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：64/4/4 其中实验/实践学时：12 先修课程： 高等数学、大学物理、大学化学、工程力学或材料力学等 后续课程支撑：金属材料学、材料现代研究方法、材料成型原理与工艺、材料腐蚀与防护等 授课时间： 1-16 周/周二 3、4 节，周四/3、4 节 授课地点：松山湖校区/6C303、6D302 授课对象： 2020 金属班 开课学院： 材料科学与工程 任课教师姓名/职称： 祝闻/讲师 答疑时间、地点与方式：1. 通过优学院、微信、电子邮件等线上答疑； 2.习题课安排集中答疑；3. 每次上课的课间和课后，采用一对一的问答方式。 课程考核方式：开卷（）闭卷（√）课程论文（）其它（ ） 使用教材：石德珂主编，《材料科学基础》（第三版）机械工业出版社 教学参考资料：材料科学基础，胡赓祥、蔡洵主编，上海交通大学出版社；材料科学基础，谢希文、过梅丽主编，北京航空航天大学出版社 课程简介：材料科学基础课程是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，如材料成型基 础、金属材料学、热处理工艺学、材料性能与检测、材料表面工程、材料失效分析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、晶体及非晶体的凝固、相结构、相图、扩散、塑性变形等。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
2 目标 1： 掌握材料种类，晶体结构，晶体缺陷，凝固等基础知识；以金属 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 2-1 掌握材料科学基础中的基本概念， 具有综合运用所学的数学，自然科学 和工程科学的基本原理分析解决金属 材料制备、加工领域的复杂工程问题 C2 能够应用数学、自然科学和工程科学的基 本原理，识别、表达、并通过文献研究分析金 属材料领域的复杂工程问题，以获得有效结论 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，掌 握工程材料失效的微观机制，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 3-1 能够针对金属材料领域的复杂工 程问题，设计满足特定需求的解决方 案或工艺流程 C3 能够设计针对金属材料制备、加工过程中 所涉及的工艺进行设计并制定解决方案，能够 在设计环节中体现创新意识，并综合考虑社 会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素 目标 3： 通过实践训练，掌握金相制样与分析方法，显微镜、硬度计等常 用材料表征设备的使用方法；能进行材料金相组织制备和观察分 析的能力 4-2 具有基于金属材料工程专业基础 的基本原理和科学方法开展专业基础 实验，准确分析并解释实验数据，并 将实验结果进行关联以获得有效结论 的能力 C4 能够基于科学原理并采用科学方法对金属 材料工程领域复杂技术问题进行研究，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 5-1 能够开发、选择及使用现代专业检 测设备、资源及技术来分析金属材料 工程中涉及合金设计与制备、产品加 工等方面的复杂工程问题，并能够理 解其局限性 C5 能够针对金属材料的设计、制备、加工等 问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、 现代工程工具和信息技术工具，对金属材料工 程领域复杂问题进行预测与模拟，并能够理解 其局限性
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 绪论 祝闻 2 课程大纲、课程概述、课程意义、材料 的分类、研究现状及发展趋势。了解本 课程的主要内容与后续专业课知识体系 的关系（重点）；材料制备与加工工艺 对性能的影响（难点）。 课程思政融入点：1）介绍近十年我国十 大顶尖装备中的材料创新，激发学生对 本专业的兴趣，培养学生的民族荣誉感 和爱国精神；2）新材料助力疫情防控与 冬奥会案例分析。 线上 线上直播 课堂讲授 课程思政作业：课 后观看央视纪录片 《超级装备》，总 结装备中用到的材 料及其科学问题， 不少于 1500 字。 目标四 1-2 材料结构的基本知 识 祝闻 4 介绍材料结构的基本知识：原子结构、 原子结合键类型与原子排列方式，晶体 材料的组织（重点）；原子结合键（难 点）。 课程思政融入点：介绍我国散裂中子源 的原理和用途，阐述陈和生院士的个人 事迹，激发学生对参与科学研究的兴趣， 培养学生的爱国情怀。 线上 线上直播 课堂讲授 课后作业：本章测 试题（线上） 目标一 2-3 晶体结构 祝闻 4 晶体学基础，纯金属、离子晶体和共价 线上 线上直播 课后作业：本章测 目标一
4 晶体的晶体结构。晶体学基本概念、三 种典型的金属晶体结构及特征、晶体学 应用及工具介绍（重点）；晶面和晶向 指数的确定，晶面间距的计算（难点）。 课堂讲授 试题（线上） 3-5 晶体缺陷 祝闻 8 点缺陷类型、产生，位错的基本概率、 能量与交互作用，晶体中的界面。晶体 缺陷的基本概念和类型、位错的交互作 用、位错的起源与繁殖、位错的交割（重 点）；柏氏矢量，不全位错（难点）。 线上 线上直播 课堂讲授 课后作业：本章测 试题（线上） 目标一 5-6 材料的凝固 祝闻 4 晶核的形成，晶体的生长，固溶体合金 和共晶合金的凝固（重点）；结晶的基 本规律，晶核的形成，晶体的长大。非 均匀形核与晶体的长大（难点）。 线上 线上直播 课堂讲授 课后作业：本章测 试题（线上） 目标一 6-9 材料的相结构、相 图，期中考试 祝闻 12 材料的相结构，二元相图及其类型，复 杂相图的分析。固溶体，金属间化合物， 相平衡图的基本概念、杠杆定律、二元 相图的基本类型（重点）；杠杆定律的 应用，Fe-C 相图分析及平衡凝固（难点）。 课程思政融入点：介绍我国钢铁产业发 展现状，培养学生理论联系实际的能力。 线上 线上直播 课堂讲授 课后作业：本章测 试题（线上） 期中考试（线下） 目标一 9-10 扩散与固态相变 祝闻 6 扩散定律及其应用，扩散机制，影响扩 散的因素与扩散驱动力，固态扩散的宏 线下 课堂讲授 课后作业：本章测 试题（线上） 目标一
5 观规律，分析扩散的微观机构，给出固 态扩散的实验规律和实际应用（重点）； 扩散第二定律的应用与扩散机制（难 点）。 11-12 材料的塑性变形 祝闻 6 金属变形概述，滑移与孪晶变形，单晶 体的塑性变形，多晶体的塑性变形。单 晶塑性变形本质，施密特定律、单滑移、 多滑移和交滑移等概念；多晶体的塑性 变形（重点）；塑性变形与滑移（难点）。 线下 课堂讲授 课后作业：本章测 试题（线上） 目标二 12-13 冷变形金属的回复 与再结晶、金属的 热变形与超塑性 祝闻 4 冷变形金属的回复和再结晶，回复动力 学，回复机制，再结晶的形核，再结晶 动力学，影响再结晶的因素，金属的蠕 变，金属的超塑性。冷变形金属在加热 时的组织与性能的变化，回复，再结晶， 晶粒长大等（重点）；回复动力学、回 复机制，二次再结晶（难点）。 线下 课堂讲授 课后作业：本章测 试题（线上） 目标二 13 课程总结 祝闻 2 课程总结，总复习（重点）；；期末复 习（难点）。 课程思政融入点：通过介绍十大卡脖子 技术，告知我国材料领域发展的成就与 不足，鼓励学生运用专业知识在科技项 目上探索求知，勇于开拓。 线下 课堂讲授 课后作业：总复习 题库（线上） 目标一