《材料科学基础》课程教学大纲

1、材料科学基础课程教学大纲课程编号DB1514057课程名称材料科学基础课程性质专业必修课英文名称Fundamentals of Materials Science开课单位材料与化工学院面向专业材料科学与工程授课语种汉语学分5总学时75理论学时63实验学时6讨论学时2.5上机学时0其他学时3.5开课学期第 3 学期先修课程普通化学、物理化学、工程力学一、课程简介材料科学基础是材料科学与工程专业的一门专业基础课。本课程将系统全面地介绍材料的结构基础知识、晶体结构、晶体缺陷、相结构与相图、材料的凝固与气相沉积、扩散与固态相变、材料的变形与断裂等基础理论知识，使学生能够掌握材料科学的基本概念，深入理解

2、材料的组成-结构-加工工艺-性能之间的内在联系及作用规律，为后续材料学相关课程的学习、将来从事材料的研究与开发打下坚实的理论基础。二、课程目标和基本要求通过本课程的学习，使学生能够针对材料工程问题的具体对象，建立数学模型进行求解；能够运用材料科学的基础知识，识别和判断材料相关复杂工程问题的关键环节；能够基于材料科学的相关原理正确表达材料相关的复杂工程问题；能够基于材料科学原理，阐述材料成分和结构对材料性能的影响。具体目标如下：能够针对材料的平衡结晶过程，绘制相图并计算各组分的含量，判断凝固过程中材料相和组织的变化；能够运用晶体缺陷基础知识，识别和判断晶体缺陷对材料性能的影响；能够基于材料凝固、

3、扩散和固态相变基本原理，材料的变形与断裂理论正确表达和分析工艺实施对组织结构和性能的影响；能够基于材料结构和晶体结构基本知识，分析材料成分和结构对材料性能的影响。三、课程目标对毕业要求的支撑情况课程目标所支撑的毕业要求所支撑的毕业要求指标点支撑权重11 工程知识1-2：能够针对材料工程问题的具体对象，建立相应的数学模型并求解；0.222 问题分析2-1：能够运用数学、自然科学和材料相关科学原理，识别和判断材料相关复杂工程问题的关键环节；0.332 问题分析2-2：能够基于数学、自然科学、工程科学的相关原理和数学模型方法正确表达材料相关的复杂工程问题。0.344研究4-1：能够基于材料科学原理，

4、通过信息检索、文献研究或相关方法，调研和分析材料相关复杂工程问题的解决方案。0.1教学内容及学时分配教学内容教学要求教学方法对应课程目标学时分配布置任务0绪论能够分析材料的组成-结构-加工工艺-性能之间的内在联系。PPT讲授课堂讨论实例分析4授课（2）1 材料结构的基本知识1.1 原子结构1.2 原子结合键1.3 原子排列方式、晶体材料的组织1.4 材料的稳态与亚稳态结构能够阐述原子间结合键的分类及其特点、原子的排列方式、晶体组织等知识，判断和分析材料结构对材料性能的影响。PPT讲授课堂讨论实例分析4授课（4）作业12 材料中的晶体结构2.1 晶体学基础2.2 纯金属的晶体结构2.3 离子晶体

5、的结构2.4 共价晶体的结构能够描述晶格参数、离子晶体配位数，识别典型离子晶体和共价晶体结构，判断和分析材料结构对材料性能的影响。PPT讲授课堂讨论课堂练习实例分析4授课（5）讨论（0.5）练习（0.5）作业23 晶体缺陷3.1 点缺陷的基本类型和特征3.2 位错的基本类型和特征3.3 位错的运动及能量3.4 位错的增殖、塞积与交割3.5 实际晶体中的位错能够描述晶体点缺陷及线缺陷的类型，识别位错的类型、运动方向、运动效果，识别和判断晶体缺陷对材料性能的影响。PPT讲授视频演示课堂讨论实例分析2授课（8）作业34 材料的相结构及相图4.1 材料的相结构4.2 相图的基本知识4.3 匀晶、共晶、

6、包晶相图4.4 铁碳合金组织及相图4.5 三元匀晶相图及实例4.6 三元共晶相图及实例能够复述材料相图的种类、杠杆原理、二元相图、铁碳相图、三元相图的基本知识，描述铁碳合金凝固过程及室温下的相、组织组成，绘制相图并利用杠杆原理计算相图中各组分的含量，判断凝固过程中材料的相和组织的变化。PPT讲授案例分析课堂讨论课堂练习1、4授课（15）讨论（1）练习（2）作业45 材料的凝固与气相沉积5.1 材料凝固时晶核的形成5.2 材料凝固时晶体的长大5.3 固溶体合金的凝固5.4 制造工艺与凝固组织5.5 材料的非晶态5.6 气固转变5.7 气相沉积制备技术能够描述材料的形核以及晶体生长过程，并基于材料

7、的凝固与气相沉积原理，正确表达材料的凝固与气相沉积过程对组织结构和性能的影响。PPT讲授实例分析课堂练习3授课（9）练习（1）作业56 扩散与固态相变6.1 扩散定律及应用6.2 扩散机制6.3 影响扩散的因素与扩散驱动力6.4 扩散的实际问题6.5 固态相变中的形核6.6 固态相变中的晶体长大6.7 扩散型相变6.8 无扩散相变能够描述材料扩散、相变及变形理论基本知识，并基于材料扩散、相变等原理，正确表达材料的扩散与固态相变过程对组织结构和性能的影响。PPT讲授课堂提问视频讲解3授课（10）作业67 金属的变形与断裂7.1 金属变形概述7.2 金属的弹性变形7.3 滑移与孪晶变形7.4 单晶

8、体的塑性变形7.5 多晶体的塑性变形7.6 纯金属的变形强化7.7 合金的变形强化7.8 变形金属的组织与性能7.9 金属断裂7.10金属的回复与再结晶能够基于材料变形与断裂原理、回复与再结晶知识，正确表达材料的变形与断裂过程对组织结构和性能的影响。PPT讲授实例分析课堂讨论3授课（9）讨论（1）作业7实验1：铁碳合金平衡组织观察与分析能够识别典型的金属组织结构：七种铁碳合金室温组织、铁素体、渗碳体、珠光体、莱氏体等；能够应用相图相关理论知识，分析铁碳合金中的碳含量对材料组织和性能的影响。PPT讲授操作演示实践操作1授课（0.5）实验（1.5）实验报告1实验2 ：金属的塑性变形与再结晶能够识别

9、组织经变形、再结晶等处理后发生的组织形状及性能变化；材料经不同变形后再结晶的晶粒大小；分析材料形变过程的影响因素，获得有效结论。PPT讲授分步演示实践操作3授课（0.5）演示（0.5）实验（1）实验报告2实验3：晶粒尺寸的测定及评级方法能够描述测定晶粒大小的方法、镜测微尺的格值关系，并应用该方法准确测定实际试样的晶粒尺寸；分析材料加工工艺对晶粒尺寸的影响。PPT讲授实践演示实践操作3授课（0.5）演示（0.5）实验（1）实验报告3序号思想政治教育元素1通过讲解材料科学在人类科学中的地位以及材料科学对技术进步起到的关键性作用，激发学生投身材料行业，为材料发展做贡献的决心。2通过讲解我国材料技术中

10、所存在的不足以及亟待解决的关键瓶颈问题，培养学生提升我国材料水平的使命感和责任感。五、课程考核方式考核方式考核内容对应课程目标评分标准考核占比平时作业能够分析材料结构的四个层次，及其对材料性能的影响。（5分）4作业成绩算分法依据标准答案评分15%能够基于扩散原理，表达和分析工艺实施对组织结构和性能的影响；能够基于材料的变形理论正确表达和解释工艺实施对组织结构和性能的影响。（10分）3期中考试能够将晶体结构基础知识用于计算合金的组成，并分析成分对性能的影响。（57分）4考试成绩算分法依据标准答案评分20%能够将晶体缺陷基础知识用于识别和判断晶体缺陷对材料性能的影响。（57分）2能够根据相图计算给

11、定成分合金的室温相含量，判断凝固过程中材料的相和组织的变化。（810分）1实验报告能够测试典型的金属组织结构，分析铁碳合金中的碳含量对材料组织和结构的影响。（5分）1分等级评分表法分等级评分，评分标准见附录15%能够测试金属变形与再结晶组织，分析材料形变过程的影响因素；描述测定晶粒大小的方法，测试晶粒尺寸，分析材料加工工艺对晶粒尺寸的影响。（10分）3期末考试能够识别材料结构，描述晶体结构特征，计算晶向指数及晶面指数，分析材料成分和结构对材料性能的影响。（810分）4考试成绩算分法依据标准答案评分50%能够判断晶体缺陷的类型，识别和判断晶体缺陷对材料性能的影响。（810分）2能够绘制相图并运用

12、杠杆定律计算铁碳相图成分，根据成分判断铁碳合金凝固过程中相和组织的变化。（1012分）1能够基于材料凝固、扩散和固态相变基本原理，正确表达和分析凝固工艺对组织结构和性能的影响；基于材料的变形与断裂理论表达和分析加工工艺对再结晶过程的影响。（2025分）3六、教材名称及主要参考书教材：1陶杰，材料科学基础（第1版），化学工业出版社，2016.11；教学参考书：1. 石德珂，材料科学基础（第2版），机械工业出版社，2003.7；2. 陶杰，材料科学基础考试试题与解析 (第2版)，化学工业出版社，2015.03。附录：各类考核评分标准表实验报告评分标准课程目标评分标准100-90分89-80分79-

13、70分69-60分59-0分课程目标1：能够针对材料的平衡结晶过程，绘制相图并计算各组分的含量，判断凝固过程中材料相和组织的变化。能够针对材料的平衡结晶过程判断铁碳合金中的碳含量对材料组织和性能的影响，实验操作规范，判断正确。能够针对材料的平衡结晶过程判断铁碳合金中的碳含量对材料组织和性能的影响，实验操作较规范，判断较正确。能够针对材料的平衡结晶过程判断铁碳合金中的碳含量对材料组织和性能的影响，实验基本操作基本规范，判断基本正确。能够针对材料的平衡结晶过程判断铁碳合金中的碳含量对材料组织和性能的影响。未能够针对材料的平衡结晶过程判断铁碳合金中的碳含量对材料组织和性能的影响。课程目标3：能够基于材料凝固、扩散和固态相变基本原理，材料的变形与断裂理论正确表达和分析工艺实施对组织结构和性能的影响。能够基于材料的变形与断裂理论，正确表达和分析工艺