材料科学基础课程教学大纲

1、PAGE PAGE - 7 -本科生课程大纲课程名称材料科学基础Fundamentals of Materials Science课程代码072502101263课程属性专业知识课时/学分64/4课程性质必修实践学时责任教师课外学时128 (642)课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修课程介绍1.课程描述： 材料科学基础是材料类专业的一门主干课程，是研究材料成分、组织结构、制备工艺与性能之间关系及其变化规律的一门应用基础科学。本课程将系统、全面地介绍材料科学基础理论知识：材料的结合键、材料的晶体结构、晶体结构缺陷、材料的相图、材料的凝固、材料中的扩散

2、，材料的变形、材料的亚稳态等。本课程着眼于材料基本问题、从金属材料的基本理论出发，将高分子材料、陶瓷材料、复合材料等结合在一起，使学生能把握材料的共性，熟悉材料的个性。通过课程学习，要求学生不仅能掌握若干基本理论，而且培养学生分析和解决问题、探索新知识的能力，为学习后继专业课程、从事材料科学研究和工程技术工作打下坚实的理论基础。2.设计思路： 本课程引导学生充分掌握材料科学的基础理论，以材料的组成、结构、性能和制备的规律及相互联系为主线，能从材料组成-结构-性能-制备工艺相互联系的角度理解、解释材料制备、使用过程中的各种化学、物理现象和性能。课程内容的选取基于学生“掌握了数学、物理、化学等公共

3、基础课程方面的知识”。课程内容包括六个模块：材料的结构与缺陷、材料的扩散、材料的变形、材料的相平衡与相图、材料的凝固、材料的亚稳态；这六个方面相互关联，体现了材料研究的共性规律。材料的结构和缺陷是决定材料性能的关键因素，课程包括原子结构及键合类型、晶体学的基本概念和基础知识、合金相的结构、离子晶体结构、聚合物的晶体结构、晶体缺陷的基本类型及特征等。课程强调对材料内部结构与缺陷的掌握，探讨从物质内部找到改善和发展新材料的途径。扩散是固体材料中的一个重要现象。课程将从表象理论和原子理论出发探讨固体材料中扩散的一般规律、扩散的影响因素和扩散机制等内容，强调解决实际扩散问题的思路和求解过程。材料经变形

4、后，不仅其外形和尺寸发生变化，还会使其内部组织和有关性能发生变化。课程将研究材料变形规律及其微观机制，探讨冷变形材料在回复、再结晶过程中组织、结构和性能的变化规律，同时分析材料变形与再结晶的实际案例。材料的相图表示了在热力学平衡条件下相与温度、成分之间的对应关系，有助于预测材料的性能，在实际工业生产中有广泛而深刻的应用。课程将分别从单元、二元、三元相图入手，运用相图分析任一合金成分的结晶过程、平衡态组织以及非平衡态组织的转变，建立起成分、组织和性能三者之间的关系。凝固是材料从液态到固态的转变过程。课程将着眼于凝固基本规律的解释，包括纯晶体、固溶体、共晶合金等的凝固，同时探讨结晶理论在晶粒细化、

5、单晶制备、定向凝固等方面的应用。实际材料往往在非平衡的亚稳态使用，处于亚稳态材料的某些性能会优于其处于平衡态时的性能。课程将以近年来在亚稳态研究中的一些新成就为引导，探讨材料科学发展的一些新动态。3. 课程与其他课程的关系： 先修课程：普通物理、普通化学、物理化学、材料科学与工程导论；并行课程：材料工程基础；后置课程：材料性能、材料研究方法与测试技术、材料合成与制备工艺学。本课程与材料工程基础、材料性能、材料研究方法与测试技术、材料合成与制备工艺学等课程组成专业知识层面必修课程，建立起较为完整的材料基本知识与应用的知识构架。二、课程目标 本课程目标是为材料类专业学生提供掌握本专业的基础理论知识

6、的窗口，引导并培养学生分析材料的组成、结构与性能间的相互关系与变化规律，学生能够将这些基础理论知识运用于本专业实际科研与工程体系。到课程结束时，学生应能：(1)通过学习掌握材料组成的基础知识以及材料结构与性能之间的变化规律，学生能够针对具体问题分析材料的性能、工艺与组织结构和成分的关系。(2)围绕教学内容，阅读参考书籍和资料，对课程的相关内容进行自学加深，提升自学能力，实现知识的自我扩充。(3)提高独立思考、深入钻研问题的能力。针对材料科学的最新发展和动态，引导和培养学生进行新材料、新工艺研究开发的兴趣和初步能力，提升提出问题并解决问题的能力。三、学习要求材料科学基础作为材料类专业的核心课程，

7、涉及到的理论非常多，概念性强、知识点纷杂、内容抽象，学生难以在短时间内建立起整个课程的系统框架和掌握章与章之间的联系。然而，要保质保量的完成所有的课程任务，学生必须做到：(1)做到课前要预习，提前了解下节课要掌握的知识，为上课过程中做到更好的交流、讨论做好准备。(2)做到按时上课,上课专心听讲，积极参与课堂讨论、随堂练习和测试，抓住课程中的重点和难点。本课程将包含较多的随堂练习、讨论、小组作业展示等课堂活动，课堂整体表现和出勤率是成绩考核的重要组成部分。(3)课后要按1:2的时间分配对课堂所学内容进行复习，充分消化和理解已学知识，按时完成常规练习或课后作业。这些作业要求学生按书面形式提交，只有

8、按时提交作业，才能掌握课程所要求的内容。延期提交作业需要提前得到任课教师的许可。完成作业情况同样是成绩考核的重要组成部分。(4)根据课程进度安排，以3-5人小组为单位，完成教师布置的一定量的文献阅读、课后实践、案例分析等作业。这些作业能加深对课程内容的理解、促进同学间的相互学习、引导学生对前沿科学问题的探索和理解。四、教学进度序号专题或主题计划课时主要内容概述实验实践内容或课外练习等1绪论2材料发展史以及材料在生活中重要地位2材料的结构与缺陷2原子的结构与键合10固体结构晶体定向与晶体的对称性10晶体缺陷3材料的扩散4材料扩散的表象理论和原子理论等4材料的形变与再结晶6材料的弹性变形、塑性变形

9、、材料的回复与再结晶、材料的热加工5材料的相平衡与相图2单组元相图的结构、分析内容和方法8二元相图的结构、分析内容和方法8三元相图的结构、分析内容和方法相图综合6材料的凝固6纯晶体以及二元合金的凝固理论7材料的亚稳态4亚稳态材料的结构特征、应用、制备方法以及新材料的研究进展8材料科学基础课程总结2课程六个模块的综合串联五、参考教材与主要参考书1、选用教材：材料科学基础(第三版)， 胡赓祥、蔡珣、戎咏华编著， 上海交通大学出版社，2011年7月出版。2、主要参考书：1材料科学基础辅导与习题(第三版), 蔡珣、戎咏华编著，上海交通大学出版社，2011年11月出版。 2材料科学基础(第2版)，郑子樵

10、主编，中南大学出版社，2013年8月出版。3材料科学与工程基础(第5版，英文影音版), 英文书名:Fundamentals of Materials Science and Engineering, Fifth Edition, 凯里斯特(William D.Callister)著, 化学工业出版社，2002年12月出版。4材料科学基础(第4版), 刘智恩主编，西北工业大学出版社，2013年9月出版。六、成绩评定（一）考核方式 A ：A.闭卷考试 B.开卷考试 C.论文 D.考查 E.其他（二）成绩综合评分体系： 成绩综合评分体系比例%1.课下作业、课堂讨论及平常表现252.平时测验成绩153

11、.期末考试成绩60总计100附：作业和平时表现评分标准1）作业的评分标准作业的评分标准得分1.严格按照作业要求并及时完成，基本概念清晰，解决问题的方案正确、合理，能提出不同的解决问题方案。90-100分2.基本按照作业要求并及时完成，基本概念基本清晰，解决问题的方案基本正确、基本合理。70-80分3.不能按照作业要求，未及时完成，基本概念不清晰，解决问题的方案基本不正确、基本不合理。40-60分4.不能按照作业要求，未及时完成，基本概念不清晰，不能制定正确和合理解决问题的方案。0-30分2）课堂讨论及平时表现评分标准课堂讨论、平常表现评分标准得分1.资料的查阅、知识熟练运用，积极参与讨论、能阐明自己的观点和想法，能与其他同学合作、交流，共同解决问题。90-100分2.基本做到资料的查阅、知识的运用，能参与讨论、能阐明自己的观点和想法，能与其他其他同学合作、交流，共同解决问题。70-80分3.做到一些资料的查阅和知识的运用，参与讨论一般、不能阐明自己的观点和想法，与其他同学合作、交流，共同解决问题的能力态度一般。40