1 《材料科学与工程基础》教学大纲 课程名称：材料科学与工程基础 课程类别（必修/选修）：必修 课程英文名称：Fundamentals of Materials Science and Engineering 总学时/周学时/学分：40/3/2.5 其中实验/实践学时：0 先修课程：无机化学，大学物理，有机化学 后续课程支撑：物理化学，高分子物理 授课时间：1-14 周，周三 5-7 节 授课地点：7B404 授课对象：2020 级高材 1 班和 2 班 开课学院：材料科学与工程学院 任课教师姓名/职称：钟赤锋/副教授，谢华理/讲师 答疑时间、地点与方式：1.每次上课的课前、课间和课后，采用一对一的问答方式；2.每次发放作业时，采用集中讲解方式；3.平日可以通过网上论坛或 留言进行答疑；4.课外时间的答疑辅导安排在 4B211 办公室。 课程考核方式：开卷（）闭卷（√）课程论文（）其它（ ） 使用教材：《材料科学基础》，石德珂、王红洁等编（第 3 版），机械工业出版社，2020 年 教学参考资料：1.《材料科学导论》，冯端等编，化学工业出版社，2002 年； 2.《材料科学与工程基础》（原书名：Fundamentals of Materials Science and Engineering），[美] 卡丽斯特，来斯威什 著；郭福，马立民等译，北京工 业出版社，2015 年 2 月； 3.《材料科学与工程基础》，顾宜、赵长生主编（第 2 版），化学工业出版社，2011 年。 课程简介： 《材料科学与工程基础》是材料科学与工程一级学科专业课程体系中一门重要的专业基础课，本课程任务是通过各种教学环节，使学生掌握材料科 学的基础概念和理论。全面理解材料科学中共性规律。本课程突出无机非金属材料的基础上，兼顾了金属材料、高分子材料科学原理。教学内容着重于 材料科学的基本概念和基本理论，并及时补充最新研究成果。本课程培养学生了解和掌握材料学基本理论，为后续材料专业课程的学习打下必要的基础
2 课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑： 课程教学目标 支撑毕业要求指标点 毕业要求 目标 1（知识目标）： 掌握材料定义、分类。掌握三大材料的性能，加工方法、 结构及性质；从材料的性能，加工、结构及性质等四个要 素全面来学习和理解材料。 3.1 掌握高分子材料工程设计和产品开 发的基本设计/开发方法和技术，了解影 响设计目标和技术方案的各种因素。 3.设计/开发解决方案：能够针对高分子材料的合 成、制备、成型加工过程中所涉及的配方、工艺、 生产流程及设备进行设计并制定开发解决方案，能 够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、 安全、法律、文化以及环境等因素。 目标 2（素质目标） 培养学生具有主动参与、积极进取、崇尚科学、探究科学 的学习态度和思想意识；养成理论联系实际、科学严谨、 认真细致、实事求是的科学态度和职业道德。 10.2 了解专业领域的国际、国内发展 趋势和研究热点，理解和尊重世界不同 文化的差异性和多样性。 10.沟通：能够就高分子材料与工程复杂工程问题 与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括 撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应 指令，并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景 下进行沟通和交流。 目标 3（能力目标） 掌握三大材料，特别是无机材料的结构与性质的关系；掌 握其加工方法对结构及其性能的影响。理解材料基本结构 的知识，并能理解先进仪器分析的结构分析图谱，并能就 专业问题进行基本沟通和交流。 10.3 具有一定的跨文化交流的语言和 书面表达能力，能就专业问题在跨文化 背景下进行基本沟通和交流。 10.沟通：能够就高分子材料与工程复杂工程问题 与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括 撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应 指令，并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景 下进行沟通和交流。 理论教学进程表 周次 教学主题 授课教 师 学时 数 教学内容（重点、难点、课程思政融入 点） 教学模式 教学方法 作业安排 支撑课 程目标
3 （线上/线下） 1 绪论 钟赤锋 3 材料概念，材料发展简史，材料科学的 定义；学习本课程的要求和方法。简介 材料的性能与结构的关系。 重点：三大材料分类，材料的选择原则。 难点：各类材料的特点。 课程思政融入点：1.介绍材料史的演变 过程，材料发展史即人类文明史，陶瓷 材料的发展史，悠久历史，中国文化标 签，培养学生民族自豪感。 2.介绍我国材料科学的发展，目前存在的 卡脖子的关键材料，激发学生努力学习， 掌握材料理论，为国家关键材料突破贡 献自己的力量。 线上 课堂讲授 课程思政作业：要 求学生每人至少阅 读两篇与材料无机 非金属材料）发展 有 关 的 文 章 或 书 籍。 目标 2 2-4 晶体结构一 钟赤锋 9 原子结构和原子间的键合、空间点阵、 晶胞、晶面和晶向指数、点群与空间群； 难点：键的类型、离子晶体的晶格能； 最紧密堆积原理、最紧密堆积方式；晶 面和晶向。 重点：晶体结构的影响因素；金属晶体 三种结构。晶体密度的计算。晶体半径 的计算。 线上 课堂讲授 计算题和画图题作 业 目标 1 5 晶体结构缺陷 钟赤锋 3 介绍晶体结构缺陷的分类及其特点，点 缺陷分类及特点，点缺陷浓度计算；非 化学计量缺陷；固溶体及类型 重点：位错。 线上 课堂讲授/ 小组讨论 计算题作业 目标 1
4 难点：面缺陷等。点缺陷平衡浓度计算 课程思政融入点：由晶体缺陷与材料性 能的关系，引出有缺陷的人生才是完美 的人生，正视自身的不完美，激发学生 积极乐观的人生态度。 6 非晶态结构与性质 钟赤锋 3 熔体概念、熔体的结构-聚合物理论； 重点：熔体的性质：粘度-温度-组成关 系和表面张力-温度-组成关系； 难点：玻璃体概念及通性，玻璃形成， 玻璃结构学说，玻璃分类。 线上 课堂讲授 作业 目标 1 7 表面结构与性质 钟赤锋 3 介绍固体的表面及结构（表面、界面及 相界面）；固体的界面及结构（晶界分 类、陶瓷晶界结构）； 难点：材料界面行为-表面润湿和粘附； 重点：材料表面成分结构的表征方法。 线下 课堂讲授 作业 目标 1 8-10 高分子材料的结构 谢华理 9 介绍高分子材料的基本概念，高分子材 料的链结构、构型和构象，高分子的聚 集态结构，高分子分子量及其分布，高 分子晶体，高分子材料的结构与性能 重点：高分子材料的特征。 难点：高分子的分子量的计算和高分子 的构象。 线下 课堂讲授 论述题 目标 3
5 课程思政融入点：介绍中国科学家在高 分子结构与性能领域做出的重要奉献， 让学生了解科研方法和老一代科学家的 吃苦精神。 11-12 相和相图 谢华理 5 介绍相结构和相图基本概念，相律、杠 杆规则、相平衡及其应用，介绍多元相 图，重点介绍各类型二元相图及分析方 法。 重点：相概念、相图、杠杆规则。 难点：相图分析冷却析晶过程、显微结 构和性能之间的关系。 线下 课堂讲授 计算题作业 目标 3 12-14 固体物质的扩散 谢华理 5 介绍扩散含义，扩散定律及其应用，扩 散分类及机制，影响扩散的因素与扩散 驱动力，固态相变中的扩散问题。 重点：稳态扩散。 难点：菲克第一定律的应用。 课程思政融入点：由微观粒子的扩散导 致的固态物质的宏观性质变化，引出每 个个体都是集体的重要组成，微弱力量 累积就能导致事物发生质的变化。 线下 课堂讲授 计算题作业 目标 1 合计 40