《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/实贱学时：0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：6B403授课时间：1-16周，周一5-7节授课对象：2021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：钟赤锋/副教授，谢华理/讲师答疑时间、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客疑：4.课外时间的客疑辅导安排在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》，石德珂、王红洁等编（第3版），机械工业出版社，2020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》，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。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：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 授课时间：1-16 周，周一 5-7 节 授课地点：6B403 授课对象：2021 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：钟赤锋/副教授，谢华理/讲师 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》，石德珂、王红洁等编（第 3 版），机械工业出版社，2020 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》，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。毕业要求课程教学目标支撑毕业要求指标点目标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、分析高分子材料与础和高分子材料专业知识用于解决高分子材料与结构及性质：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。工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、自然科学和高分子目标2（分析）2.1能运用数学、自然科学及高分子材材料工程的基本原理和技术，识别、表达、并通过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，识别和判断文献研究分析高分子材料与工程领域的复杂工程悉相关数据的收集、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。问题，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，通过文献研究分子材料与工程领域复杂工程问题进行研究，包括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设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得出的影响。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。合理有效的结论。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授课教教学内容（重点、难点、课程思政融入学时支撑课周次教学主题教学方法作业安排师数点)（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。重点：三大材料分类，材料的选择原则。课程思政作业：要难点：各类材料的特点。求学生每人至少阅课程思政融入点：1.介绍材料史的演变过程，材料发展史即人类文明史，陶瓷读两篇与材料无机钟赤锋目标1线上3绪论课堂讲授1材料的发展史，悠久历史，中国文化标非金属材料）发展签，培养学生民族自豪感。有关的文章或书2.介绍我国材料科学的发展，目前存在的籍。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页献自己的力量。介绍高分子材料的基本概念，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，高目标1谢华理线上/线下92-4课堂讲授论述题高分子材料的结构分子晶体，高分子材料的结构与性能重点：高分子材料的特征。难点：高分子的分子量的计算和高分子的构象。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 绪论 钟赤锋 3 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。 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 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 2-4 高分子材料的结构 谢华理 9 介绍高分子材料的基本概念，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 重点：高分子材料的特征。 难点：高分子的分子量的计算和高分子 的构象。 线上/线下 课堂讲授 论述题 目标 1
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。原子结构和原子间的键合、空间点阵、品胞、品面和晶向指数、点群与空间群：难点：键的类型、离子品体的品格能：最紧密堆积原理、最紧密堆积方式：品计算题和画图题作目标3面和品向。钟赤锋线下课堂讲授85-7品体结构一业重点：品体结构的影响因素：金属品体三种结构。品体密度的计算。品体半径的计算。品体结构认识：通过各类微观结构及其形貌的图片（主要用XRD）观察、分析、归纳，总结品课堂讲授/体结构特点。要求了解目标3钟赤锋线下27-8劳动教育小组讨论品体结构中晶面和品向等概念：掌握一定的分析问题和解决问题的能力。钟赤锋，2线下8期中考试谢华理介绍品体结构缺陷的分类及其特点，点目标2缺陷分类及特点，点缺陷浓度计算：非课堂讲授/钟赤锋线下3化学计量缺陷：固溶体及类型9品体结构缺陷计算题作业小组讨论重点：位错。难点：面缺陷等。点缺陷平衡浓度计算4
4 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。 5-7 晶体结构一 钟赤锋 8 原子结构和原子间的键合、空间点阵、 晶胞、晶面和晶向指数、点群与空间群； 难点：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 面和晶向。 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。 线下 课堂讲授 计算题和画图题作 业 目标 3 7-8 劳动教育 钟赤锋 2 晶体结构认识： 通过各类微观结构及其形貌的图片（主 要用 XRD）观察、分析、归纳，总结晶 体结构特点。要求了解 晶体结构中晶面和晶向等概念；掌握一 定的分析问题和解决问题的能力。 线下 课堂讲授/ 小组讨论 目标 3 8 期中考试 钟赤锋， 谢华理 2 线下 9 晶体结构缺陷 钟赤锋 3 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：由品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。熔体概念、熔体的结构-聚合物理论：重点：熔体的性质：粘度一温度-组成关目标2系和表面张力-温度-组成关系：线下课堂讲授钟赤锋310作业非晶态结构与性质难点：玻璃体概念及通性，玻璃形成，玻璃结构学说，玻璃分类。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（晶界分目标2类、陶瓷晶界结构）：线下钟赤锋课堂讲授311表面结构与性质作业难点：材料界面行为-表面润湿和粘附；重点：材料表面成分结构的表征方法。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，介绍多元相图，重点介绍各类型二元相图及分析方目标3谢华理线下课堂讲授计算题作业7法。相和相图12-14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。谢华理目标32线下工程实践中相图的应用与分析（以下二课堂讲授/14劳动教育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。 10 非晶态结构与性质 钟赤锋 3 熔体概念、熔体的结构-聚合物理论； 重点：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：玻璃体概念及通性，玻璃形成， 玻璃结构学说，玻璃分类。 线下 课堂讲授 作业 目标 2 11 表面结构与性质 钟赤锋 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）； 难点：材料界面行为-表面润湿和粘附； 重点：材料表面成分结构的表征方法。 线下 课堂讲授 作业 目标 2 12-14 相和相图 谢华理 7 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，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。 线下 课堂讲授 计算题作业 目标 3 14 劳动教育 谢华理 2 工程实践中相图的应用与分析（以下二 线下 课堂讲授/ 目标 3