《材料科学基础》教学大纲课程名称：材料科学基础课程类别（必修/选修）：必修课程英文名称：FundamentalsofMaterialsScience其中实验/实践学时：0总学时/周学时/学分：48/3/3.0先修课程：材料前沿进展，大学化学，大学物理后续课程支择：物理化学，高分子物理，高分子化学授课地点：6A401授课时间：1-16周，周3，1-2节：9-16周，周5，3-4节授课对象：2024级高材2班开课学院：材料科学与工程学院任课教师姓名/职称：龙再波/特聘副研究员答整时间、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瑞鹰国际科技创新园7栋003。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》英文版，胡廣祥、蔡淘主编，上海交通大学出版社：教学参考资料：1.《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：2.《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：材料科学基础课程是本科材料学科重要的专业基础课之一。本课程面向材料类专业，作为必修课为材料类专业学生后续专业课程，如材料成型与制备、材料现代研究方法等提供理论与技术基础。本课程将系统、全面地介绍材料基础理论知识，诸如材料的原子排列、材料的品体结构、晶体缺陷、相结构、相图、扩散等。通过理论教学与实践教学相结合，不仅培养学生掌握材料的基本理论，同时也培养学生的动手能力与探索新知识的能力。课程的教学目的和任务是使学生能够掌握材料的组成-形成（工艺）条件-结构-性能-材料用途之间相互关系及制约规律，从而使学生了解材料生产及使用过程中的静、动态之间的联系与差异，并能在一定层次上研制开发新材料储备必要的基础知识和奠定相应能力。毕业要求支撑单业要求指标点课程教学目标1
1 《材料科学基础》教学大纲 课程名称：材料科学基础 课程类别（必修/选修）：必修 课程英文名称：Fundamentals of Materials Science 总学时/周学时/学分：48/3/3.0 其中实验/实践学时：0 先修课程：材料前沿进展，大学化学，大学物理 后续课程支撑：物理化学，高分子物理，高分子化学 授课时间：1-16 周，周 3，1-2 节；9-16 周，周 5，3-4 节 授课地点：6A401 授课对象：2024 级高材 2 班 开课学院：材料科学与工程学院 任课教师姓名/职称：龙禹波/特聘副研究员 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瑞鹰国际科技创新园 7 栋 003。 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》英文版，胡赓祥、蔡洵主编，上海交通大学出版社； 教学参考资料：1. 《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； 2.《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：材料科学基础课程是本科材料学科重要的专业基础课之一。本课程面向材料类专业，作为必修课为材料类专业学生后续专业课程，如材料成 型与制备、材料现代研究方法等提供理论与技术基础。本课程将系统、全面地介绍材料基础理论知识，诸如材料的原子排列、材料的晶体结构、晶体缺 陷、相结构、相图、扩散等。通过理论教学与实践教学相结合，不仅培养学生掌握材料的基本理论，同时也培养学生的动手能力与探索新知识的能力。 课程的教学目的和任务是使学生能够掌握材料的组成-形成（工艺）条件-结构-性能-材料用途之间相互关系及制约规律，从而使学生了解材料生产及使 用过程中的静、动态之间的联系与差异，并能在一定层次上研制开发新材料储备必要的基础知识和奠定相应能力。 课程教学目标 支撑毕业要求指标点 毕业要求
目标1：掌握材料种类，晶体结构，晶体缺陷等基础知识：以高分子材料为典型，学习材料共同的科学原理及技术基础知1.2能够将高分子专业相关知识和数学1.工程知识：能够运用数学、自然科学、工程基识，解材料科学中的共性规律，即材料的组成-形成（工模型方法用于推演、分析高分子材料与础和高分子材料专业知识用手解决高分子材料与艺）条件-结构-性能-材料用途之间相互关系及制约规律：工程领域复杂工程问题。工程领域的复杂工程问题。由表及里地认识材料科学与工程各要素的相互关系，初步理解科学与工程技术的方法论。2.问题分析：能够应用数学、自然科学和高分子目标2：2.1能运用数学、自然科学及高分子材材料工程的基本原理和技术，识别、表达、并通过熟悉材料制备-加工-使用-消亡过程中的科学原理和工程料与工程的相关科学原理，识别和判断文献研究分析高分子材料与工程领域的复杂工程方法，具备通过材料科学的基础知识分析解决材料服役过复杂工程问题的关键环节。问题，以获得有效结论。程中遇到的工程问题的能力。4.研究：能够基于科学原理并采用科学方法对高目标3：4.1能够基于科学原理，通过文献研究分子材料与工程领域复杂工程问题进行研究，包括了解材料不同性能的表征工具，掌握相关的表征手段，熟或相关方法，调研和分析高分子材料与设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得出悉相关数据的收集、计算与分析方法，在此基础上具有创工程领域复杂工程问题的解决方案。合理有效的结论。新与创造能力。目标416.工程与社会：能够基于高分子材料与工程相关背6.2能分析和评价高分子材料与工程专了解材料发展史及新材料的研究进展与现代专业材料检景知识进行合理分析，评价高分子材料与工程领业工程实践对社会、健康、安全、法律、测设备，增养学生具有主动参与、积极进取、票尚科学、域实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安文化的影响，以及这些制约因素对项探究科学的学习态度和思想意识：养成理论联系实际、科全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。目实施的影响，并理解应承担的责任。学严谨、认真细致、实事求是的科学态度和职业道德。2
2 目标 1： 掌握材料种类，晶体结构，晶体缺陷等基础知识；以高分 子材料为典型，学习材料共同的科学原理及技术基础知 识，了解材料科学中的共性规律，即材料的组成-形成（工 艺）条件-结构-性能-材料用途之间相互关系及制约规律； 由表及里地认识材料科学与工程各要素的相互关系，初步 理解科学与工程技术的方法论。 1.2 能够将高分子专业相关知识和数学 模型方法用于推演、分析高分子材料与 工程领域复杂工程问题。 1. 工程知识：能够运用数学、自然科学、工程基 础和高分子材料专业知识用于解决高分子材料与 工程领域的复杂工程问题。 目标 2： 熟悉材料制备-加工-使用-消亡过程中的科学原理和工程 方法，具备通过材料科学的基础知识分析解决材料服役过 程中遇到的工程问题的能力。 2.1 能运用数学、自然科学及高分子材 料与工程的相关科学原理，识别和判断 复杂工程问题的关键环节。 2．问题分析：能够应用数学、自然科学和高分子 材料工程的基本原理和技术，识别、表达、并通过 文献研究分析高分子材料与工程领域的复杂工程 问题，以获得有效结论。 目标 3： 了解材料不同性能的表征工具，掌握相关的表征手段，熟 悉相关数据的收集、计算与分析方法，在此基础上具有创 新与创造能力。 4.1 能够基于科学原理，通过文献研究 或相关方法，调研和分析高分子材料与 工程领域复杂工程问题的解决方案。 4．研究：能够基于科学原理并采用科学方法对高 分子材料与工程领域复杂工程问题进行研究，包括 设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得出 合理有效的结论。 目标 4： 了解材料发展史及新材料的研究进展与现代专业材料检 测设备，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。 6.2 能分析和评价高分子材料与工程专 业工程实践对社会、健康、安全、法律、 文化的影响， 以及这些制约因素对项 目实施的影响， 并理解应承担的责任。 6.工程与社会：能够基于高分子材料与工程相关背 景知识进行合理分析， 评价高分子材料与工程领 域实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安 全、法律以及文化的影响， 并理解应承担的责任
理论教学进程表教学模式教学内容（点、难点、课程思政融入授课教学时支撑课周次教学主题教学方法作业安排点)师数（线上/线下）程目标材料概念，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。原子结构和原子间的键合。课程思政作业：要重点，三大材料分类，材料的选择原则。求学生每人至少阅键的类型及特点。难点：各类材料的特点。读两篇与聚丙烯高线下龙禹波6目标4课程思融入点：1.介绍材料史的演变1-3绪论和原子结构课堂讲授分子材料发展有关过程，材料发展史即人类文明史，陶瓷的文章或书籍，撰材料的发展史，悠久历史，中国文化标写一篇学习心得，签，培养学生民族自豪感。不少于1000字。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。空间点阵、品胞、品面和品向指数。难点：离子品体的品格能：最紧密堆积计算题和画图题作目标3课堂讲授龙禹波10线下原理、最紧密堆积方式：品面和品向。4-8品体结构业重点：品体结构的影响因素：金属晶体三种结构。晶体密度的计算。品体半径3
3 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 （线上/线下） 教学方法 作业安排 支撑课 程目标 1-3 绪论和原子结构 龙禹波 6 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。原子结构和 原子间的键合。 重点：三大材料分类，材料的选择原则。 键的类型及特点。 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。 线下 课堂讲授 课程思政作业：要 求学生每人至少阅 读两篇与聚丙烯高 分子材料发展有关 的文章或书籍，撰 写一篇学习心得， 不少于 1000 字。 目标 4 4-8 晶体结构 龙禹波 10 空间点阵、晶胞、晶面和晶向指数。 难点：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 线下 课堂讲授 计算题和画图题作 业 目标 3
的计算。课程思政融入点：人类对品体知识的认知经历了一个“由感性到理性、由宏观到微观、由现象到本质”的过程，很好地印证了“现象与本质”暂学规律。这与我国的改革开放道路不谋而合，增强学生的理论自信和制度自信。介绍非品材料的基本概念，重点介绍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，高分子品体，高分子材料的结构与性能。结合无机材料介绍熔体概念、熔体的结构-聚合物理论。重点：高分子材料的特征：熔体的性质：粘度-温度-组成关系和表面张力-温度-非品材料结构及性龙禹波线下目标1129-11课堂讲授论述题组成关系。质难点：高分子的分子量的计算和高分子的构象：玻璃体概念及通性，玻璃形成，玻璃结构学说，玻璃分类。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。介绍品体结构缺陷的分类及其特点，点品体结构缺陷及期目标2龙禹波线下课堂讲授/计算题作业12-13缺陷分类及特点，点缺陷浓度计算：非中考试4
4 的计算。 课程思政融入点：人类对晶体知识的认 知经历了一个“由感性到理性、由宏观 到微观、由现象到本质”的过程，很好 地印证了“现象与本质”哲学规律。这 与我国的改革开放道路不谋而合，增强 学生的理论自信和制度自信。 9-11 非晶材料结构及性 质 龙禹波 12 介绍非晶材料的基本概念，重点介绍高 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。结合无机材料介绍熔体概念、熔 体的结构-聚合物理论。 重点：高分子材料的特征；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：高分子的分子量的计算和高分子 的构象；玻璃体概念及通性，玻璃形成， 玻璃结构学说，玻璃分类。 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。 线下 课堂讲授 论述题 目标 1 12-13 晶体结构缺陷及期 中考试 龙禹波 8 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 线下 课堂讲授/ 计算题作业 目标 2
化学计量缺陷：固溶体及类型。小组讨论重点：位错。难点：面缺陷等。点缺陷平衡浓度计算课程思政融入点：由品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。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，非稳态扩散。目标1龙禹波线下4难点：菲克第一定律的应用。14固体物质的扩散课堂讲授计算题作业课程思政融入点：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。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，重点介绍各类型二元相图及分析方法。介绍固态反应特征及分类。目标2龙禹波线下课堂讲授计算题作业8相和相图15-16重点：相律、相图、杠杆规则。难点：相图分析冷却析品过程、显微结构和性能之间的关系。影响固态反应的因素：烧结的概念。5
5 化学计量缺陷；固溶体及类型。 重点：位错。 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。 小组讨论 14 固体物质的扩散 龙禹波 4 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，非稳态扩散。 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 15-16 相和相图 龙禹波 8 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，重点介绍各 类型二元相图及分析方法。介绍固态反 应特征及分类。 重点：相律、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。影响固态反应的 因素；烧结的概念。 线下 课堂讲授 计算题作业 目标 2