《材料热力学》教学大纲课程名称：材料热力学课程类别（必修/选修）：必修课程英文名称：ThermodynamicsofMaterials总学时/周学时/学分：32/2/2其中实验/实践学时：0先修课程：高等数学、大学物理、大学化学等后续课程支撑：材料科学基础、金属学及热处理、金属凝固理论授课地点：松山潮校区6C-405授课时间：1-16周星期一3-4节授课对象：2019金属班开课学院：材料科学与工程学院任课教师姓名/职称：陈肯/饼师易爱华/高级工程师答疑时间、地点与方式：1.每次上课的课间和课后，采用一对一的问答方式：2.通过电子邮件等联系方式答疑课程考核方式：开卷（）闭卷（）课程论文（）其它（）使用教材：《材料热力学》第三版徐祖耀李麟著科学出版社教学参考资料：（材料热力学》第二版郝士明蒋教李洪晓化学工业出版社《物理化学》第大版天津大学物理化学教研室高等教育出版社课程简介：《材料热力学》课程是材料类专业本科生的重要基础课程。材料热力学是热力学基本原理在材料科学研究中的应用，其与动力学、晶体学及固体物理和周体化学等共同组成了材料科学的学科基础。材料热力学的主要任务是揭示材料中相和组织的形成规律，确定相稳定性、相变方向及相变驱动力等。应用材料热力学基本原理可以阐明和预测相图、相变以及材料的其他物理现象。本课程的主要任务是培养学生应用基本热力学原理解决材料研究中具体问题及解释材料科学中热力学现象的能力。课程主要讲述内容包括：热力学三大定律、溶液模型、相图热力学及相变热力学等。通过该课程的学习，要求学生掌握热力学基本定律，理解热力学定律是如何通过热力学函数应用到材料科学研究领域而形成材料热力学规律的。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
《材料热力学》教学大纲 课程名称：材料热力学 课程类别（必修/选修）:必修 课程英文名称：Thermodynamics of Materials 总学时/周学时/学分：32/2/2 其中实验/实践学时：0 先修课程：高等数学、大学物理、大学化学等 后续课程支撑：材料科学基础、金属学及热处理、金属凝固理论 授课时间：1-16 周 星期一 3-4 节 授课地点：松山湖校区 6C-405 授课对象：2019 金属班 开课学院：材料科学与工程学院 任课教师姓名/职称：陈肯/讲师 易爱华/高级工程师 答疑时间、地点与方式： 1.每次上课的课间和课后，采用一对一的问答方式；2.通过电子邮件等联系方式答疑。 课程考核方式：开卷（）闭卷（）课程论文（）其它（） 使用教材：《材料热力学》第三版 徐祖耀 李麟著 科学出版社 教学参考资料：《材料热力学》第二版 郝士明 蒋敏 李洪晓 化学工业出版社 《物理化学》第六版 天津大学物理化学教研室 高等教育出版社 课程简介：《材料热力学》课程是材料类专业本科生的重要基础课程。材料热力学是热力学基本原理在材料科学研究中的应用，其与动力学、晶体学及 固体物理和固体化学等共同组成了材料科学的学科基础。材料热力学的主要任务是揭示材料中相和组织的形成规律，确定相稳定性、相变方向及相变驱 动力等。应用材料热力学基本原理可以阐明和预测相图、相变以及材料的其他物理现象。本课程的主要任务是培养学生应用基本热力学原理解决材料研 究中具体问题及解释材料科学中热力学现象的能力。课程主要讲述内容包括：热力学三大定律、溶液模型、相图热力学及相变热力学等。通过该课程的 学习，要求学生掌握热力学基本定律，理解热力学定律是如何通过热力学函数应用到材料科学研究领域而形成材料热力学规律的。 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）：理解热力学基本概念，掌握热力学第一定律，理掌握物理、化学等方面的自然科学C1.能够将数教学、自然科学、工程基础和金属材料工程专业知解自发过程，掌握热力学第二定律，理解摘与克知识，能够用于解决金属材料制识用于解决复杂工程问题。劳修斯不等式，掌握热力学第三定律，掌握自由备、加工领域的复杂工程问题。掌C2.能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表.能函数与判据，掌握热力学基本关系，理解溶液握运用专业基础知识分析金属材达、并通过文献研究分析复杂金属材料工程问题，以获得有效定义，理解偏康尔量，掌握化学势，理解相律料工程问题的能力。结论。掌握典型相图，理解相变分类，掌握形核、相变驱动力，理解调幅分解。能够针对金属材料领域的复杂工C3.能够设计针对复杂金属材料工程问题的解决方案，设计满足程问题，设计满足特定需求的解决特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程：并能够在设计环方案或工艺流程。具有基于金属材节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及目标2（能力目标）料工程专业基础的基本原理和科环境等因素。掌握功的计算，热的计算，理解第一定律的实际学方法开展专业基础实验，准确分C4.能够基于科学原理并采用科学方法对复杂金属材料工程问应用，掌握摘变的计算，掌握自由能的计算，掌析并解释实验数据，并将实验结果题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综握不同体系中化学势的计算，掌握相图分析，形进行关联以获得有效结论的能力。合得到合理有效的结论。核、理解相变驱动力计算。能够应用现代工程工具和信息技C5.能够针对复杂金属材料工程问题，开发、选择与使用恰当的术工具，对金属材料制备、加工领技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂金属域复杂工程问题进行预测与模拟，材料工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。并能够理解其局限性
目标 1（知识目标）： 理解热力学基本概念，掌握热力学第一定律，理 解自发过程，掌握热力学第二定律，理解熵与克 劳修斯不等式，掌握热力学第三定律，掌握自由 能函数与判据，掌握热力学基本关系，理解溶液 定义，理解偏摩尔量，掌握化学势，理解相律， 掌握典型相图，理解相变分类，掌握形核、相变 驱动力，理解调幅分解。 掌握物理、化学等方面的自然科学 知识，能够用于解决金属材料制 备、加工领域的复杂工程问题。掌 握运用专业基础知识分析金属材 料工程问题的能力。 C1.能够将数学、自然科学、工程基础和金属材料工程专业知 识用于解决复杂工程问题。 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复杂金属材料工程问题，以获得有效 结论。 目标 2（能力目标） 掌握功的计算，热的计算，理解第一定律的实际 应用，掌握熵变的计算，掌握自由能的计算，掌 握不同体系中化学势的计算，掌握相图分析，形 核、理解相变驱动力计算。 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。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。 能够应用现代工程工具和信息技 术工具，对金属材料制备、加工领 域复杂工程问题进行预测与模拟， 并能够理解其局限性。 C3.能够设计针对复杂金属材料工程问题的解决方案，设计满足 特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环 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。 C4.能够基于科学原理并采用科学方法对复杂金属材料工程问 题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综 合得到合理有效的结论。 C5.能够针对复杂金属材料工程问题，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，包括对复杂金属 材料工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性
正确认识金属材料工程对于客观世界和社会的影响。能够正确和客C6.能够基于金属材料工程相关背景知识进行合理分析，评价专观的评价针对复杂工程问题的金业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、属材料工程专业工程实践对环境、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。目标3（素质目标）社会可持续发展的影响。具有良好C7.能够理解和评价针对复杂金属材料工程问题的工程实践对培养学生具有主动参与、积极进取、崇尚科学、的语言文字表达能力，能够撰写科环境、社会可持续发展的影响。技与行业报告和设计汇报文稿、陈探究科学的学习态度和思想意识：养成理论联系C10.能够就复杂金属材料工程问题与业界同行及社会公众进行实际、科学严谨、认真细致、实事求是的科学态述发言、清晰表达或回应指令，能有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰度和职业道德，积极落实人才培养计划，使学生够就金属材料相关的复杂工程问表达或回应指令，并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景题与业界同行及社会公众进行有成为出色的、受社会所欢迎的工程技术人才。下进行沟通和交流。效沟通和交流。能够主动地、不断C12.具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展探索地、学以致用地更新和优化自的能力。身知识体系。理论教学进程表支撑教学周次教学棋式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）学生学习预期成果1课程作业安排方法目标1,理解热力学的基本内热力学的基本内涵，发展历史，任务课程思政作混合式，优目标1涵：2，了解材料热力学业：要求学1绪论陈背重点：热力学的基本任务2讲授学院，班级的发展历史及基本内目标3生每人至少难点：热力学的发展历史容。码：56553阅读一篇与
目标 3（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，积极落实人才培养计划，使学生 成为出色的、受社会所欢迎的工程技术人才。 正确认识金属材料工程对于客观 世界和社会的影响。能够正确和客 观的评价针对复杂工程问题的金 属材料工程专业工程实践对环境、 社会可持续发展的影响。具有良好 的语言文字表达能力，能够撰写科 技与行业报告和设计汇报文稿、陈 述发言、清晰表达或回应指令，能 够就金属材料相关的复杂工程问 题与业界同行及社会公众进行有 效沟通和交流。能够主动地、不断 探索地、学以致用地更新和优化自 身知识体系。 C6.能够基于金属材料工程相关背景知识进行合理分析，评价专 业工程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。 C7.能够理解和评价针对复杂金属材料工程问题的工程实践对 环境、社会可持续发展的影响。 C10.能够就复杂金属材料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。 C12.具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展 的能力。 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） 学生学习预期成果 教学模式 教学 方法 作业安排 支撑 课程 目标 1 绪论 陈肯 2 热力学的基本内涵，发展历史，任务 重点：热力学的基本任务 难点：热力学的发展历史 1，理解热力学的基本内 涵；2，了解材料热力学 的发展历史及基本内 容。 混合式，优 学院，班级 码： 56553 讲授 课程思政作 业：要求学 生每人至少 阅读一篇与 目标 1 目标 3
热力学发展课程思政融入点：运用辩证法，讨论经166有关的文章典热力学的特点，培养学生的辩证看待或书籍，并事物的思维习惯。做摘要。1，理解理想气体微观模理想气体微观模型及其状态方程：，热力混合式，优学的基本概念：热力学第一定律：理想型及其状态方程：：2，理解并掌握热力学的基气体不同条件下的热力学能、恰及功的学院，班级热力学讲授+目标1本概念：3，理解并掌握计算码：565532-4第一定小组陈肯6热力学第一定律：4，理目标2重点：热力学基本概念。166律解并掌握体积功的概念讨论难点：热力学第一定律、功和热的计算。及功的计算自发过程的定义及其共同特征：热力学1.理解并掌握自发过程的定义：2.理解并掌握第二定律文字表达：简的定义、判据及混合式，优摘变的计算：不可逆过程的本质及炳的热力学第二定律：3，理课程思政作解热力学第二定律4，微观意义。业：阅读薛学院，班级热力学讲授+目标1理解并掌握摘判据及烯定调《生命重点：热力学第二定律。码：565535-6陈肯小组第二定4变的计算：5，理解不可是什么》第6目标3难点：的引出、摘判据。166律逆过程的本质及摘的微讨论章，并做摘观意义：6，理解并掌握要。课程思政融入点：从马克思主义认识论热力学第三定律。的理论联系实际的出发，引导学生将摘判据与实际中的现象联系。A定义及判据：G定义及判据：AG和1，理解并掌握A定义混合式，优课堂△A的计算：热力学基本关系式的推导、热力学函及判据2，理解并掌握目标1学院，班级讲授+使用条件及应用G定义及判据：3，理解7-8数及其基陈肯4并掌握AG和AA的计目标2小组码：56553重点：自由能的计算。本关系式算：4，理解并掌握热力讨论166难点：热力学基本关系的推导。学基本关系式的推导
课程思政融入点：运用辩证法，讨论 经 典热力学的特点，培养学生的辩证看待 事物的思维习惯。 166 热力学发展 有关的文章 或书籍 ， 并 做摘要。 2 - 4 热力学 第一定 律 陈肯 6 理想气体微观模型及其状态方程； ,热力 学的基本概念；热力学第一定律；理想 气体不同条件下的热力学能、焓及功的 计算 重点：热力学基本概念 。 难点：热力学第一定律、功和热的计算 。 1，理解理想气体微观模 型及其状态方程；； 2 ， 理解并掌握热力学的基 本概念； 3，理解并掌握 热力学第一定律； 4，理 解并掌握体积功的概念 及功的计算 混合式，优 学院，班级 码： 56553 166 讲授 + 小 组 讨论 目标 1 目标 2 5 - 6 热力学 第二定 律 陈肯 4 自发过程的定义及其共同特征；热力学 第二定律文字表达；熵的定义、判据及 熵变的计算；不可逆过程的本质及熵的 微观意义。 重点：热力学第二定律 。 难点：熵的引出、熵判据 。 课程思政融入点：从马克思主义认识论 的理论联系实际的出发，引导学生将熵 判据与实际中的现象联系 。 1，理解并掌握自发过程 的定义； 2，理解并掌握 热力学第二定律； 3，理 解热力学第二定律 4 ， 理解并掌握熵判据及熵 变的计算； 5，理解不可 逆过程的本质及熵的微 观意义； 6，理解并掌握 热力学第三定律。 混合式，优 学院，班级 码： 56553 166 讲授 + 小 组 讨论 课程思政作 业：阅读薛 定谔《生命 是什么》第 6 章，并做摘 要。 目标 1 目标 3 7 - 8 热力学函 数及其基 本关系式 陈肯 4 A 定义及判据； G 定义及判据；Δ G 和 Δ A 的计算；热力学基本关系式的推导、 使用条件及应用 重点：自由能的计算 。 难点：热力学基本关系的推导 。 1 ，理解并掌握 A 定义 及判据 2，理解并掌握 G 定义及判据； 3，理解 并掌握Δ G 和Δ A 的计 算； 4，理解并掌握热力 学基本关系式的推导、 混合式，优 学院，班级 码： 56553 166 课 堂 讲授 + 小 组 讨论 目标 1 目标 2
使用条件及应用摩尔量、化学势、理想溶液、稀溶液、活度、活度系数等概念的含义：偏摩尔1，理解偏摩尔量、化学量的求和公式、化学势公式、拉乌尔定混合式，优势、理想溶液、稀溶液、律、享利定律、依数性产生的原因，化课程思政作课堂活度、活度系数等概念学势对传质过程的决定性作用，业：要求学学院，班级目标1的含义：2，理解依数性讲授+溶液的热生利用化学重点：化学势。码：565539-10易爱华4产生的原因，3，，掌握势判据来解目标2小组力学性质难点：拉乌尔定律和享利定律。166化学势公式及标准态含释生活中的讨论义。现象。课程思政融入点：从理论联系实际的观点出发，讲授应用化学势解决实际溶液中的热力学问题，深化学生对知行合一的理解。1,理解相的概念和相平相的概念和相平衡条件：相图中点、线、衡条件：2，理解相图中混合式，优面的含义，能够分析相图：各种基本相课堂点、线、面的含义，能图的特点，能够根据相图分析体系相变学院，班级目标1够分析相图：3，掌握各过程：相图构成规律。讲授+码：5655311-13相平衡陈肯6种基本相图的特点，能小组目标2重点：相图分析166够根据相图分析体系相讨论难点：相律的推导变过程：1，掌握通过自由能判据混合式，优课堂自由能判据：理想溶液和实际溶液自由分析纯物质相平衡的方能公式，自由能最小原理及公切线法则目标 1相图热力学院，班级讲授+法：2，掌握理想溶液和14-15陈肯4在二组分体系相平衡分析中的应用，能学小组目标2实际溶液自由能公式，码：56553通过分析自由能曲线，确定相平衡状掌握规则溶液模型自由讨论166态：由化学势相等条件计算两相平衡浓能公式，并理解各项含
使用条件及应用 9-10 溶液的热 力学性质 易爱华 4 摩尔量、化学势、理想溶液、稀溶液、 活度、活度系数等概念的含义；偏摩尔 量的求和公式、化学势公式、拉乌尔定 律、亨利定律、依数性产生的原因，化 学势对传质过程的决定性作用， 重点：化学势。 难点：拉乌尔定律和亨利定律。 课程思政融入点：从理论联系实际的观 点出发，讲授应用化学势解决实际溶液 中的热力学问题，深化学生对知行合一 的理解。 1，理解偏摩尔量、化学 势、理想溶液、稀溶液、 活度、活度系数等概念 的含义；2，理解依数性 产生的原因，3，,掌握 化学势公式及标准态含 义。 混合式，优 学院，班级 码： 56553 166 课 堂 讲授+ 小 组 讨论 课程思政作 业：要求学 生利用化学 势判据来解 释生活中的 现象。 目标 1 目标 2 11-13 相平衡 陈肯 6 相的概念和相平衡条件；相图中点、线、 面的含义，能够分析相图；各种基本相 图的特点，能够根据相图分析体系相变 过程；相图构成规律。 重点：相图分析 难点：相律的推导 1，理解相的概念和相平 衡条件；2，理解相图中 点、线、面的含义，能 够分析相图；3，掌握各 种基本相图的特点，能 够根据相图分析体系相 变过程； 混合式，优 学院，班级 码： 56553 166 课 堂 讲授+ 小 组 讨论 目标 1 目标 2 14-15 相图热力 学 陈肯 4 自由能判据；理想溶液和实际溶液自由 能公式，自由能最小原理及公切线法则 在二组分体系相平衡分析中的应用，能 通过分析自由能曲线，确定相平衡状 态；由化学势相等条件计算两相平衡浓 1，掌握通过自由能判据 分析纯物质相平衡的方 法；2，掌握理想溶液和 实际溶液自由能公式， 掌握规则溶液模型自由 能公式，并理解各项含 混合式，优 学院，班级 码： 56553 166 课 堂 讲授+ 小 组 讨论 目标 1 目标 2