《材料科学基础II》课程教学大纲课程概况课程名称课程号材料科学基础ⅡI105412034Fundamentals of Materials Science课程英文名称学时/学分72/4and Engineering II课程性质必修适用专业功能材料成立课程负责人史蓉蓉教学团队Materials Science and Engineering,10th Edition, William D.Callister, Wiley,[2018]:(选选用教材及用教材）参考书目《材料科学基础》胡廣祥、蔡苟等主编，上海交通大学出版。（参考书）课程简介：本课程是材料类专业本科生的重要专业基础课，是一门理论性很强、涉及面广的课程，是本专业的专业课开设前所必须学的课程。本课程的基本任务，是使学生掌握材料的组成、结构与性能之间的相互关系和变化规律，掌握陶瓷材料、聚合物材料、复合材料的结构、物性和化学反应的规律及其生产加工工艺和应用，通过对材料的电学、热学、磁学和光学性质的学习和掌握，加深本科生对材料结构、制备和性能之间关系的认识，这些材料学科的基础知识的学习，有助于学生今后从事复杂的技术工作和开发新型材料打下良好的专业基础。课程目标（CourseObjectivesCO）熟悉陶瓷、聚合物、复合材料的结构、生产加工性质和应用知识目标（CO1)学习各类材料力、热、光、电、磁的基本物理性质了解材料的结构、制备和性能之间关系能够分析几类常见陶瓷材料的相图能力目标（CO2)能够根据需要独立设计简单材料能够从本质上分析材料的各类物理性质树立科技强国的报国思想素质、情感价值观目标（CO3）68学时94%ZPM1讲授法教学PM2研讨式学习4学时6%教学方式学时%学时口PM3案例教学口PM4翻转课堂%(PedagogicalMethods,PM)%口PM5混合式教学学时%口PM6体验式学习学时考考核方式试%ZEMI课程作业20%口EM2单元测试口EM3课堂辩论(Evaluation%课Methods,EM)
1 《材料科学基础 II》课程教学大纲 一、课程概况 课程名称 材料科学基础 II 课程号 105412034 课程英文名称 Fundamentals of Materials Science and Engineering II 学时/学分 72/4 课程性质 必修 适用专业 功能材料 课程负责人 史蓉蓉 教学团队 成立 选用教材及 参考书目 Materials Science and Engineering，10 th Edition, William D. Callister, Wiley, [2018]；（选 用教材） 《材料科学基础》胡赓祥、蔡荀等主编，上海交通大学出版。（参考书） 课程简介：本课程是材料类专业本科生的重要专业基础课，是一门理论性很强、涉及面广的课程，是本 专业的专业课开设前所必须学的课程。本课程的基本任务，是使学生掌握材料的组成、结构与性能之间 的相互关系和变化规律，掌握陶瓷材料、聚合物材料、复合材料的结构、物性和化学反应的规律及其生 产加工工艺和应用，通过对材料的电学、热学、磁学和光学性质的学习和掌握，加深本科生对材料结构、 制备和性能之间关系的认识，这些材料学科的基础知识的学习，有助于学生今后从事复杂的技术工作和 开发新型材料打下良好的专业基础。 课程目标（Course Objectives, CO) 知识目标（CO1) 熟悉陶瓷、聚合物、复合材料的结构、生产加工性质和应用 学习各类材料力、热、光、电、磁的基本物理性质 了解材料的结构、制备和性能之间关系 能力目标（CO2) 能够分析几类常见陶瓷材料的相图 能够根据需要独立设计简单材料 能够从本质上分析材料的各类物理性质 素质、情感价值观目标（CO3) 树立科技强国的报国思想 教学方式 （Pedagogical Methods,PM） ☑PM1 讲授法教学 68 学时 94 % ☑PM2 研讨式学习 4 学时 6 % □PM3 案例教学 学时 % □PM4 翻转课堂 学时 % □PM5 混合式教学 学时 % □PM6 体验式学习 学时 % 考核方式 （Evaluation Methods,EM） 考 试 课 ☑EM1 课程作业 20% □EM 2 单元测试 % □EM3 课堂辩论 %
必ZEM6撰写论文选口EM4期中考试%ZEM5期末考试75%5%/实验报告考%口EMI课程作业%口EM2单元测试%口EM3课堂辩论查课DEM5撰写论文/实必0/%口EM4期末考试选验报告%%EM10课堂互动口EM11实验%口EM12实训自选口EM13实践%口EM14期末考试olo2
2 必 选 □EM4 期中考试 % ☑EM5 期末考试 75% ☑EM6 撰写论文 /实验报告 5% 考 查 课 必 选 □EM1 课程作业 % □EM 2 单元测试 % □EM3 课堂辩论 % □EM4 期末考试 % □EM5 撰写论文/实 验报告 % 自 选 □EM10 课堂互动 % □EM11 实验 % □EM12 实训 % □EM13 实践 % □EM14 期末考试 %
二、教学大纲的定位说明（一）课程教学目标与任务学生通过72学时的学习后，有关几大类基础材料，能概括总结陶瓷材料的结构、分类和生产加工特点；能描述聚合物的结构、说出聚合物的分类、特性与加工工艺；能概括复合材料的分类。关于材料的腐蚀和退化，能准确描述半电池和标准氢电极；能描述不同类型的极化；说出各种类型的腐蚀以及最常用的防腐措施；关于材料的电学性质，能描述固体材料的四类电子能带结构；能简要叙述出金属、半导体和绝缘体电子激发产生自由电子的过程；能区分本征半导体和非本征半导体；能从电子运动的角度准确解释p-n结整流过程；会计算平行板电容器的电容；能够指出并描述三种类型的极化。关于材料的热学特性，学习后，能够说明固体材料中吸收热能的主要机制；利用势能随原子间距变化曲线，能够从原子角度解释热膨胀现象；可以描述出固体中热传导的两个主要机制，会分析比较金属、陶瓷和聚合物材料中两种机制贡献的大小。关于磁学特性，认真学习后，能够根据已知的磁化率和外加磁场强度，确定材料的磁化强度；从电子角度出发，可以解释材料磁矩的两个来源；能够解释抗磁性、顺磁性以及铁磁性的本质和来源：学会描述磁滞回线；能够写出软磁和硬磁材料磁特性的本质差别；会描述超导现象。关于光学特性，学习本章后，学习通过普朗克常数和光3
3 二、教学大纲的定位说明 （一）课程教学目标与任务 学生通过 72 学时的学习后，有关几大类基础材料，能概 括总结陶瓷材料的结构、分类和生产加工特点；能描述聚合 物的结构、说出聚合物的分类、特性与加工工艺；能概括复 合材料的分类。 关于材料的腐蚀和退化，能准确描述半电池和标准氢电 极；能描述不同类型的极化；说出各种类型的腐蚀以及最常 用的防腐措施； 关于材料的电学性质，能描述固体材料的四类电子能带 结构；能简要叙述出金属、半导体和绝缘体电子激发产生自 由电子的过程；能区分本征半导体和非本征半导体；能从电 子运动的角度准确解释 p-n 结整流过程；会计算平行板电容 器的电容；能够指出并描述三种类型的极化。 关于材料的热学特性，学习后，能够说明固体材料中吸 收热能的主要机制；利用势能随原子间距变化曲线，能够从 原子角度解释热膨胀现象；可以描述出固体中热传导的两个 主要机制，会分析比较金属、陶瓷和聚合物材料中两种机制 贡献的大小。 关于磁学特性，认真学习后，能够根据已知的磁化率和 外加磁场强度，确定材料的磁化强度；从电子角度出发，可 以解释材料磁矩的两个来源；能够解释抗磁性、顺磁性以及 铁磁性的本质和来源；学会描述磁滞回线；能够写出软磁和 硬磁材料磁特性的本质差别；会描述超导现象。 关于光学特性，学习本章后，学习通过普朗克常数和光
子频率，会计算光子的能量；能够简单解释为什么金属材料对可见光不透明；能描述出高纯绝缘体和半导体的光子吸收机制；对本征透明的电介质材料，说出导致半透明和不透明的三种内散射来源；可以简述出红宝石和半导体激光器的构造和工作原理。（二）课程教学目标与培养目标的关系课程教学中，通过对各大类材料，如陶瓷材料、聚合物材料以及复合材料的学习，在掌握各类材料的基本结构、特性、生产加工要求和应用的基础上，结合前沿文献，使学生的基础知识和科学研究不脱节，瞄准各类科学问题，树立扎实掌握基础，勇攀科技高峰的思想。本课程涵盖了材料学科所涉及到的各类材料，并从结构的角度，通过对材料的生产加工和物理性质的分析，加深对材料的认识，为学生以后各细化的专业课的学习打下坚实的基础。课程自标体现并涵盖了材料学类本科生的毕业要求，有力地支撑了本专业的培养自标。课程目标与对应支撑的毕业要求如下表所示：课程目标支撑的毕业要求支撑强度H11~5知识目标（CO1)7H能力目标（CO2）6素质、情感价值观目标712H(CO3)（三）支撑课程目标的教学内容与方法本课程根据教学计划，为72课时，由于所涉及内容为材料类学生的专业基础课，因此以课堂讲授为主，结合学生做课程调研报告的形式，考察学生查阅文献和逻辑思维表达能力。课堂上，会根据课程进度，适时总结归纳，每一章学习4
4 子频率，会计算光子的能量；能够简单解释为什么金属材料 对可见光不透明；能描述出高纯绝缘体和半导体的光子吸收 机制；对本征透明的电介质材料，说出导致半透明和不透明 的三种内散射来源；可以简述出红宝石和半导体激光器的构 造和工作原理。 （二）课程教学目标与培养目标的关系 课程教学中，通过对各大类材料，如陶瓷材料、聚合物 材料以及复合材料的学习，在掌握各类材料的基本结构、特 性、生产加工要求和应用的基础上，结合前沿文献，使学生 的基础知识和科学研究不脱节，瞄准各类科学问题，树立扎 实掌握基础，勇攀科技高峰的思想。本课程涵盖了材料学科 所涉及到的各类材料，并从结构的角度，通过对材料的生产 加工和物理性质的分析，加深对材料的认识，为学生以后各 细化的专业课的学习打下坚实的基础。课程目标体现并涵盖 了材料学类本科生的毕业要求，有力地支撑了本专业的培养 目标。课程目标与对应支撑的毕业要求如下表所示： 课程目标 支撑的毕业要求 支撑强度 知识目标（CO1) 1~5 1 H 能力目标（CO2) 6 7 H 素质、情感价值观目标 （CO3) 7 12 H （三）支撑课程目标的教学内容与方法 本课程根据教学计划，为 72 课时，由于所涉及内容为材 料类学生的专业基础课，因此以课堂讲授为主，结合学生做 课程调研报告的形式，考察学生查阅文献和逻辑思维表达能 力。课堂上，会根据课程进度，适时总结归纳，每一章学习
后都会安排以计算和设计题为主的课后作业，以考察学生根据课堂知识解决实际问题的能力。（四）先修课程要求，与先修及后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接对先修课程的要求有，《高等数学》《大学物理》《物理化学》《材料科学与工程基础I》。与本课程关联最紧密的是《材料科学与工程基础I》，上册内容详细介绍了材料的晶体结构，并以金属为例讲解了材料的力学性能的测试方法和性能指标，所涉及内容是本课程学习的必要先修课程。（五）检验课程目标达成度的考核方法和评分标准由于课时有限，课堂教授的72学时是最低教学学时要求，否则内容无法完成，因此在有限的课时内增加对程性考核不太现实。为了全方位地考察课程目标达成度，在72学时中留出4学时安排学生的课程报告，该报告成绩占最终成绩的5%。课程的最终目的是解决实际问题，因此每章的作业均为根据实际生产生活所设计的计算题和设计题，作业的完成情况占学生最终成绩的20%，期末考试的卷面成绩占总成绩的75%。三、课程内容与安排第一章陶瓷的结构和特性（8学时）学习目标：能用图或文字描述氯化钠、氯化、闪锌矿、金刚石、钙钛矿晶体的结构基元；已知陶瓷的化学式以及构成组元的离子半径，确定其晶体结构；能够描述陶瓷材料中的离子点缺陷；能解释陶瓷材料试样中断裂强度的差异；能够利用滑移的概念解释为什么晶体陶瓷很脆。教学重点：氯化钠、氯化、闪锌矿、金刚石、钙钛矿5
5 后都会安排以计算和设计题为主的课后作业，以考察学生根 据课堂知识解决实际问题的能力。 （四）先修课程要求，与先修及后续相关课程之间的逻 辑关系和内容衔接 对先修课程的要求有，《高等数学》《大学物理》《物 理化学》《材料科学与工程基础 I》。与本课程关联最紧密的 是《材料科学与工程基础 I》，上册内容详细介绍了材料的晶 体结构，并以金属为例讲解了材料的力学性能的测试方法和 性能指标，所涉及内容是本课程学习的必要先修课程。 （五）检验课程目标达成度的考核方法和评分标准 由于课时有限，课堂教授的72学时是最低教学学时要求， 否则内容无法完成，因此在有限的课时内增加过程性考核不 太现实。为了全方位地考察课程目标达成度，在 72 学时中留 出4学时安排学生的课程报告，该报告成绩占最终成绩的5%。 课程的最终目的是解决实际问题，因此每章的作业均为根据 实际生产生活所设计的计算题和设计题，作业的完成情况占 学生最终成绩的 20%，期末考试的卷面成绩占总成绩的 75%。 三、课程内容与安排 第一章 陶瓷的结构和特性（8 学时） 学习目标：能用图或文字描述氯化钠、氯化铯、闪锌矿、 金刚石、钙钛矿晶体的结构基元；已知陶瓷的化学式以及构 成组元的离子半径，确定其晶体结构；能够描述陶瓷材料中 的离子点缺陷；能解释陶瓷材料试样中断裂强度的差异；能 够利用滑移的概念解释为什么晶体陶瓷很脆。 教学重点：氯化钠、氯化铯、闪锌矿、金刚石、钙钛矿