的基本内容 3.2金属材料的组成与结构 3.3无机非金属材料的组成与结构3.4高分子材料的组成和结构3.5复合材料的组成与结构 1金属材料、合金材料、铁碳合金的基本知识、非铁金属及合金、非晶态合金、金属材料的再结晶2无机非金属材料的组成与结合键、无机

8、非金属材料中的简单晶体结构、硅酸盐结构、无机非金属材料的非晶体结构、陶瓷、碳化合物 3高分子材料组成和结构的基本特征、高分子链的组成和结构、高分子链的聚集态结构、高分子材料的组成和织态结构及微区结构 、聚合物共混材料4复合材料定义及分类、复合材料的组成、复合材料的结构 、复合材料的界面2讲授讨论1，55第4章材料的性能 4.1固体材料的力学性能 1材料的力学状态 2应力和应变3弹性形变 4永久形变 5强度、断裂及断裂韧性 6硬度7摩擦和磨损8疲劳2讲授64.2材料的热性能1热导率和比热容2热膨胀性 3耐热性4热稳定性5高分子材料的燃烧特性2讲授74.3材料的电学性能4.3.1电导率和电阻率 4

9、.3.2材料的结构与导电性 4.3.3材料的超导电性 4.3.4材料的介电性2讲授84.4材料的磁学性能 4.4.1物质的磁性 4.4.2磁畴与磁滞回线 4.4.3金属材料的磁学性能4.4.4非金属材料的磁学性能4.4.5高分子材料的磁学性能2讲授94.5材料的光学性能 4.5.1电磁辐射及其与原子的相互作用 4.5.2反射、吸收和透射 4.5.3材料的光学性质 4.5.4旋光性及非线性光学性 4.5.5光泽 4.5.6发光 4.5.7光敏性2讲授104.6材料的耐腐蚀性 4.6.1物理腐蚀 4.6.2化学腐蚀4.6.3电化学腐蚀 2讲授114.7复合材料的性能 4.7.1复合材料的特性 4.

10、7.2复合材料性质的复合效应 4.7.3复合材料的力学性能2讲授124.8纳米材料及效应 4.8.1纳米材料的结构 4.8.2纳米材料的基本物理效应 4.8.3纳米材料的应用2讲授13第5章材料的制备与成型加工5.1材料制备原理及方法5.1.1金属材料的制备5.1.2无机非金属材料的制备 5.1.3高分子材料的制备5.2材料的成型加工性 5.2.1金属材料的加工工艺性 5.2.2聚合物的成型加工特性及成型加工方法2讲授五、其他教学环节1. 大作业：（课外6学时）（1）学习水热法制备纳米材料及在电化学储能上的应用。六、教学方法案例：本课程以课堂教学为主，结合作业、自学、撰写小论文及测验等教学手段

11、和形式完成课程教学任务。在课堂教学中，通过讲授、提问、讨论、演示等教学方法和手段让学生理解材料的体系、主线，掌握材料制备和工程的基本概念，基本原理和各种分析方法，强调材料的工程应用背景以及计算机辅助技术在材料分析中的应用。在撰写小论文教学环节中，通过启发式教学、讨论式教学培养学生初步运用相关理论分析问题的能力。培养学生自主学习能力、与其他同学合作解决问题的能力、发现问题与解决问题的能力、获取和整理信息的能力、准确运用语言文字的表达能力，激发学生的创新思维。在自学教学环节中，对课程中某些有助于进一步拓宽理论知识的内容，通过教师的指导，由学生自学完成。通过自学这一教学手段培养学生的自主学习能力。七、考核方式案例：最终成绩由平时作业成绩、平时测验成绩、期末成绩和小论文成绩等组合而成。各部分所占比例如下：平时作业成绩：10%。主要考核对每堂课知识点的复习、理解和掌握程度。平时测验成绩：30%。主要考核阶段知识点的掌握程度。平时测验分为两次完成，时间节点分别为第8周左右、第13周左右，每次测验的时间为一学时，且都在课程网站测验系统上独立完成，并由测验系统给出成绩。期末考试成绩：50%。主要考核基本概念、基本分析计算方法的掌握程度。书面考试形式。题型为1、选择题2、填空题3、