《材料科学基础》课程大纲、课程信息材料科学基础课程名称FundamentalsofMaterialsScience232310003B课程编码适用专业功能材料修读学期第四学期先修课程大学物理、物理化学团必修课程类别专业基础课程课程性质口选修4课程学分考核方式团考试口考查课程学时64学时（理论学时56，实践学时8)执笔人卫晓琴审核人郝建强二、课程简介材料科学基础是材料类专业的核心基础课程。通过讲授、讨论和课外实践等各个教学环节，全面介绍材料科学的基本理论，着眼于材料科学的基本及共性问题，注重于材料的成分、组织结构、制备工艺和性能之间的内在联系，指导材料的设计和应用，并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。通过该课程的学习，应着重掌握材料成分、组织、结构及加工过程与性能间的相互关系；了解材料科学在国民经济中的地位与作用；掌握材料中原子的结合方式、晶体学基础、材料的晶体结构、相结构。掌握点缺陷、线缺陷、面缺陷的有关概念、规律、实际应用等基本理论；掌握纯金属的结晶条件、形核规律、长大过程，了解结晶理论的实际应用：掌握相图的基本知识、基本类型、分析与使用方法，熟练记忆和应用Fe-Fe3C相图：掌握单晶体、多晶体的塑性变形规律，掌握塑性变形对金属组织与性能的影响，熟悉金属及合金在加热过程中的组织与性能变化，了解回复、再结晶、晶粒长大及金属的热变形的规律。三、课程自标（一）课程目标31
31 《材料科学基础》课程大纲 一、课程信息 课程名称 材料科学基础 Fundamentals of Materials Science 课程编码 232310003B 适用专业 功能材料 先修课程 大学物理、物理化学 修读学期 第四学期 课程类别 专业基础课程 课程性质 必修 选修 课程学分 4 考核方式 考试 考查 课程学时 64 学时（理论学时 56，实践学时 8） 执笔人 卫晓琴 审核人 郝建强 二、课程简介 材料科学基础是材料类专业的核心基础课程。通过讲授、讨论和课外实践等 各个教学环节，全面介绍材料科学的基本理论，着眼于材料科学的基本及共性问 题，注重于材料的成分、组织结构、制备工艺和性能之间的内在联系，指导材料 的设计和应用，并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。通过该课程的学习，应着重掌握材料成分、组织、结构及加工 过程与性能间的相互关系；了解材料科学在国民经济中的地位与作用；掌握材料 中原子的结合方式、晶体学基础、材料的晶体结构、相结构。掌握点缺陷、线缺 陷、面缺陷的有关概念、规律、实际应用等基本理论；掌握纯金属的结晶条件、 形核规律、长大过程，了解结晶理论的实际应用；掌握相图的基本知识、基本类 型、分析与使用方法，熟练记忆和应用Fe-Fe3C相图；掌握单晶体、多晶体的塑性 变形规律，掌握塑性变形对金属组织与性能的影响，熟悉金属及合金在加热过程 中的组织与性能变化，了解回复、再结晶、晶粒长大及金属的热变形的规律。 三、课程目标 （一）课程目标
通过本课程的学习，学生可以达到以下目标：课程目标1：学习并掌握常见的晶体结构与材料的相结构、晶体缺陷及固态材料中的原子扩散、材料的凝固、二元相图及塑性变形等基本知识，使学生在材料方面具有扎实的基础理论知识，可以分析并设计金属材料产品由不同工艺形成的组织特征，具有开发和选用新材料的能力和工程实际应用的能力。【毕业要求2.11课程目标2：理解材料的组织特征、各项性能与材料结构和制备工艺基本原理之间的关系，可以评价材料性能的共性基础及个性特征，了解学科技术发展的最新动态、当代材料科学的新概念、新知识和新理论，能够开展技术调研、文献检索、表征评价、数据分析等基本方法识别、描述和分析材料工程领域的实际问题。【毕业要求3.1】课程目标3：帮助学生掌握工程材料相关的基本理论和知识，训练用所学理论分析实际问题的方法和思路。初步掌握材料的科学实验方法和有关的实验技术：在设计材料领域复杂工程问题的解决方案时，能够综合考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素，并体现创新意识。【毕业要求4.3】（二）课程目标与毕业要求的关系课程目标支撑的毕业要求支撑的毕业要求指标点毕业要求2：问题分2.1能够利用自然科学、工程科学的基本原课程目标1理，对材料成型领域复杂工程问题的关键技术析进行识别和判断。3.1掌握材料成型工艺全流程、成型设备系统毕业要求3：设计/开设计/开发方法和相关技术，了解影响成型工课程目标2发解决方案艺流程和设备系统设计和技术方案的各种影响因素。4.3能够利用专业知识基本原理对试验结果毕业要求4：研究课程目标3进行分析和解释，并通过综合分析得出合理有效结论。四、课程内容（一）课程内容与课程目标的关系32
32 通过本课程的学习，学生可以达到以下目标： 课程目标1：学习并掌握常见的晶体结构与材料的相结构、晶体缺陷及固态 材料中的原子扩散、材料的凝固、二元相图及塑性变形等基本知识，使学生在材 料方面具有扎实的基础理论知识，可以分析并设计金属材料产品由不同工艺形成 的组织特征，具有开发和选用新材料的能力和工程实际应用的能力。【毕业要求 2.1】 课程目标2：理解材料的组织特征、各项性能与材料结构和制备工艺基本原 理之间的关系，可以评价材料性能的共性基础及个性特征，了解学科技术发展的 最新动态、当代材料科学的新概念、新知识和新理论，能够开展技术调研、文献 检索、表征评价、数据分析等基本方法识别、描述和分析材料工程领域的实际问 题。【毕业要求3.1】 课程目标3：帮助学生掌握工程材料相关的基本理论和知识，训练用所学理 论分析实际问题的方法和思路。初步掌握材料的科学实验方法和有关的实验技术； 在设计材料领域复杂工程问题的解决方案时，能够综合考虑社会、健康、安全、 法律、文化以及环境等因素，并体现创新意识。【毕业要求4.3】 （二）课程目标与毕业要求的关系 课程目标 支撑的毕业要求 支撑的毕业要求指标点 课程目标 1 毕业要求 2：问题分 析 2.1 能够利用自然科学、工程科学的基本原 理，对材料成型领域复杂工程问题的关键技术 进行识别和判断。 课程目标 2 毕业要求 3: 设计/开 发解决方案 3.1 掌握材料成型工艺全流程、成型设备系统 设计/开发方法和相关技术，了解影响成型工 艺流程和设备系统设计和技术方案的各种影 响因素。 课程目标 3 毕业要求 4：研究 4.3 能够利用专业知识基本原理对试验结果 进行分析和解释，并通过综合分析得出合理有 效结论。 四、课程内容 （一）课程内容与课程目标的关系
课程内容支撑的课程目标教学方法学时安排课堂讲授、启发式教绪论2课程目标1学、案例教学课堂讲授、课堂讨论、6课程目标1材料结构的基本知识启发式教学精讲点拨、有效训练、课程目标1/26材料中的晶体结构巩固练习课堂讲授、课堂讨论、晶体缺陷课程目标1/2/312互动交流课堂讲授、启发式教材料的相结构及相图课程目标1/318学、案例教学课堂讲授、课堂讨论、材料的凝固与气相沉积课程目标1/26互动交流课堂讲授、课堂讨论、6扩散与固态相变课程目标2启发式教学课堂讲授、课堂讨论、8材料的变形与断裂课程目标1/3启发式教学合计64（二）课程内容第一章绪论【学习目标】1.了解材料科学的重要地位与作用，工程材料分类，课程任务与内容以及本课程的学习方法。2.对本课程具备基本认识，熟悉课程要求。3.激发学生的学习热情，明确学习目标，树立正确的学习观和价值观。【课程内容】1.材料科学基础的研究内容2.材料科学基础的研究对象3.材料科学基础的研究方法4.材料科学基础的应用实例【重点、难点】33
33 课程内容 支撑的课程目标 教学方法 学时安排 绪论 课程目标 1 课堂讲授、启发式教 学、案例教学 2 材料结构的基本知识 课程目标 1 课堂讲授、课堂讨论、 启发式教学 6 材料中的晶体结构 课程目标 1/2 精讲点拨、有效训练、 巩固练习 6 晶体缺陷 课程目标 1/2/3 课堂讲授、课堂讨论、 互动交流 12 材料的相结构及相图 课程目标 1/3 课堂讲授、启发式教 学、案例教学 18 材料的凝固与气相沉积 课程目标 1/2 课堂讲授、课堂讨论、 互动交流 6 扩散与固态相变 课程目标 2 课堂讲授、课堂讨论、 启发式教学 6 材料的变形与断裂 课程目标 1/3 课堂讲授、课堂讨论、 启发式教学 8 合计 64 （二）课程内容 第一章 绪论 【学习目标】 1. 了解材料科学的重要地位与作用，工程材料分类，课程任务与内容以及本 课程的学习方法。 2. 对本课程具备基本认识，熟悉课程要求。 3. 激发学生的学习热情，明确学习目标，树立正确的学习观和价值观。 【课程内容】 1. 材料科学基础的研究内容 2. 材料科学基础的研究对象 3. 材料科学基础的研究方法 4. 材料科学基础的应用实例 【重点、难点】
1.重点：准确把握本课程的目标和内容。2.难点：了解本课程在专业培养及教学计划中的重要性。【教学方法】1.启发式教学：以提问和带入方式激发学生对本课程的兴趣，准备科技写作材料和工程应用事例，以了解本课程的主要内容和重要性。2.案例教学：要求学生做课前预习和网上学习，采用案例分析等方式引导学生积极参与到学习活动中来，与主干专业知识相互联系，树立较全面的知识框架。3.课堂互动：在教学过程中通过回答问题等方式对教学效果进行评估，并引导学生总结本次课的知识点和重要内容，评估学习效果。【学习要求】1.课前检索相关文献，了解材料科学基础的研究现状及工程应用事例。2.课堂上积极讨论，主动提问，对重难点知识做好笔记，理解透彻。3.课后巩固复习，与主干专业知识相互联系，树立较全面的知识框架。【复习与思考】1.列举生活中常见的材料，根据其用途和性能，分析微观结构。2.各自搜索一篇与材料科学基础相关的文献，并阐述本课程对工业生产和科学研究的重要性。【学习资源】1.石德珂.材料科学基础M：北京：机械工业出版社，20202.徐恒钧.材料科学基础[M]．北京：北京工业大学出版社,20013.胡虞祥.材料科学基础[M]．上海：上海交通大学出版社,2020第二章材料结构的基本知识【学习目标】1，掌握原子结构相关知识并熟悉典型结构的参数性质，了解一次键、二次键以及混合键的概念。2.学会利用不同检测方法观测材料的显微组织。3.培养学生抽象思维模式，加深对原子结构的认识，熟悉不同结合键及其性质。4.引导培养材料学的基本素质，积累材料科学的理论知识，锻炼理论联系实际的能力。【课程内容】34
34 1. 重点：准确把握本课程的目标和内容。 2. 难点：了解本课程在专业培养及教学计划中的重要性。 【教学方法】 1. 启发式教学：以提问和带入方式激发学生对本课程的兴趣，准备科技写作 材料和工程应用事例，以了解本课程的主要内容和重要性。 2. 案例教学：要求学生做课前预习和网上学习，采用案例分析等方式引导学 生积极参与到学习活动中来，与主干专业知识相互联系，树立较全面的知识框架。 3. 课堂互动：在教学过程中通过回答问题等方式对教学效果进行评估，并引 导学生总结本次课的知识点和重要内容，评估学习效果。 【学习要求】 1. 课前检索相关文献，了解材料科学基础的研究现状及工程应用事例。 2. 课堂上积极讨论，主动提问，对重难点知识做好笔记，理解透彻。 3. 课后巩固复习，与主干专业知识相互联系，树立较全面的知识框架。 【复习与思考】 1. 列举生活中常见的材料，根据其用途和性能，分析微观结构。 2. 各自搜索一篇与材料科学基础相关的文献，并阐述本课程对工业生产和 科学研究的重要性。 【学习资源】 1. 石德珂. 材料科学基础[M]. 北京: 机械工业出版社, 2020. 2. 徐恒钧. 材料科学基础[M]. 北京: 北京工业大学出版社, 2001. 3. 胡赓祥. 材料科学基础[M]. 上海: 上海交通大学出版社, 2020. 第二章 材料结构的基本知识 【学习目标】 1. 掌握原子结构相关知识并熟悉典型结构的参数性质，了解一次键、二次键 以及混合键的概念。 2. 学会利用不同检测方法观测材料的显微组织。 3. 培养学生抽象思维模式，加深对原子结构的认识，熟悉不同结合键及其性 质。 4. 引导培养材料学的基本素质，积累材料科学的理论知识，锻炼理论联系实 际的能力。 【课程内容】
1.原子的结构2.原子结合键3.原子排列方式4.晶体材料的组织5.材料的稳态结构及亚稳态结构【重点、难点】1.重点：了解元素周期表及性能的周期性变化；掌握一次键、二次键以及混合键的概念与对比；理解晶体与非晶体的概念；掌握不同类型结晶过程与差异，学会利用不同检测方法观测材料的显微组织，建立材料内部结构和性能的关系。2.难点：理解泡利不相容原理和最低能量原理；了解结合键的本质及原子间距：学习稳态结构及亚稳态结构的概念：理解热力学条件、动力学条件及转变过程影响因素。【教学方法】1.案例教学：采用视频演示带入本章课程，以便学生更好理解材料的显微组织，通过对原子结构和原子结合键的学习，辅助后续课程。2.课堂演示：课前准备原子结构相关动画，以便学生直观了解此部分内容，结合科研报道分析结晶过程。3.课堂讨论：在教学过程中通过回答问题等方式对教学效果进行评估，并引导学生总结本次课的知识点和重要内容，评估学习效果。【学习要求】1.课前通过查阅相关文献了解材料结构的基本知识。2.课堂上积极讨论，主动提问，对重难点知识做好笔记，理解透彻。3.课后巩固复习，与主干专业知识相互联系，树立较全面的知识框架。【复习与思考】1.总结元素周期表及性能的周期性变化规律。2分析原子结合键的分类及其差异性。3.思考材料结构特征对力学性能可能产生的影响。【学习资源】1.石德珂.材料科学基础M].北京：机械工业出版社，20202.徐恒钧．材料科学基础M.北京：北京工业大学出版社，20013.胡祥，材料科学基础Ml：上海：上海交通大学出版社，202035
35 1. 原子的结构 2. 原子结合键 3. 原子排列方式 4. 晶体材料的组织 5. 材料的稳态结构及亚稳态结构 【重点、难点】 1. 重点：了解元素周期表及性能的周期性变化；掌握一次键、二次键以及混 合键的概念与对比；理解晶体与非晶体的概念；掌握不同类型结晶过程与差异， 学会利用不同检测方法观测材料的显微组织，建立材料内部结构和性能的关系。 2. 难点：理解泡利不相容原理和最低能量原理；了解结合键的本质及原子间 距；学习稳态结构及亚稳态结构的概念；理解热力学条件、动力学条件及转变过 程影响因素。 【教学方法】 1. 案例教学：采用视频演示带入本章课程，以便学生更好理解材料的显微组 织，通过对原子结构和原子结合键的学习，辅助后续课程。 2. 课堂演示：课前准备原子结构相关动画，以便学生直观了解此部分内容， 结合科研报道分析结晶过程。 3. 课堂讨论：在教学过程中通过回答问题等方式对教学效果进行评估，并引 导学生总结本次课的知识点和重要内容，评估学习效果。 【学习要求】 1. 课前通过查阅相关文献了解材料结构的基本知识。 2. 课堂上积极讨论，主动提问，对重难点知识做好笔记，理解透彻。 3. 课后巩固复习，与主干专业知识相互联系，树立较全面的知识框架。 【复习与思考】 1. 总结元素周期表及性能的周期性变化规律。 2. 分析原子结合键的分类及其差异性。 3. 思考材料结构特征对力学性能可能产生的影响。 【学习资源】 1. 石德珂. 材料科学基础[M]. 北京: 机械工业出版社, 2020. 2. 徐恒钧. 材料科学基础[M]. 北京: 北京工业大学出版社, 2001. 3. 胡赓祥. 材料科学基础[M]. 上海: 上海交通大学出版社, 2020