《材料科学与工程基础》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：4总学时/周学时/学分：48/3/3.0先修课程：材料概论，大学化学，大学物理后续课程支撑：物理化学，高分子物理授课地点：6A409授课时间：1-16周，周二5-7节授课对象：2022级高材2班开课学院：材料科学与工程学院在任课教师姓名/取称：刘钊/特博副研究员钟赤锋/数授答疑时间、地点与方式：1.每次上课的课前、课间和课后，采用一对一的问答方式：2.每次发放作业时，采用集中讲解方式：3.平日可以通过网上论坛或留言进行答疑：4.课外时间的答辅导安排在4B211办公室。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，胡廣祥、蔡主编，上海交通大学出版社：教学参考资料：1《材料科学基础》，石德珂、王红洁等编（第3版），机械工业出版社，2020年2.《材料科学与工程基础》，顾宜、赵长生主编（第2版），化学工业出版社，2011年。课程简介：《材料科学与工程基础》是材料科学与工程一级学科专业课程体系中一门重要的专业基础课，本课程任务是通过各种教学环节，使学生掌握材料科学的基础概念和理论。全面理解材料科学中共性规律。本课程突出无机非金属材料的基础上，兼顾了金属材料、高分子材料科学原理。教学内容着重于材料科学的基本概念和基本理论，并及时补充最新研究成果。本课程培养学生了解和掌握材料学基本理论，为后续材料专业课程的学习打下必要的基础课程教学目标及对单业要求指标点的支撑：1.工程知识：能够运用数学、自然科学、工程基础和高分子材料专业知识用于解决高分子材料与工程领域的复杂工程问题。1
1 《材料科学与工程基础》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：48/3/3.0 其中实验/实践学时：4 先修课程：材料概论，大学化学，大学物理 后续课程支撑：物理化学，高分子物理 授课时间：1-16 周，周二 5-7 节 授课地点：6A409 授课对象：2022 级高材 2 班 开课学院：材料科学与工程学院 任课教师姓名/职称：刘钊/特聘副研究员 钟赤锋/副教授 答疑时间、地点与方式：1.每次上课的课前、课间和课后，采用一对一的问答方式；2.每次发放作业时，采用集中讲解方式；3.平日可以通过网上论坛或 留言进行答疑；4.课外时间的答疑辅导安排在 4B211 办公室。 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：1. 《材料科学基础》，石德珂、王红洁等编（第 3 版），机械工业出版社，2020 年； 2.《材料科学与工程基础》，顾宜、赵长生主编（第 2 版），化学工业出版社，2011 年。 课程简介： 《材料科学与工程基础》是材料科学与工程一级学科专业课程体系中一门重要的专业基础课，本课程任务是通过各种教学环节，使学生掌握材料科 学的基础概念和理论。全面理解材料科学中共性规律。本课程突出无机非金属材料的基础上，兼顾了金属材料、高分子材料科学原理。教学内容着重于 材料科学的基本概念和基本理论，并及时补充最新研究成果。本课程培养学生了解和掌握材料学基本理论，为后续材料专业课程的学习打下必要的基础。 课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑： 1. 工程知识：能够运用数学、自然科学、工程基础和高分子材料专业知识用于解决高分子材料与工程领域的复杂工程问题
指标点1.2能够将高分子专业相关知识和数学模型方法用于推演、分析高分子材料与工程领域复杂工程问题。2.问题分析：能够应用数学、自然科学和高分子材料工程的基本原理和技术，识别、表达、并通过文献研究分析高分子材料与工程领域的复杂工程问题，以获得有效结论。指标点2.1能运用数学、自然科学及高分子材料与工程的相关科学原理，识别和判断复杂工程问题的关键环节。毕业要求4研究：能够基于科学原理并采用科学方法对高分子材料与工程领域复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得出合理有效的结论。指标点4.1能够基于科学原理，通过文献研究或相关方法，调研和分析高分子材料与工程领域复杂工程问题的解决方案。单业要求课程教学目标支撑业要求指标点目标1（理解）：1.2能够将高分子专业相关知识和数学1.工程知识：能够运用数学、自然科学、工程基础掌握材料定义、分类。掌握三大材料的性能，加工方法、模型方法用于推演、分析高分子材料与和高分子材料专业知识用于解决高分子材料与工结构及性质：从材料的性能，加工、结构及性质等四个要工程领域复杂工程问题。程领域的复杂工程问题。素全面来学习和理解材料。2.问题分析：能够应用数学、自然科学和高分子材目标2（分析）2.1能运用数学、自然科学及高分子材料工程的基本原理和技术，识别、表达、并通过文了解材料不同性能的表征工具，掌握相关的表征手段，熟料与工程的相关科学原理，识别和判断献研究分析高分子材料与工程领域的复杂工程问悉相关数据的收集、计算与分析方法，在此基础上具有创复杂工程问题的关键环节。题，以获得有效结论。新与创造能力。目标3（运用）4.研究：能够基于科学原理并采用科学方法对高分掌握三大材料，理解材料基本结构的知识，特别是无机材4.1能够基于科学原理，通过文献研究子材料与工程领域复杂工程问题进行研究，包括设料的结构与性质的关系：掌握其加工方法对结构及其性能或相关方法，调研和分析高分子材料与计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得出合的影响。对于复杂工程问题，能够基于数据图谱分析出有工程领域复杂工程问题的解决方案。理有效的结论。效结论，并针对性地设计相关解决方案。2
2 指标点 1.2 能够将高分子专业相关知识和数学模型方法用于推演、分析高分子材料与工程领域复杂工程问题。 2．问题分析：能够应用数学、自然科学和高分子材料工程的基本原理和技术，识别、表达、并通过文献研究分析高分子材料与工程领域的复杂工程问 题，以获得有效结论。 指标点 2.1 能运用数学、自然科学及高分子材料与工程的相关科学原理，识别和判断复杂工程问题的关键环节。 毕业要求 4．研究：能够基于科学原理并采用科学方法对高分子材料与工程领域复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息 综合得出合理有效的结论。 指标点 4.1 能够基于科学原理，通过文献研究或相关方法，调研和分析高分子材料与工程领域复杂工程问题的解决方案。 课程教学目标 支撑毕业要求指标点 毕业要求 目标 1（理解）： 掌握材料定义、分类。掌握三大材料的性能，加工方法、 结构及性质；从材料的性能，加工、结构及性质等四个要 素全面来学习和理解材料。 1.2 能够将高分子专业相关知识和数学 模型方法用于推演、分析高分子材料与 工程领域复杂工程问题。 1. 工程知识：能够运用数学、自然科学、工程基础 和高分子材料专业知识用于解决高分子材料与工 程领域的复杂工程问题。 目标 2（分析） 了解材料不同性能的表征工具，掌握相关的表征手段，熟 悉相关数据的收集、计算与分析方法，在此基础上具有创 新与创造能力。 2.1 能运用数学、自然科学及高分子材 料与工程的相关科学原理，识别和判断 复杂工程问题的关键环节。 2．问题分析：能够应用数学、自然科学和高分子材 料工程的基本原理和技术，识别、表达、并通过文 献研究分析高分子材料与工程领域的复杂工程问 题，以获得有效结论。 目标 3（运用） 掌握三大材料，理解材料基本结构的知识，特别是无机材 料的结构与性质的关系；掌握其加工方法对结构及其性能 的影响。对于复杂工程问题，能够基于数据图谱分析出有 效结论，并针对性地设计相关解决方案。 4.1 能够基于科学原理，通过文献研究 或相关方法，调研和分析高分子材料与 工程领域复杂工程问题的解决方案。 4．研究：能够基于科学原理并采用科学方法对高分 子材料与工程领域复杂工程问题进行研究，包括设 计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得出合 理有效的结论
理论教学进程表教学模式教学内容（重点、难点、课程思政融入授课数学时支撑课周次教学主题教学方法作业安排点)师数（线上/线下）程目标材料概念，材料发展简史，材料科学的定义：学习本课程的要求和方法。简介材料的性能与结构的关系。原子结构和原子间的键合。重点：三大材料分类，材料的选择原则。课程思政作业：要键的类型及特点。求学生每人至少阅难点：各类材料的特点。读两篇与材料无机刘钊线下目标16课程思政融入点：1.介绍材料史的演变1-2绪论和原子结构课堂讲授非金属材料）发展过程，材料发展史即人类文明史，陶瓷材有关的文章或书料的发展史，悠久历史，中国文化标签，籍。培养学生民族自豪感。2.介绍我国材料科学的发展，目前存在的卡脖子的关键材料，激发学生务力学习，掌握材料理论，为国家关键材料突破贡献自己的力量。空间点阵、晶胞、晶面和晶向指数。刘钊/钟计算题和画图题作目标39线下课堂讲授难点：离子晶体的品格能：最紧密堆积原3-5晶体结构赤锋业理、最紧密堆积方式：晶面和晶向。3
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 1-2 绪论和原子结构 刘钊 6 材料概念，材料发展简史，材料科学的定 义；学习本课程的要求和方法。简介材料 的性能与结构的关系。原子结构和原子 间的键合。 重点：三大材料分类，材料的选择原则。 键的类型及特点。 难点：各类材料的特点。 课程思政融入点：1.介绍材料史的演变 过程，材料发展史即人类文明史，陶瓷材 料的发展史，悠久历史，中国文化标签， 培养学生民族自豪感。 2.介绍我国材料科学的发展，目前存在的 卡脖子的关键材料，激发学生努力学习， 掌握材料理论，为国家关键材料突破贡 献自己的力量。 线下 课堂讲授 课程思政作业：要 求学生每人至少阅 读两篇与材料无机 非金属材料）发展 有关的文章或书 籍。 目标 1 3-5 晶体结构 刘 钊 / 钟 赤锋 9 空间点阵、晶胞、晶面和晶向指数。 难点：离子晶体的晶格能；最紧密堆积原 理、最紧密堆积方式；晶面和晶向。 线下 课堂讲授 计算题和画图题作 业 目标 3
重点：晶体结构的影响因素：金属晶体三种结构。晶体密度的计算。晶体半径的计算。介绍非晶材料的基本概念，重点介绍高分子材料的链结构、构型和构象，高分子的聚集态结构，高分子分子量及其分布，高分子晶体，高分子材料的结构与性能。结合无机材料介绍熔体概念、熔体的结构-聚合物理论。置点：高分子材料的特征：熔体的性质：粘度-温度-组成关系和表面张力-温度-非品材料结构及性钟赤锋线下目标112课堂讲授论述题6-9组成关系。质难点：高分子的分子量的计算和高分子的构象：玻璃体概念及通性，玻璃形成，玻璃结构学说，玻璃分类。课程思政融入点：介绍中国科学家在高分子结构与性能领域做出的重要奉献，让学生了解科研方法和老一代科学家的吃苦精神。介绍晶体结构缺陷的分类及其特点，点缺陷分类及特点，点缺陷浓度计算：非化目标2钟赤锋/课堂讲授/晶体结构缺陷及期线下6学计量缺陷：固溶体及类型。10-11计算题作业刘钊小组讨论中考试重点：位错。难点：面缺陷等。点缺陷平衡浓度计算4
4 重点：晶体结构的影响因素；金属晶体三 种结构。晶体密度的计算。晶体半径的计 算。 6-9 非晶材料结构及性 质 钟赤锋 12 介绍非晶材料的基本概念，重点介绍高 分子材料的链结构、构型和构象，高分子 的聚集态结构，高分子分子量及其分布， 高分子晶体，高分子材料的结构与性能。 结合无机材料介绍熔体概念、熔体的结 构-聚合物理论。 重点：高分子材料的特征；熔体的性质： 粘度-温度-组成关系和表面张力-温度- 组成关系。 难点：高分子的分子量的计算和高分子 的构象；玻璃体概念及通性，玻璃形成， 玻璃结构学说，玻璃分类。 课程思政融入点：介绍中国科学家在高 分子结构与性能领域做出的重要奉献， 让学生了解科研方法和老一代科学家的 吃苦精神。 线下 课堂讲授 论述题 目标 1 10-11 晶体结构缺陷及期 中考试 钟赤锋 / 刘钊 6 介绍晶体结构缺陷的分类及其特点，点 缺陷分类及特点，点缺陷浓度计算；非化 学计量缺陷；固溶体及类型。 重点：位错。 难点：面缺陷等。点缺陷平衡浓度计算 线下 课堂讲授/ 小组讨论 计算题作业 目标 2
课程思政融入点：由晶体缺陷与材料性能的关系，引出有缺陷的人生才是完美的人生，正视自身的不完美，激发学生积极乐观的人生态度。介绍扩散含义，扩定律及其应用，扩散分类及机制，影响扩散的因素与扩散驱动力，固态相变中的扩散问题。重点：稳态扩散，非稳态扩。目标1刘钊线下6难点：菲克第一定律的应用。12-13固体物质的扩散课堂讲授计算题作业课程思政融入点：由微观粒子的扩敢导致的固态物质的宏观性质变化，引出每个个体都是集体的重要组成，微弱力量累积就能导致事物发生质的变化。介绍相结构和相图基本概念，相律、杠杆规则、相平衡及其应用，重点介绍各类型二元相图及分析方法。目标3刘钊线下5课堂讲授计算题作业14-15相和相图重点：相律、相图、杠杆规则。难点：相图分析冷却析晶过程、显微结构和性能之间的关系。44合计实践教学进程表5
5 课程思政融入点：由晶体缺陷与材料性 能的关系，引出有缺陷的人生才是完美 的人生，正视自身的不完美，激发学生积 极乐观的人生态度。 12-13 固体物质的扩散 刘钊 6 介绍扩散含义，扩散定律及其应用，扩散 分类及机制，影响扩散的因素与扩散驱 动力，固态相变中的扩散问题。 重点：稳态扩散，非稳态扩散。 难点：菲克第一定律的应用。 课程思政融入点：由微观粒子的扩散导 致的固态物质的宏观性质变化，引出每 个个体都是集体的重要组成，微弱力量 累积就能导致事物发生质的变化。 线下 课堂讲授 计算题作业 目标 1 14-15 相和相图 刘钊 5 介绍相结构和相图基本概念，相律、杠杆 规则、相平衡及其应用，重点介绍各类型 二元相图及分析方法。 重点：相律、相图、杠杆规则。 难点：相图分析冷却析晶过程、显微结构 和性能之间的关系。 线下 课堂讲授 计算题作业 目标 3 合计 44 实践教学进程表