《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：48/3/3 其中实验/实践学时：6 先修课程：无机化学，物理化学，有机化学，大学物理 授课时间：1-16 周，周一 5-7 节 授课地点：6E402/6C-205 授课对象：2018 材料科学 1 班(31) 2018 材料科学 2 班(27) 开课学院：材料科学与工程学院 任课教师姓名/职称：钟赤锋副教授/陈德良教授，王涛博士/陈文周博士 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 4B210 办公室(一学期不少于三次)。 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》 张联盟等编，武汉理工大学出版社 2004 年 教学参考资料：1《材料科学导论》 冯端等编，化学工业出版社 2002 年 2 材料科学与工程基础/[美] 卡丽斯特，来斯威什著；郭福，马立民等译，北京工业出版社，2015.2 书 名原文：Fundamentals of Materials Science and Engineering 3.《材料科学与工程基础》，顾宜、赵长生主编，化学工业出版社，2011，第 2 版 课程简介：《材料科学基础》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 一、知识目标： 通过该课程学习，使学生掌握晶体结构、晶体结构缺陷、非晶态 结构与性质、表面结构与性质、相平衡与相图、基本动力学过程（扩 散、相变、固相反应、烧结）等方面的科学原理与工程方法。 二、能力目标： 全面理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。 三、素质目标： 通过科学思维方法训练，培养学生运用科学原理解决实际问题的 工程能力，为将来从事材料设计及研发奠定必要的基础，为将来从事 材料设计及研发工作奠定必要的基础。 本课程与学生核心能力培养 之间的关联(授课对象为理工 科专业 学 生 的 课 程 填写此 栏）： ■核心能力 1. 具有运用数学 和化学、材料学、生物学、物 理学、力学等自然科学基础知 识和材料工程专业知识的能 力； ■核心能力 2. 具有功能材料 设计与实施实验方案，数据分 析、信息综合等能力； ■核心能力 3. 具有材料工程 实践所需技术、技巧及使用工
具的能力； □核心能力 4. 具有学习及掌 握材料加工设备、流程及系统 的能力； □核心能力 5. 具有项目管 理、有效沟通与团队合作的能 力； □核心能力 6. 具有发现、分 析与解决复杂材料及其工程 方面问题的能力； □核心能力 7．能认清当前形 势，了解材料及其工程技术对 环境、社会及全球的影响，并 培养持续学习的习惯与能力； □核心能力 8．理解专业伦理 及社会责任，具有较好的人文 艺术和社会科学素养，较强的 社会责任感和良好的工程职 业道德，能够在工程实践中理 解并遵守工程职业道德和规 范，履行社会责任。 理论教学进程表 周次 教学主题 学时 数 教学的重点、难点、课程思政融入点 教学方式 （线上/线 下） 教学 手段 作业安排 1 绪论 2 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。 重点：三大材料分类、材料的选择 原则。 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。 线上：异步 SPOC(爱课 堂) 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。 1-3 晶体结构一 6 结晶学基本知识，介绍原子结构和原 子间的键合、空间点阵、晶胞、晶面 线上：异步 SPOC(爱课 课 堂 问答题和 计算题
和晶向指数、点群与空间群；键的类 型、离子晶体的晶格能；最紧密堆积 原理、最紧密堆积方式；晶体结构的 影响因素； 重点：结晶学概念、晶格能、最紧 密堆积原理。 难点：晶体结构、晶胞中原子个数 计算、晶面和晶向指数。 堂) 讲 授 3-4 晶体结构二（单 质和硅酸盐的结 构） 4 金属晶体三种结构；无机化合物结构 （AX、AX2和 A2X3型结构,ABO3和 AB2O4 型结构）；鲍林规则； 硅酸盐晶体 的组成、结构特点及分类，岛状结构、 链状结构及架状结构。 重点：金属晶体结构、无机化合物 晶体结构、鲍林规则。 难点：金属 BCC 和 FCC 结构、金刚 石结构，钙钛矿结构。 线上：异步 SPOC(爱课 堂) 课 堂 讲 授 问答题 5-6 晶体结构缺陷 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、 位错分类及位错运动、面缺陷等。 重点：点缺陷，固溶体。 难点：位错，点缺陷平衡浓度计算 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。 线上：异步 SPOC(爱课 堂) 课 堂 讲 授 问答题 和计算题 课程思政 作业：要 求学生每 人至少阅 读 2 篇科 技文献， 缺陷对材 料性能影 响的文 献。 7 非晶态结构与性 质 3 熔体概念、熔体的结构-聚合物理论； 熔体的性质：粘度-温度-组成关系和 表面张力-温度-组成关系；玻璃体概 念及通性，玻璃形成，玻璃结构学说， 玻璃分类。 重点：熔体的性质、玻璃形成及结 构。 难点：玻璃结构的理解与形成机制。 线上：异步 SPOC(爱课 堂) 课 堂 讲 授 问答题 8 表面结构与性质 3 介绍固体的表面及结构（表面、界面 及相界面）；固体的界面及结构（晶 界分类、陶瓷晶界结构）；材料界面 行为-表面润湿和粘附；材料表面成 分结构的表征方法。 重点：陶瓷晶界结构、粘附。 难点：晶界能、接触角。 线上：异步 SPOC(爱课 堂) 课 堂 讲 授 问答题 9-10 扩散 4 介绍扩散含义及推动力、扩散分类、 扩散的微观机制；菲克定律及应用； 扩散系数及影响扩散系数的因素。 重点：稳态扩散。 难点：菲克第一定律的应用。 线上：异步 SPOC(爱课 堂) 课 堂 讲 计算题
授 10-12 相和相图 6 介绍相和相图基本概念，相律、杠杆 规则和相平衡及其应用。介绍多元相 图，重点介绍各类型二元相图及分析 方法。 重点：相概念、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。 线上：异步 SPOC(爱课 堂) 课 堂 讲 授 计算题 12-13 相变 4 相变概念及分类、相变条件；液相- 固相转变；液相-液相转变；有序- 无序转变；相变与弥散强化。 重点：液相-固相转变。 难点：液相-液相转变。 线上：异步 SPOC(爱课 堂) 课 堂 讲 授 问答题 13-14 固态反应 4 介绍固态反应特征及分类；固体反应 机理；固态反应动力学；影响固态反 应的因素；烧结的概念；烧结过程及 机理； 重点：固态反应机理、反应动力学。 难点：烧结过程及机理。 课程思政融入点：引入历史悠久的 龙窑，坭兴陶艺人对于这一民族工艺 的坚持守护和传承，激励学生对中国 工匠精神认识，弘扬中国工匠精神。 （不仅学习德国、日本的工匠精神， 更要发掘我们自己的工匠精神） 线上：异步 SPOC(爱课 堂) 课 堂 讲 授 问答题 课程思政 作业：要 求学生写 短文 1 篇 《我眼中 的中国工 匠精神》 合计： 42 备注：根据 疫情发展灵 活调整 实践教学进程表 周次 实验项目名称 学时 重点、难点、课程思政融入点 项目类型（验 证/综合/设 计） 教学 手段 15 晶体结构缺陷认 识 3 通过各类微观结构及其形貌的图片 （XRD、SEM 和光学）观察、分析、 归纳，总结晶体结构特点。要求了解 晶体结构缺陷、位错和相等概念；掌 握一定的分析问题和解决问题的能 力。 重点：晶体缺陷，晶型。相和相变。 难点：晶体结构和形貌之间关系。 综合 实验，3 人一组， 须完成实验预 习报告、实验报 告。 16 晶体结构模拟 3 通过 VESTA 软件建立晶体结构模 型，掌握晶体的特性，包括晶面、晶 胞、最紧密堆积等。以下二选一： 1）建立简单晶体结构模型，标注晶 设计 实验，2 人一组， 须完成实验预 习报告、实验报 告
面参数；2）给定的晶体结构数据， 建立点缺陷晶体结构模型，包括空位 和间隙原子缺陷。 重点：晶胞，晶面和晶向。 难点：软件的实操能力。 合计： 6 考核方法及标准 考核形式 评价标准 权重 考勤 百分制，无故缺课一次，扣 10 分；无故迟到或早退一次，扣 5 分。缺席三次以上或无故迟到早退五次以上，直接扣掉考勤 成绩。 10% 平时成绩 百分制，包括课后作业老师评分成绩和课堂表现。 20% 期末考试 百分制，按照期末考试评分标准进行评价。 60% 实验 百分制，按照实验评分标准进行评价。 10% 大纲编写时间：2020 年 4 月 5 日 系（部）审查意见： 我系（部）课程委员会已对本课程教学大纲进行了审查，同意执行。 系（部）主任签名： 日期： 2020 年 4 月 6 日