《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先修课程：高等数学、大学物理等后续课程支撑：材料现代研究方法、材料腐蚀与防护等授课地点：6C303授课时间：2，4-14周/周二1-2、周四1-2节（2021金属1班）/周四3-4节、周四3-4节（2021金属2班）（双语课：英文PPT课件展示，中英文讲解）授课对象：2021金属1、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、金属材料学、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、晶体及非品体的凝周、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：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、大学物理等 后续课程支撑：材料现代研究方法、材料腐蚀与防护等 授课时间：2，4-14 周/周二 1-2、周四 1-2 节（2021 金属 1 班） /周四 3-4 节、周四 3-4 节（2021 金属 2 班） 授课地点：6C303 （双语课：英文 PPT 课件展示，中英文讲解） 授课对象： 2021 金属 1、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 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、金属材料学、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：
毕业要求课程教学目标支撑毕业要求指标点目标1：掌握材料种类，晶体结构，晶体缺陷，凝固等基础知识：2-1具有综合运用所学的数学，自然科以金属材料为典型：学习材料共回的科学原理及技术基础2能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理学和工程科学的基本原理分析解决金知识，了解材料科学中的共性规律，即材料的组成-形成（工识别、表达、并通过文献研究分析金属材料领域的属材料制备、加工领域的复杂工程问艺）条件-结构-性能-材料用途之间相互关系及制约规律：复杂工程问题，以获得有效结论。题。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2：工工艺、服役性能之间相互关系的基本熟悉材料制备-加工-使用-消亡过程中的科学原理和工程3能够设计针对金属材料制备、加工过程中所涉及规律，能够分析金属材料的成分设计、方法，掌握工程材料失效的微观机制，具备通过材料科学的工艺进行设计并制定解决方案，能够在设计环节合金制备、加工过程中所涉及的工艺参的基础知识分析解决材料服役过程中遇到的工程问题的中体现创新意识，并综合考虑社会、健康、安全、数、生产流程及关键控制步骤，并根据能力法律、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。5-2能够开发、选择及使用现代专业检目标3：5能够针对金属材料的设计、制备、加工等问题，测设备、资源及技术来分析金属材料工通过实践训练，掌握金相制样与分析方法，显微镜、硬度开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工程中涉及合金设计与制备、产品加工等计等常用材料表征设备的使用方法：能进行材料金相组织具和信息技术工具，对金属材料工程领域复杂问题方面的复杂工程问题，并能够理解其局制备和观察分析的能力进行预测与模拟，并能够理解其局限性。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了解材料发展史及新材料的研究进展与现代专业材料检加工过程中可能出现的问题，能够评价析，评价金属材料工程领域实践和复杂问题解决方2
2 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，晶体结构，晶体缺陷，凝固等基础知识； 以金属材料为典型，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，掌握工程材料失效的微观机制，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 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，掌握金相制样与分析方法，显微镜、硬度 计等常用材料表征设备的使用方法；能进行材料金相组织 制备和观察分析的能力 5-2 能够开发、选择及使用现代专业检 测设备、资源及技术来分析金属材料工 程中涉及合金设计与制备、产品加工等 方面的复杂工程问题，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 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 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
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，并理解应承担的责任。理论教学进程表教学模式支撑课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）教学方法作业安排线下/混合式程目标重点：课程大纲、课程概述、课程意义、材料的分类、研究现状及发展趋势。了解课程思政作业：课本课程的主要内容与后续专业课知识体系后观看央视纪录片的关系。《超级装备》，简难点：材料与人类文明的关系，材料制备课堂讲授与2线下绪论祝闻2单阐述装备制备过日标4小组讨论与加工工艺对性能的影响。程中用到的材料及课程恩政融入点：（1）介绍近十年我国十其科学问题，不少大顶尖装备中的材料创新，激发学生对本于1000字。专业的兴趣，培养学生的民族荣誉感和爱国精神：（2）新材料助力冬奥会案例分析。重点：介绍材料结构的基本知识：原子结课后作业：本章测原子结构和结合祝闻线下2、44课堂讲授试题（线上）目标1构、原子结合键类型与原子排列方式。键能难点：原子结合键分类及其特点。3
3 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 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 责任。 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。 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 2 绪论 祝闻 2 重点：课程大纲、课程概述、课程意义、 材料的分类、研究现状及发展趋势。了解 本课程的主要内容与后续专业课知识体系 的关系。 难点：材料与人类文明的关系，材料制备 与加工工艺对性能的影响。 课程思政融入点：（1）介绍近十年我国十 大顶尖装备中的材料创新，激发学生对本 专业的兴趣，培养学生的民族荣誉感和爱 国精神；（2）新材料助力冬奥会案例分析。 线下 课堂讲授与 小组讨论 课程思政作业：课 后观看央视纪录片 《超级装备》，简 单阐述装备制备过 程中用到的材料及 其科学问题，不少 于 1000 字。 目标 4 2、4 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、原子结合键类型与原子排列方式。 难点：原子结合键分类及其特点。 线下 课堂讲授 课后作业：本章测 试题（线上） 目标 1
课程思政融入点：小中子有大能量，通过介绍陈和生院士及其团队十余载扎根东莞为国“铸剑”，建设了中国首台，世界第四台“散裂中子源”，助力我国凝聚态物理，化学，生物工程，生命科学，材料科学等多学科领域的基础研究的故事，增强学生的爱国主义意识，坚定道路自信和文化自信。重点：晶体学基础，三种典型的金属品体、离子品体和共价晶体，周溶体和中间相。难点：品向指数与晶面指数的标注，品面间距的计算。课后作业：本章测课程思政融入点：人类对晶体知识的认知固体结构祝闻8线下课堂讲授试题（线上）目标14-6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、点缺品体缺陷，期中课后作业：本章测陷类型、产生，位错的基本概率、能量与祝闻86-8线下课堂讲授目标1考试试题（线上）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。4
4 课程思政融入点：小中子有大能量，通过 介绍陈和生院士及其团队十余载扎根东莞 为国“铸剑”，建设了中国首台，世界第 四台“散裂中子源”，助力我国凝聚态物 理，化学，生物工程，生命科学，材料科 学等多学科领域的基础研究的故事，增强 学生的爱国主义意识，坚定道路自信和文 化自信。 4-6 固体结构 祝闻 8 重点：晶体学基础，三种典型的金属晶体、 离子晶体和共价晶体，固溶体和中间相。 难点：晶向指数与晶面指数的标注，晶面 间距的计算。 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。 线下 课堂讲授 课后作业：本章测 试题（线上） 目标 1 6-8 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。 线下 课堂讲授 课后作业：本章测 试题（线上） 目标 1
难点；柏氏失量，位错的运动。课程思政融入点1：缺陷在材料领域是一个中性词，缺陷的存在赋予材料更多的可能性，但是缺陷多广对材料性能也不利。从辩证唯物主义理性思维角度强调事物发展的条件性和发生作用的相对性，引导学生从内容与形式、本质与现象、现实与可能等范畴认识事物。课程思政融入点2：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。重点：扩散定律及其应用，扩散机制，影响扩散的因素与扩散驱动力，固态扩散的课后作业：本章测8-9固体物质的扩散祝闻6线下课堂讲授目标2宏观规律，分析扩散的微观机构，给出固试题(线上）态扩散的实验规律和实际应用。难点：扩散定律及影响扩散的主要因素。重点：品核的形成，品体的生长，固溶体合金和共品合金的凝固：单品塑性变形本材料的凝固，材课后作业：本章测10-12料的变形和再结祝闻10线下课堂讲授目标2质，施密特定律、单滑移、多滑移和交滑试题（线上）品，移等概念：多晶体的塑性变形，回复动力学，回复机制，再结品的形核，再结品动5
5 难点：柏氏矢量，位错的运动。 课程思政融入点 1：缺陷在材料领域是一 个中性词，缺陷的存在赋予材料更多的可 能性，但是缺陷多了对材料性能也不利。 从辩证唯物主义理性思维角度强调事物发 展的条件性和发生作用的相对性，引导学 生从内容与形式、本质与现象、现实与可 能等范畴认识事物。 课程思政融入点 2：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。 8-9 固体物质的扩散 祝闻 6 重点：扩散定律及其应用，扩散机制，影 响扩散的因素与扩散驱动力，固态扩散的 宏观规律，分析扩散的微观机构，给出固 态扩散的实验规律和实际应用。 难点：扩散定律及影响扩散的主要因素。 线下 课堂讲授 课后作业：本章测 试题（线上） 目标 2 10-12 材料的凝固，材 料的变形和再结 晶， 祝闻 10 重点：晶核的形成，晶体的生长，固溶体 合金和共晶合金的凝固；单晶塑性变形本 质，施密特定律、单滑移、多滑移和交滑 移等概念；多晶体的塑性变形，回复动力 学，回复机制，再结晶的形核，再结晶动 线下 课堂讲授 课后作业：本章测 试题（线上） 目标 2