《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：48/4/3先课程：高等数学、大学物理、物理化学等后续课程支撑：材料性能学、材料现代研究方法、材料腐蚀与防护等授课地点：6B-304授课时间：1-12周/周一，3-4节/周三，5-6节（双语课：英文PPT课件展示，中英文讲解）授课对象：2024金属2班开课学院：材料科学与工程任课教师姓名/职称：祝闻/副教授，黄照文/副研究员答疑时间、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（V）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：《材料科学基础》（第三版），石德珂主编，机械工业出版社：《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。课程菌介：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、材料腐蚀与防护、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、材料的品体结构、晶体缺陷、晶体及非品体的凝固、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：毕业要求课程教学目标支撑毕业要求指标点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：48/4/3 其中实验/实践学时：0 先修课程：高等数学、大学物理、物理化学等 后续课程支撑：材料性能学、材料现代研究方法、材料腐蚀与防护等 授课时间：1-12 周/周一，3-4 节/ 周三，5-6 节 授课地点：6B-304 （双语课：英文 PPT 课件展示，中英文讲解） 授课对象： 2024 金属 2 班 开课学院： 材料科学与工程 任课教师姓名/职称：祝闻/副教授，黄照文/副研究员 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：《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：《材料科学基础》（第三版），石德珂主编，机械工业出版社；《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、材料腐蚀与防护、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
目标1：掌握材料种类、固体结构等基础知识：学习材料共同的科2.1具有综合运用所学的数学，自然科2能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理学原理及技术基础知识，了解材料科学中的共性规律，即学和工程科学的基本原理分析解决金识别、表达、并通过文献研究分析金属材料领域的材料的组成-形成（工艺）条件-结构-性能-材料用途之间相属材料制备、加工领域的复杂工程向复杂工程问题，以获得有效结论。题。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。3.2掌握金属材料结构/组成、性质、加目标21工工艺、服役性能之间相互关系的基本3设计开发解决方案：能够设计针对金属材料制备、熟悉材料制备-加工-使用-消亡过程中的科学原理和工程规律，能够分析金属材料的成分设计、加工过程中所涉及的工艺进行设计并制定解决方方法，掌握材料相关的微观机制，具备通过材料科学的基合金制备、加工过程中所涉及的工艺参案，能够在设计环节中体现创新意识，并综合考虑础知识分析解决材料服役过程中遇到的工程问题的能力。数、生产流程及关键控制步骤，并根据社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。专业相关知识制度解决方案：满足特定需求。5能够针对金属材料的设计、制备、加工等问题，5.2能够应用现代工程工具和信息技术目标3：工具，对金属材料制备、加工领域复杂开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工通过实践训练，掌握材料制备与分析方法，学会使用常用工程问题进行预测与模拟，并能够理解具和信息技术工具，对金属材料工程领域复杂问题材料表征设备对材料的形貌、结构、成分进行分析。其局限性。进行预测与模拟，并能够理解其局限性。目标46.3能够分析或预测产品设计、研发和6能够基于金属材料工程相关背景知识进行合理分加工过程中可能出现的问题，能够评价了解材料发展史及新材料的研究进展与现代专业材料检析，评价金属材料工程领域实践和复杂问题解决方测设备，培养学生具有主动参与、积极进取、崇尚科学、金属材料工程专业工程实践和复杂工案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并探究科学的学习态度和思想意识：养成理论联系实际、科程问题解决方案对社会、健康、安全、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。法律以及文化的影响，并理解应承担的2
2 目标 1： 掌握材料种类、固体结构等基础知识；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 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。 2 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，掌握材料相关的微观机制，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。 3.2 掌握金属材料结构/组成、性质、加 工工艺、服役性能之间相互关系的基本 规律，能够分析金属材料的成分设计、 合金制备、加工过程中所涉及的工艺参 数、生产流程及关键控制步骤，并根据 专业相关知识制度解决方案，满足特定 需求。 3 设计/开发解决方案：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，掌握材料制备与分析方法，学会使用常用 材料表征设备对材料的形貌、结构、成分进行分析。 5.2 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。 5 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。 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。 6.3 能够分析或预测产品设计、研发和 加工过程中可能出现的问题，能够评价 金属材料工程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 6 能够基于金属材料工程相关背景知识进行合理分 析，评价金属材料工程领域实践和复杂问题解决方 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
责任。理论教学进程表教学模式支撑课周次学时数教学主题授课教师教学内容（重点、难点、课程思政融入点）教学方法作业安排线下/混合式程目标重点：课程大纲、材料分类体系、研究现状与发展趋势，明确本课程与后续专业课的知识衔接关系，通过案例建立材料学科整体认知框架。课程恩政作业：观难点：理解两大关联逻辑：一是材料与人看央视纪录片《栋类文明的互动关系：二是制备加工工艺对梁之材》后，选2-3性能的影响机制，需结合具体实例建立“工种材料，结合课程艺-结构-性能”的动态认知。课堂讲授与绪论黄照文线下知识分析其科学间12目标4课程思政融入点1：结合央视纪录片《栋小组讨论题与技术突破，融梁之材》内容：选取片中超级钢、T1000入科研精神与报国级碳纤维、第三代半导体等典型材料创新情怀，写1000字感案例，通过“手撕钢打破国外垒断”“国悟。产碳纤维支撑航天工程”等真实研发故事，展现中国材料科技从跟跑到领跑的突破历程，激发学生对材料专业的探索兴趣，强化民族自豪感与科技报国情怀。3
3 责任。 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 线下/混合式 教学方法 作业安排 支撑课 程目标 1 绪论 黄照文 2 重点：课程大纲、材料分类体系、研究现 状与发展趋势，明确本课程与后续专业课 的知识衔接关系，通过案例建立材料学科 整体认知框架。 难点：理解两大关联逻辑：一是材料与人 类文明的互动关系；二是制备加工工艺对 性能的影响机制，需结合具体实例建立“工 艺-结构-性能”的动态认知。 课程思政融入点 1：结合央视纪录片《栋 梁之材》内容：选取片中超级钢、T1000 级碳纤维、第三代半导体等典型材料创新 案例，通过“手撕钢打破国外垄断”“国 产碳纤维支撑航天工程”等真实研发故事， 展现中国材料科技从跟跑到领跑的突破历 程，激发学生对材料专业的探索兴趣，强 化民族自豪感与科技报国情怀。 线下 课堂讲授与 小组讨论 课程思政作业：观 看央视纪录片《栋 梁之材》后，选 2-3 种材料，结合课程 知识分析其科学问 题与技术突破，融 入科研精神与报国 情怀，写 1000 字感 悟。 目标 4
课程思政融入点2：分享中国学者前沿成果：解读近年中国团队在《Science》《Nature》发表的材料领域顶级论文，展示基础研究的国际影响力，引导学生关注学术前沿，培养创新思维与科研使俞感。重点：介绍材料结构的基本知识：原子结构、原子结合键类型及原子排列方式。难点：原子结合键的分类及其特点：需区分一次键与二次键的本质差异，并理解键能、键长对材料力学性能和物理性能的影响机制。课后作业：本章测原子结构和结合课程思政融入点：以陈和生院士团队自主1、2祝闻线下课堂讲授试题（线上）目标14键能研发中国首台散裂中子源（全球第四台）为案例，结合其在材料微观结构表征中的应用，展现“小中子”支撑多学科基础研究的大能量：通过团队12年攻克靶体抗辐照材料等“卡脖子”技术、拒绝国外技术华断的事迹，传递科技自立自强的家国情怀，强化学生专业使命感与创新精神。重点：品体学基础，三种典型品体结构及课后作业：本章测2-4固体结构祝闻合金相（固溶体、中间相），建立品体结课堂讲授试题（线上）目标190线下构与材料性能的关联认知。4
4 课程思政融入点 2 ：分享中国学者前沿成 果： 解读 近年 中国 团队在 《Science》 《Nature》发表的材料领域顶级论文，展 示基础研究的国际影响力，引导学生关注 学术前沿，培养创新思维与科研使命感。 1、2 原子结构和结合 键能 祝闻 4 重点：介绍材料结构的基本知识：原子结 构、原子结合键类型及原子排列方式。 难点：原子结合键的分类及其特点：需区 分一次键与二次键的本质差异，并理解键 能、键长对材料力学性能和物理性能的影 响机制。 课程思政融入点：以陈和生院士团队自主 研发中国首台散裂中子源（全球第四台） 为案例，结合其在材料微观结构表征中的 应用，展现“小中子”支撑多学科基础研 究的大能量；通过团队 12 年攻克靶体抗辐 照材料等“卡脖子”技术、拒绝国外技术 垄断的事迹，传递科技自立自强的家国情 怀，强化学生专业使命感与创新精神。 线下 课堂讲授 课后作业：本章测 试题（线上） 目标 1 2-4 固体结构 祝闻 8 重点：晶体学基础，三种典型晶体结构及 合金相（固溶体、中间相），建立晶体结 构与材料性能的关联认知。 线下 课堂讲授 课后作业：本章测 试题（线上） 目标 1
难点：掌握晶向指数与晶面指数的规范标注方法，以及不同品系下品面间距的计算逻辑，需通过空间想象与数学推导建立微观结构的几何表征能力。课程思政融入点：人类对品体知识的认知经历了二个“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，重点：品体缺陷的基本概念和类型、点缺陷类型、产生，位错的基本概率、能量与交互作用，品体中的界面。位错的交互作用、位错的起源与繁殖、位错的交割。难点：掌握柏氏矢量的物理意义及确定方品体缺陷，期中法，理解位错运动的微观机制及其对材料课后作业：本章测祝闻线下课堂讲授4-68目标1考试塑性变形的影响。试题（线上）课程思政融入点1：从品体缺陷的“中性属性”切入，运用辩证唯物主义观点阐释“缺陷存在赋予材料性能可能性，但过量缺陷导致性能劣化”的规律，引导学生以“内容与形式”“本质与现象”的辩证思5
5 难点：掌握晶向指数与晶面指数的规范标 注方法，以及不同晶系下晶面间距的计算 逻辑，需通过空间想象与数学推导建立微 观结构的几何表征能力。 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。 4-6 晶体缺陷，期中 考试 祝闻 8 重点：晶体缺陷的基本概念和类型、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。位错的交互作 用、位错的起源与繁殖、位错的交割。 难点：掌握柏氏矢量的物理意义及确定方 法，理解位错运动的微观机制及其对材料 塑性变形的影响。 课程思政融入点 1：从晶体缺陷的“中性 属性”切入，运用辩证唯物主义观点阐释 “缺陷存在赋予材料性能可能性，但过量 缺陷导致性能劣化”的规律，引导学生以 “内容与形式”“本质与现象”的辩证思 线下 课堂讲授 课后作业：本章测 试题（线上） 目标 1