金属材料工程专业教学大纲《材料科学基础》教学大纲课程中文名称：材料科学基础课程英文名称：Fundamentals of Materials Science课程编号：总学时（实验学时）/学分：72（8）/4.5155040-155041课程类别：专业基础课程性质：必修适用专业：焊接技术与工程、金属材料工程、材料成型及控制工程物理化学先修课程：热处理原理、金属材料学、材料力学性能后续课程：i审批人：准审定人：吴岩课程负责人：一、课程目标《材料科学基础》是材料类专业一门专业基础课程。本课程的作用主要是为专业课的学习提供有关材料科学的基础知识，为后继专业课程的学习打下基础。该课程的通过讲课、实验、课堂讨论和课外实践等各个教学环节，将材料学的基础理论融合为一体，以研究材料共性规律，即研究材料的成分、组织结构、制备工艺和性能之间的相互关系，指导材料的设计和应用，同时注重学生自主学习和终身学习的意识、科研能力、团队协作能力及创新能力的培养，并为从事材料科学研究和工程技术工作打下坚实的理论基础。1.掌握与材料类专业相关的晶体学、晶体缺陷、形变、材料强化、相图-相变、凝固、扩散等基础理论知识和原理。2.能够根据材料性能要求控制材料的化学成分、过程工艺、组织结构，基于基础理论知识解决材料组织与性能关系等相关复杂工程问题。3.能够基于材料科学基础基本原理以及文献调研对金属材料复杂工程问题进行研究，并通过信息综合得到有效结论。二、课程目标对毕业要求的支撑课程目标毕业毕业要求指标点要求21n1.3能够将金属材料相关知识和数学模型方法用于分析、推演金属材料热处理和表H1面改性领域的问题。2.2能够运用金属材料相关原理和数学模型正确表达金属材料热处理和表面改性H2相关复杂工程问题。4.1能够基于金属材料工程的基本原理，通过文献研究、小组讨论和学术交流等方MN法，对金属材料复杂工程问题的解决方案开展针对性调研和分析。注：H、M、L分别表示教学目标对毕业要求的贡献度为强、中、弱。三、教学内容和学时分配教学单元C1：概述（1学时）14
金属材料工程专业教学大纲 14 《材料科学基础》教学大纲 课程中文名称： 材料科学基础 课程英文名称： Fundamentals of Materials Science 课程编号： 155040-155041 总学时（实验学时）/学分： 72（8）/4.5 课程类别： 专业基础 课程性质： 必修 适用专业： 焊接技术与工程、金属材料工程、材料成型及控制工程 先修课程： 物理化学 后续课程： 热处理原理、金属材料学、材料力学性能 课程负责人： 审定人： 审批人： 一、课程目标 《材料科学基础》是材料类专业一门专业基础课程。本课程的作用主要是为专业课的学习提供 有关材料科学的基础知识，为后继专业课程的学习打下基础。该课程的通过讲课、实验、课堂讨论 和课外实践等各个教学环节，将材料学的基础理论融合为一体，以研究材料共性规律，即研究材料 的成分、组织结构、制备工艺和性能之间的相互关系，指导材料的设计和应用，同时注重学生自主 学习和终身学习的意识、科研能力、团队协作能力及创新能力的培养，并为从事材料科学研究和工 程技术工作打下坚实的理论基础。 1. 掌握与材料类专业相关的晶体学、晶体缺陷、形变、材料强化、相图-相变、凝固、扩散等基 础理论知识和原理。 2. 能够根据材料性能要求控制材料的化学成分、过程工艺、组织结构，基于基础理论知识解决 材料组织与性能关系等相关复杂工程问题。 3. 能够基于材料科学基础基本原理以及文献调研对金属材料复杂工程问题进行研究，并通过信 息综合得到有效结论。 二、课程目标对毕业要求的支撑 毕业 要求 毕业要求指标点 课程目标 1 2 3 1 1.3 能够将金属材料相关知识和数学模型方法用于分析、推演金属材料热处理和表 面改性领域的问题。 H 2 2.2 能够运用金属材料相关原理和数学模型正确表达金属材料热处理和表面改性 相关复杂工程问题。 H 4 4.1 能够基于金属材料工程的基本原理，通过文献研究、小组讨论和学术交流等方 法，对金属材料复杂工程问题的解决方案开展针对性调研和分析。 M 注：H、M、L 分别表示教学目标对毕业要求的贡献度为强、中、弱。 三、教学内容和学时分配 教学单元 C1：概述（1 学时）
金属材料工程专业教学大纲教学目标：了解本课程的任务、内容和特点教学内容：C1-1材料科学的发展C1-2课程的任务及课程目标教学单元C2：金属的晶体结构（12学时）教学目标：掌握材料中原子的结合方式、晶体学基础和材料的晶体结构。教学内容：C2-1金属C2-2金属的晶体结构C2-3实际金属的晶体结构重点：三种典型的金属结构：晶向和晶面指数的特征：刃型位错产生的原因：柏氏失量的意义及求法：晶界与亚晶界。难点：金属晶体原子规则紧密排列的原因：晶体的原子堆垛和间隙：晶界特性：教学单元C3：纯金属的结晶（8学时）教学目标：掌握纯金属的结晶过程、结晶的条件、形核及长大规律，了解结晶理论的实际应用。教学内容：C3-1金属结晶的现象C3-2金属结晶的热力学条件C3-3金属结晶的结构条件C3-4晶核的形成C3-5晶核的长大重点：过冷现象；晶核的形成：晶粒大小的控制。难点：结晶的热力学条件：结晶的结构条件：晶粒长大机制。教学单元C4：二元合金的相结构与结晶（9学时）教学目标：掌握相结构、相图的基本知识、二元相图的基本类型、二元相图的分析与使用方法教学内容：C4-1合金中的相C4-2合金的相结构C4-3二元合金相图的建立C4-4匀晶相图及固溶体的结晶C4-5共晶相图及其合金的结晶C4-6包晶相图及其合金的结晶C4-7其他类型的二元合金相图重点：相律和自由度公式的应用：固溶体不平衡结晶过程分析；共晶合金的平衡结晶过程分析。15
金属材料工程专业教学大纲 15 教学目标：了解本课程的任务、内容和特点 教学内容： C1-1 材料科学的发展 C1-2 课程的任务及课程目标 教学单元 C2：金属的晶体结构（12 学时） 教学目标：掌握材料中原子的结合方式、晶体学基础和材料的晶体结构。 教学内容： C2-1 金属 C2-2 金属的晶体结构 C2-3 实际金属的晶体结构 重点：三种典型的金属结构；晶向和晶面指数的特征；刃型位错产生的原因；柏氏矢量的意义 及求法；晶界与亚晶界。 难点：金属晶体原子规则紧密排列的原因；晶体的原子堆垛和间隙；晶界特性； 教学单元 C3：纯金属的结晶（8 学时） 教学目标：掌握纯金属的结晶过程、结晶的条件、形核及长大规律，了解结晶理论的实际应用。 教学内容： C3-1 金属结晶的现象 C3-2 金属结晶的热力学条件 C3-3 金属结晶的结构条件 C3-4 晶核的形成 C3-5 晶核的长大 重点：过冷现象；晶核的形成；晶粒大小的控制。 难点：结晶的热力学条件；结晶的结构条件；晶粒长大机制。 教学单元 C4：二元合金的相结构与结晶（9 学时） 教学目标：掌握相结构、相图的基本知识、二元相图的基本类型、二元相图的分析与使用方法。 教学内容： C4-1 合金中的相 C4-2 合金的相结构 C4-3 二元合金相图的建立 C4-4 匀晶相图及固溶体的结晶 C4-5 共晶相图及其合金的结晶 C4-6 包晶相图及其合金的结晶 C4-7 其他类型的二元合金相图 重点：相律和自由度公式的应用；固溶体不平衡结晶过程分析；共晶合金的平衡结晶过程分析
金属材料工程专业教学大纲难点：相律的定义；不平衡结晶过程中缺陷产生原因及分析；不同成分合金的组织成分分析及组织组成物相对含量的计算。教学单元C5：铁碳合金（6学时）教学目标：能够运用相图基础知识分析Fe-Fe3C相图的平衡结晶过程，掌握含碳量对铁碳合金相图组织和性能的影响。教学内容：C5-1铁碳合金的组元及基本相C5-2相图分析C5-3平衡结晶过程及其组织C5-4含碳量对平衡组织和性能的影响重点：铁碳相图的组元及基本相：不同成分的铁碳合金的结晶过程分析：杠杆定律的应用：含碳量对合金组织和性能的影响。难点：铁碳相图的绘制：三个重要转变和三条特征曲线：室温组织中组织组成物及相组成物相对含量的计算：组织和性能的关系。教学单元C6：三元合金相图（8学时）教学目标：掌握三元相图的成分表示法、三元系平衡转变的定量法则、三元匀晶相图、三元共晶相图。教学内容：C6-1三元合金相图的表示方法C6-2三元系平衡相的定量法则C6-3三元匀晶相图C6-4三元共晶相图C6-5三元相图总结C6-6三元合金相图应用举例重点：成分三角形：直线法则和重心定律；等温截面、变温截面、投影图；直线法则和重心定律的应用：三元共晶相图分析：变温截面的画法。难点：变温截面不能进行杠杆定律应用的原因：二元共晶线和三元共晶面的意义：变温截面中水平线的来历及意义。教学单元C7：金属及合金的塑性变形（7学时）教学目标：掌握单晶体的塑性变形、多晶体的塑性变形的规律，掌握塑性变形对金属组织与性能的影响，金属及合金强化的位错解释。教学内容：C7-1金属的变形特征C7-2单晶体的塑性变形16
金属材料工程专业教学大纲 16 难点：相律的定义；不平衡结晶过程中缺陷产生原因及分析；不同成分合金的组织成分分析及 组织组成物相对含量的计算。 教学单元 C5：铁碳合金（6 学时） 教学目标：能够运用相图基础知识分析 Fe-Fe3C 相图的平衡结晶过程，掌握含碳量对铁碳合金 相图组织和性能的影响。 教学内容： C5-1 铁碳合金的组元及基本相 C5-2 相图分析 C5-3 平衡结晶过程及其组织 C5-4 含碳量对平衡组织和性能的影响 重点：铁碳相图的组元及基本相；不同成分的铁碳合金的结晶过程分析；杠杆定律的应用；含 碳量对合金组织和性能的影响。 难点：铁碳相图的绘制；三个重要转变和三条特征曲线；室温组织中组织组成物及相组成物相 对含量的计算；组织和性能的关系。 教学单元 C6：三元合金相图（8 学时） 教学目标：掌握三元相图的成分表示法、三元系平衡转变的定量法则、三元匀晶相图、三元共晶 相图。 教学内容： C6-1 三元合金相图的表示方法 C6-2 三元系平衡相的定量法则 C6-3 三元匀晶相图 C6-4 三元共晶相图 C6-5 三元相图总结 C6-6 三元合金相图应用举例 重点：成分三角形；直线法则和重心定律；等温截面、变温截面、投影图；直线法则和重心 定律的应用；三元共晶相图分析；变温截面的画法。 难点：变温截面不能进行杠杆定律应用的原因；二元共晶线和三元共晶面的意义；变温截面中 水平线的来历及意义。 教学单元 C7：金属及合金的塑性变形（7 学时） 教学目标：掌握单晶体的塑性变形、多晶体的塑性变形的规律，掌握塑性变形对金属组织与性能 的影响，金属及合金强化的位错解释。 教学内容： C7-1 金属的变形特征 C7-2 单晶体的塑性变形
金属材料工程专业教学大纲C7-3多晶体的塑性变形C7-4合金的塑性变形C7-5塑性变形对金属组织和性能的影响重点：滑移的特点；加工硬化的原因：位错的增值，交割，塞积；多相合金的塑性变形机制；难点：滑移和李生的区别。教学单元C8：金属及合金的回复与再结晶（7学时）教学目标：掌握金属及合金在加热过程中的组织与性能变化，掌握回复、再结晶、晶粒长大及金属的热变形的规律。教学内容：C8-1形变金属与合金在退火过程中的变化C8-2回复C8-3再结晶C8-4晶粒长大C8-5金属的热加工重点：回复机理：再结晶温度的影响因素以及再结晶晶粒的控制。教学单元C9：扩散（6学时）教学目标：掌握扩散的基本理论和扩散定律的应用。教学内容：C9-1概述C9-2扩散定律C9-3影响扩散的因素重点：第二定律的应用：扩散系数的影响。课程思政：1针对重要知识点，结合我国在相关领域的最新成果，培养学生的爱国主义情怀，对中国特色社会主义包括我国的科技进步充满自信。如我国大飞机发展的历程，发动机涡轮叶片耐高温材料的研制等实例。2.结合我国著名科学家研究的成果，鼓励学生不因循守旧，要敢于向权威挑战，培养学生的创新精神。如卢柯院士研究纳米铜材料的研究成果等实例。3.结合专业学科竞赛等实践活动，坚守初心、追求至精至善，培养学生的工匠精神。如全国大学生金相技能大赛、全国大学生焊接创新大赛和全国大学生铸造设计大赛等。通过课程思政使学生懂得“工匠精神”的本质，培养作为一名工程技术人员应该具备的实事求是、尊重自然规律的科学态度，坚持不懈和勇于克服困难的拼搏精神，以及积极向上的人生观、世界观和价值观。注：可根据教学内容和课程目标适当选择或扩展相应课程思政内容。17
金属材料工程专业教学大纲 17 C7-3 多晶体的塑性变形 C7-4 合金的塑性变形 C7-5 塑性变形对金属组织和性能的影响 重点：滑移的特点；加工硬化的原因；位错的增值，交割，塞积；多相合金的塑性变形机制； 难点：滑移和孪生的区别。 教学单元 C8：金属及合金的回复与再结晶（7 学时） 教学目标：掌握金属及合金在加热过程中的组织与性能变化，掌握回复、再结晶、晶粒长大及 金属的热变形的规律。 教学内容： C8-1 形变金属与合金在退火过程中的变化 C8-2 回复 C8-3 再结晶 C8-4 晶粒长大 C8-5 金属的热加工 重点：回复机理；再结晶温度的影响因素以及再结晶晶粒的控制。 教学单元 C9：扩散（6 学时） 教学目标：掌握扩散的基本理论和扩散定律的应用。 教学内容： C9-1 概述 C9-2 扩散定律 C9-3 影响扩散的因素 重点：第二定律的应用；扩散系数的影响。 课程思政： 1. 针对重要知识点，结合我国在相关领域的最新成果，培养学生的爱国主义情怀，对中国特色 社会主义包括我国的科技进步充满自信。如我国大飞机发展的历程，发动机涡轮叶片耐高温材料的 研制等实例。 2. 结合我国著名科学家研究的成果，鼓励学生不因循守旧，要敢于向权威挑战，培养学生的创 新精神。如卢柯院士研究纳米铜材料的研究成果等实例。 3. 结合专业学科竞赛等实践活动，坚守初心、追求至精至善，培养学生的工匠精神。如全国大 学生金相技能大赛、全国大学生焊接创新大赛和全国大学生铸造设计大赛等。 通过课程思政使学生懂得“工匠精神”的本质，培养作为一名工程技术人员应该具备的实事求是、 尊重自然规律的科学态度，坚持不懈和勇于克服困难的拼搏精神，以及积极向上的人生观、世界观 和价值观。 注：可根据教学内容和课程目标适当选择或扩展相应课程思政内容
金属材料工程专业教学大纲四、课程目标达成途径课程目标教学内容教学方法C1-1目标1掌握与材料类专业相C1-2关的晶体学、晶体缺陷、形变、C2-1材料强化、相图-相变、凝固、C2-2扩散等基础理论知识和原理C3-1C3-2教师主体：C3-3启发引导法：课前在智慧树线上平台布置任务进行预习：课中提C4-1出问题、引导学生回答问题，变被动学习为主动学习：课后进行C4-3答疑和研讨C5-1C5-2讲解示范法：课中板书结合多媒体进行讲授，结合知识点融入课C6-1程思政。C6-2学生主体：C7-1合作探究：教师提出问题，小组合作探究研讨，培养学生团结协C7-2作能力C8-1C8-2C8-3C8-4C9-1C9-3C3-4目标2能够根据材料性能要C3-5求控制材料的化学成分、过程教师主体：C4-4工艺、组织结构，基于基础理启发引导法：课前在智慧树线上平台进行预习：课中与学生提出C4-5论知识解决材料组织与性能问题、引导学生回答问题，变被动学习为主动学习：课后布置作C4-6关系等相关复杂工程问题业和进行答疑C4-7讲解示范法：课中板书结合多媒体进行讲授，结合知识点融入课C5-3程思政C5-4C6-3学生主体：C6-4合作探究：教师提出问题，小组合作探究研讨，培养学生团结协C6-5作能力C6-6实践演练：通过课内实验、专业综合训练和学科创新实验，培养C7-5学生分析问题和解决问题的能力C8-5C9-2目标3能够基于材料科学基教师主体：础基本原理以及文献调研对启发引导法：课前在智慧树线上平台布置任务进行预习：课中提金属材料复杂工程问题进行出问题、引导学生回答问题，变被动学习为主动学习：课后进行C2-3研究，并通过信息综合得到有文献调研指导和研讨C4-2效结论讲解示范法：课中板书结合多媒体进行讲授，结合知识点融入课C7-3程思政C7-4学生主体：合作探究：教师提出问题，小组合作探究研讨并进行文献调研培养学生团结协作、文献调研、信息综合处理能力注：建议采用以上教学方法，教师可根据教学内容和课程目标，采用合适的教学方法。五、本课程开设的实验项目支撑课类型序号实验名称实验内容实验学时能力要求程目标对碳钢试件进行取样、粗磨、细磨、抛光和浸初步掌握金相试样一般的制蚀的操作训练，在教师备过程、方法及组织浸蚀的金相试样制备及指导下独立在显微镜基本操作；了解金相显微镜12综合性2显微镜使用上进行观察，学会调的结构及原理，学会显微镜焦、选用合适的孔径光的基本使用方法作和抛光机阑和视场光阑、确定放的使用操作大倍数及移动载物台18
金属材料工程专业教学大纲 18 四、课程目标达成途径 注：建议采用以上教学方法，教师可根据教学内容和课程目标，采用合适的教学方法。 五、本课程开设的实验项目 序号 实验名称 实验内容 实验学时 类型 能力要求 支撑课 程目标 1 金相试样制备及 显微镜使用 对碳钢试件进行取样、 粗磨、细磨、抛光和浸 蚀的操作训练，在教师 指导下独立在显微镜 上进行观察，学会调 焦、选用合适的孔径光 阑和视场光阑、确定放 大倍数及移动载物台 2 综合性 初步掌握金相试样一般的制 备过程、方法及组织浸蚀的 基本操作；了解金相显微镜 的结构及原理，学会显微镜 的基本使用方法作和抛光机 的使用操作 2 课程目标 教学内容 教学方法 目标 1 掌握与材料类专业相 关的晶体学、晶体缺陷、形变、 材料强化、相图-相变、凝固、 扩散等基础理论知识和原理 C1-1 C1-2 C2-1 C2-2 C3-1 C3-2 C3-3 C4-1 C4-3 C5-1 C5-2 C6-1 C6-2 C7-1 C7-2 C8-1 C8-2 C8-3 C8-4 C9-1 C9-3 教师主体： 启发引导法：课前在智慧树线上平台布置任务进行预习；课中提 出问题、引导学生回答问题，变被动学习为主动学习；课后进行 答疑和研讨 讲解示范法：课中板书结合多媒体进行讲授，结合知识点融入课 程思政。 学生主体： 合作探究：教师提出问题，小组合作探究研讨，培养学生团结协 作能力 目标 2 能够根据材料性能要 求控制材料的化学成分、过程 工艺、组织结构，基于基础理 论知识解决材料组织与性能 关系等相关复杂工程问题 C3-4 C3-5 C4-4 C4-5 C4-6 C4-7 C5-3 C5-4 C6-3 C6-4 C6-5 C6-6 C7-5 C8-5 C9-2 教师主体： 启发引导法：课前在智慧树线上平台进行预习；课中与学生提出 问题、引导学生回答问题，变被动学习为主动学习；课后布置作 业和进行答疑 讲解示范法：课中板书结合多媒体进行讲授，结合知识点融入课 程思政 学生主体： 合作探究：教师提出问题，小组合作探究研讨，培养学生团结协 作能力 实践演练：通过课内实验、专业综合训练和学科创新实验，培养 学生分析问题和解决问题的能力 目标 3 能够基于材料科学基 础基本原理以及文献调研对 金属材料复杂工程问题进行 研究，并通过信息综合得到有 效结论 C2-3 C4-2 C7-3 C7-4 教师主体： 启发引导法：课前在智慧树线上平台布置任务进行预习；课中提 出问题、引导学生回答问题，变被动学习为主动学习；课后进行 文献调研指导和研讨 讲解示范法：课中板书结合多媒体进行讲授，结合知识点融入课 程思政 学生主体： 合作探究：教师提出问题，小组合作探究研讨并进行文献调研培 养学生团结协作、文献调研、信息综合处理能力