材料科学与工程基础 (1)课件

1、本文档相关内容参见 视频 1-4 材料科学与工程基础培训课主讲教师：顾宜 赵长生2011年8月10-11日 讲课内容“材料科学与工程基础”课程建设概况 较深入、全面介绍材料科学与工程基础”国家级精品课程的建设思路、理念及心得体会 课程教学示范 以章为单元, 通过选择典型的主题，采取示范课形式，及难重点讲解等形式，帮助学员理解本课程的教学设计思想、教学方法和技巧, 专题讲座 教学与科研， 专业规范覆盖内容 教学理念、教学态度、教学技术和方法、知识难重点的梳理、对于不同层次学生的教学手段、常见教学问题及建议解决方案、教学与科研的关系、专业发展前沿热点、人才选拔和培养、专业规范和标准等材料科学与工程

2、基础FUNDAMENTALS OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING“材料科学与工程基础”课程建设概况提 纲材料科学与工程基础”课程建设背景四川大学材料科学与工程基础”精品课程建设情况材料科学与工程基础”课程教学改革的基本思路及理念 材料科学与工程基础”课程的教学设计思想材料科学与工程基础”课程的教学手段和方法材料的定义材料在人类社会发展中的地位和作用材料科学与工程学科“材料科学与工程基础”类课程的基本情况一、材料科学与工程基础”课程建设背景为什麽要开设这门课程?材料的定义 Materials Material：材料科学 （工科） 物质科学 （理科）Webst

3、er编者“New International Dictionary（1971年）”中关于材料（Materials）的定义为：材料是指用来制造某些有形物体（如：机械、工具、建材、织物等的整体或部分）的基本物质（如金属、木料、塑料、纤维等）迈尔新百科全书中材料的含义：材料是从原材料中取得的，为生产半成品、工件、部件和成品的初始物料，如金属、石块、木料、皮革、塑料、纸、天然纤维和化学纤维等等。 材料是指具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质。图材料在人类社会发展中的地位和作用材料科学与工程学科学科建立 1960s 金属材料金相学金属学 无机非金属材料无机化学陶瓷学 高分子材料高分子化学

4、高分子物理 (2) 学科的内容和任务 材料科学：从理论上研究金属、无机非金属和有机高分子等材料的成分、结构、 加工工艺同材料性能及材料应用之间的相互关系。 材料科学与工程：关于材料组成、结构、制备工艺与其性能及使用过程间相互关系的知识开发及应用的科学 学科性质：是介于基础科学与应用科学之间的应用基础科学，（边缘学科）。材料科学与工程研究内容：科学性 a. 从化学角度出发，研究材料的化学组成、键性、 结构与性能的关系 b. 从物理角度，阐述材料的组成原子、分子及其运 动状态与各物性之间的关系 技术性 c. 材料的制备工艺 d. 材料的性能表征 e. 材料的应用工程性 (3) 材料工程 Mater

5、ials Engineering 对于工程技术人员：如何选择特定应用环境下需要的材料，来满足使用要求，如何按实际要求设计新材料，须弄清以下三个关系 （材质）材料内部结构与性能 （内部形态）加工工艺与性能 （使用环境，耐久性）材料的性能与使用过程材料高等教育国内；前苏联模式、计划经济、专业划分细 按材料类别（三级学科, 20余个） 按应用领域1995年，国家教委提出面向21世纪高等工程教育教学内容与课程体系改革计划。设置了工科和理科材料类专业人才培养方案及教学内容体系改革的研究与实践（第33项）教改成果：提出了以材料科学与工程一级学科为基础，按二级学科设置工科材料类专业的思路；提出了一级学科平台

6、课体系： 材料概论 材料科学与工程基础 材料研究方法与测试技术1998年教育部本科专业目录调整 材料类专业划分与设置冶金工程金属材料工程无机非金属材料工程高分子材料与工程专门化方向材料工程一级学科材料专业（大材料）二级学科材料类专业（中材料） 三级学科专业（小材料）（工科）引导性专业：材料科学与工程2001年教育部组建新一届教学指导委员会，材料科学与工程学科教学指导委员会 四个专业教学指导分委员会 材料化学与物理 金属材料及冶金工程 无机非金属材料工程 高分子材料与工程“十一五”国家级规划教材（九本）材料科学与工程导论王高潮 南昌航空工业学院机械工业出版社材料科学基础学习辅导范群成 西安交通大

7、学机械工业出版社材料科学与工程基础杨庆祥 燕山大学机械工业出版材料科学与工程基础陈铮、王永欣西北工业大学科学出版社材料科学与工程概论顾家琳清华大学清华大学出版社材料科学基础田民波等清华大学清华大学出版社材料科学与工程基础蔡珣上海交通大学上海交通大学出版社材料科学与工程基础(第2版)宗亚平东北大学冶金工业出版社材料科学与工程基础（第2版）顾宜四川大学化学工业出版社专业规范专业教学知识体系（高分子材料与工程专业）： 工程基础：机械制造基础、电工电子基础、化工原理专业科学基础： 材料科学与工程基础，高分子物理， 高分子化学，聚合物表征与测试 专业工程知识： 聚合反应工程，聚合物加工工程 专业知识：

8、高分子材料，聚合物复合材料工程二、四川大学材料科学与工程基础”精品课程建设情况课程建设的特点课程建设进程 课程建设的主要成果 成果的特色与创新性 如何进行课程建设？课程建设的特色以符合学科和社会发展特征为基本方向以提高教学质量为核心和目标 建立以先进性、科学性、新颖性和适应性为特色的课程 教学内容新体系 编写教育部“面向21世纪课程教材”和引进高水平的英 文原版教材 建立先进的课堂教学内容新体系 以培养学生的学习能力和创新能力为中心，实施教学手 段和教学方法的改革 以建设高水平的教师队伍为重点全方位投入，长期积累，反复实践第二阶段（19962001年）改革的重要时期背景 20世纪90年代，材料

9、科学与工程学科已发展成为一门独立的完整学科 材料是国民经济发展的三大支柱之一，随着高新技术的发展，各类材料的相互交叉、渗透和复合 围绕适应市场经济体制的需要，以“拓宽专业”为中心的教育教学改革，我国材料类专业人材的培养进入了一个改革发展的新阶段 1998年教育部本科专业目录调整，三级学科专业 二级学科专业教育部“面向21世纪”工科材料类专业人才培养方案及教学内容体系改革的研究与实践项目（1996-2000），各校共同认识到：现代材料工业和科学技术的发展正推动着各类材料从多样化和单一性走向一体化和复合化；培养既掌握材料科学与工程基本原理，又通晓某一类材料制备与加工，组成与结构、性能与应用系统知识

10、的宽专业人才，是21世纪材料类专业人才培养思路的重要内容材料科学与工程基础列为工科材料类专业的一级学科平台课程通过材料科学与工程基础课程的学习，使材料类专业中金属材料工程、无机非金属材料工程和高分子材料与工程各二级学科“中材料”专业的学生掌握和了解材料科学与工程的基础理论知识，建立大材料的整体概念，打破材料类各专业原有专业学科在材料领域专业性过强，知识面窄的现状，有利于拓宽专业学科和知识面，为以后“中材料”专业课程的学习、材料设计、以及材料的应用等奠定良好基础。第三阶段（20022004年）背景 教育部2001年4号文件关于提高本科教学质量的精神， 2003年， “四川省精品课程”建设项目 课

11、程建设引进英文原版教材和“双语”教学更新课堂教学内容-融入部分英文教材内容，定量描述编辑电子课件（PPT）和多媒体教学 现代化手段探索新的教学方法 编写系统的教学资料建立教学组织和管理体制方面 课程网站建设第四阶段（20052010年）背景2004年， “国家级精品课程”建设项目教育部2005 1号文，关于印发关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见的通知教高20071号文，教育部财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见课程建设完善课程网站和教学资料充实课堂教学内容，集成化思路编辑Authware电子课件编辑自测评体系修订教材（十一五规划教材）完善教学组织和管理 充实教学队伍

12、，培养青年教师课程讲授全程录像推广、辐射课程建设的主要成果2002年，第六届石油和化学工业优秀教材奖一等奖2003年，四川大学优秀教学奖二等奖（顾宜,列第一名） 四川大学教学名师奖（顾宜） “四川大学精品课程”建设项目 “四川省精品课程”建设项目2004年， 四川省高等教育教学成果奖一等奖 四川大学优秀教材奖一等奖 国家级精品课程2006年 国家级教学名师奖 编写了“面向21世纪课程”教材 引进了原版教材，实施了“双语“教学建立了课程教学内容新体系形成了结构合理的高水平教师队伍编写了较完整的教学资料编写了特色鲜明的电子教案并试行多媒体教学 探索出了先进的课堂教学方法 建立了教学组织和管理体制编

13、写了自测评体系建立了课程网站 课程建设的主要成果1、编写了“面向21世纪课程”教材材料科学与工程基础 ，2002年4月化学工业出版社正式发行，全书共五章，61万字。与国内大多数同类课程的教材不同，该教材从材料科学与工程的基本原理出发，力求较全面地说明各种材料的共性规律及金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料的个性特点和多种组分复合体系的基本特征。有利于学生建立大材料的整体概念，尤其适用于非金属材料类专业的学生学习使用。已印刷多次、约2万册，东华大学、浙江大学、郑州大学等多个高校的本科材料专业均在使用该教材 。第二版， “十一五”国家级规划教材，2011年7月出版。连2、引进国外原版教材 实施

14、“双语“教学按照教育部2001年4号文件关于提高本科教学质量、推动英语等外语进行教学的精神，我们选用了国外原版教材“Fundamentals of Materials Science and Engineering”（William D.Callister,Jr主编），该英文教材的文字通俗易懂、内容面广而精练，概念清晰，习题和例题丰富，水平高，其编排和内容体系与我们编写和使用的教材有很好的匹配性。在2003年春季以后的教学中实施了以中文为主线、中英文相结合的“双语”教学，取得了较好效果。2004年1月该教材的英文影印本由化工出版社出版发行。 原版教材 “双语”教学 连新版本，新体系，更易于教和

15、学传统的方式：金属-结构/表征/性能 陶瓷- 聚合物-集成的方式：结构/表征/性能（1）-三大类材料 结构/表征/性能（2）- 结构/表征/性能（3）- - ISBN：9787122112231 第二版教材特点与2002年版教材相比，修订版的材料科学与工程基础教材发生了一些显著的变化。通过删减一些不必要的内容和融入国外同类高水平教材部分内容，进一步完善了教材内容，使之更具先进性、科学性、系统性和适应性；通过增设教学例题和进一步丰富习题和思考题，更有利于学生学习和理解教学内容;通过在每一章节后添加一些小故事，介绍材料科学与工程领域中的著名科学家、高新技术领域的新材料，可扩展学生的知识面、激发学生

16、的学习热情。3、建立了课程教学内容新体系从材料科学与工程的四大要素出发，按照集成化思路，将三大类材料作为整体，调整比例，避免了过去偏重某一类材料、知识面较窄的现象。讲一门课，不是讲一本书。以揉合中英文教材内容构筑新的教学内容体系为目标，按照科学性、系统性、先进性和有效性的要求，在广度和深度上较好地组织编排了讲授内容。新的教学内容体系思路更清晰，层次更分明，重点更突出，定量描述更充分，内容更丰富。为保持教学内容的新颖性，在课程教学中及时补充材料研究和应用中的重要新成果，并对材料科学领域中的部分诺贝尔奖金获得者进行了介绍。既适于高分子材料类专业，也适于材料学科其它专业。自2003年在教学中应用以来

17、，效果良好4、形成了结构合理的高水平教师队伍顾宜 男，61岁，教授，博导，主编面向21世纪课 程教材材料科学与工程基础 项目总负责人，课程主讲教师赵长生 男，41岁，教授，博士，赴日博士后，博导 主讲教师, 项目第二负责人, 参编教材 谢邦互 男，56岁，教授，主讲教师汤嘉陵 男，48岁，教授，主讲教师，参编教材李曹 男，37岁，副教授，主讲教师，凌红 女，37岁，讲师，主讲教师冉起超 男，29岁，博士后， 知识结构合理，职称和年龄结构梯度合理的课程组 5、编写了较完整的教学资料课程简介课程讲授思路课程讲授要点（即教学大纲）课程讲授提纲（文本教案）习题库和试题库 材料科学与工程基础课程 讲授思

18、路 讲授要点 （教学大纲） 详细讲授提纲 （教 案）材料科学与工程基础名词解释填空题判断题作图题问答题计算题中文习题解答及答案英文习题答案英文习题解答习题及试题集解题过程及参考答案6、编写了特色鲜明的电子教案电子课件并实行多媒体教学POWERPOINT形式的电子教案 POWERPOINT格式的电子课件AUTHORWARE格式的电子课件 按照课堂讲授要求进行编排，中英文相结合 电子课件 多媒体教学PPT电子课件演示AUTHORWARE电子课件 7、探索出了先进的课堂教学方法“材料科学与工程基础”课程的内容面广、理论性强，概念多，加之引入英文原版教材和“双语”教学，课堂教学的难度较大。结合课程特点

19、，探索了先进的教学方法该课程为理论课，以课堂讲授为主，辅以课堂讨论、集体答疑和课后个别答疑, 要求学生课前预习、课后复习和做作业。将传授知识与培养学生的学习能力和知识运用能力相结合，引导学生积极思维，理解和掌握课程的基本思路和要点，建立以启发式和互动性为特色的教学方法体系。8、建立了教学组织和管理体制课程组实行组长负责制，定期进行教学研讨（授课期间每月一次教学研讨，半期一次书面教学总结），组织教学观 摩，及时发现、解决教学中出现的问题。建立了教学资料档案。考试逐步实行了“考教分离”。试卷评阅实行了“流水线”作业。试卷1，试卷2，教学研讨试卷分析教学总结编写了自测评体系针对课程教学中的知识要点和

20、难点编写了600多道选择题、是非题或填空题，开启了网上自测评体系，供学生在课后自我检查对所学知识的掌握程度，也在一定程度上解决了由于新校区学生与老师交流较难、网上答疑也不能有效满足学生求知所带来的问题 .连建立了课程网站网站地址为：四川大学高分子学院教育教学本科生教育教学成果 学院精品课程 ，内容包括课程介绍、教学大纲、中英文教材介绍、学习方法、主要参考书、课程负责人和课程组教师介绍、电子教案、教学例题、中英文复习题和答案汇总、自测评体系、网上讨论和答疑，并随时通过网络将与课程相关的信息通知学生。连五、成果的特色先进性和时代特征 是面向二十一世纪“工科材料类专业人才培养方案和课程内容体系改革”

21、项目的研究成果之一，是在“立足二级学科材料专业，面向一级学科材料基础”的总体思路下构造的反映大材料共性知识和基础理论的系列课程之一。 科学性和系统性 材料科学与工程的内容十分广泛，本课程通过引进高水平的英文原版教材与中文“面向21世纪课程”教材相结合，在有限的学时数内，在广度和深度上较好地组织编排讲授内容，思路清晰，层次分明，重点突出，从组成、结构、性能和制备与加工较全面地说明了各种材料的共性规律和个性特征，实现了科学理论基础和工程应用知识的结合，并注意引入了材料科学发展中的新原理、新方法。具有科学性、先进性和新颖性。 完整性 本课程经过15年的教学积累，已形成了包括教材、教学大纲、教案、习题

22、、电子课件的较完整体系，形成了职称、年龄、知识结构合理的师资队伍。通过精品课程建设的实施，将使课程体系更加完整。本课程通过英文原版教材的使用和实施“双语”教学，将使学生在获取专业知识的同时，熟悉英文专业词汇，培养专业英语的阅读能力。 启发式和互动性 在课堂传授知识的同时，通过启发式教学，开阔学生的思路，通过互动教学，调动学生的积极性，培养学生的学习能力和创新能力，这是本课程教学方法的特色，也是本课程建设的重要内容。创新性新的课程内容体系 材料科学与工程的内容十分广泛，本课程在有限的学时内，在广度和深度上合理组织编排了讲授内容，从组成、结构、性能和制备与加工较全面地说明了各种材料的共性规律和个性

23、特征，实现了科学理论基础和工程应用知识的结合，并引入了材料科学发展中的新原理新方法。“面向21世纪课程”教材 该教材体系新颖，从材料科学与工程的基本原理出发，较全面地说明各种材料的共性规律及三大类材料的个性特点和多种组分复合体系的基本特征，有利于学生建立材料制备-加工-结构-性能（应用）关系的整体概念。“双语”教学 引进了国外高水平的原版教材，实施了 “双语”教学。编写了中英文结合、特色鲜明的“电子教案”和“习题库”。课程内容更丰富，概念更清晰，大大提高了教学水平。 三、材料科学与工程基础”课程教学改革的基本思路及理念“九五”期间：面向21世纪教改项目，拓宽专业，以材料科学与工程一级学科为基础

24、，按二级学科设置工科材料类专业是符合我国国情的、是切实可行的。让二级学科“中材料”专业的学生在进入专业课程学习前，建立大材料的整体概念通过材料科学与工程基础课程的学习，使材料类专业中金属材料工程、无机非金属材料工程和高分子材料与工程各二级学科（中材料）专业的学生掌握和了解材料科学与工程的基础理论知识，建立材料科学与工程（大材料）的整体概念，打破材料类各专业原有专业学科在材料领域专业性过强，知识面窄的现状，有利于拓宽专业学科和知识面，为以后二级学科（中材料）专业课程的学习、材料设计、以及材料的应用等奠定良好基础。拓宽专业、整体概念、创新思维、专业英语、提高质量从专业角度从教学内容体系以“四要素”

25、为核心，按照集成化的思路，从材料科学与工程的基本原理出发，较全面地讲述各种材料在组成/结构、制备/加工、性能和应用方面的共性规律及金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料的个性特点和多种组分复合体系的基本特征。有利于学生建立“大材料”的整体概念。强调基本概念、基本原理、宏观性、整体性和关联性四、材料科学与工程基础”课程的教学设计思想课程建设的思路和理念-目标，课程定位教材的编写和选择-确定课程教学内容体系和“双语教学”方案教学大纲制定-确定教学基本要求详细讲授提纲（教案）的编写-对教学内容按照教学大纲、重点和难点进行组织和编排电子课件的编辑和制作-实施课堂教学课程定位授课对象：二级学科工科材料

26、类专业教学内容： 有限的学时数内，建立“大材料”的整体 概念 以四大要素为核心，按照集成化的思路 “双语”教学 以中文教材为主线，融入部分英文教材内容进行 教学内容和学时安排(51学时)第一章 绪论 Introduction （1学时） 材料的定义、分类 及基本内容第二章 物质结构基础 （15学时） Fundamentals of Material Structure 各类材料结构上的共性基础、原子分子、聚集 态、表面、转变第三章 材料的组成及结构 （8学时） Compositions and Structures of Materials 从材料的组成入手，阐述各种材料的聚集态结 构和宏观组

27、织结构。（小节：1学时）第四章 材料的性能 （21学时） Properties of Materials 阐明在应力、热、光、电、声、化学介质等各种外界因素下，各类材料所表现的宏观性质、破坏形式及其内部结构的变化规律。第五章 材料的制备和成型加工 （4学时） Preparation and Manufacturing of Materials 从不同种类材料出发，阐明材料的制备原理和方法。（总结：1学时） 通过材料组成、结构、性能的基本理论的学习，掌握材料的组成和结构性能内在关系； 通过对比，了解高分子材料、金属和无机非金属材料在材料结构和性能特点上的主要异同点； 运用结构性能关系的原理，了解主要材料品种的制备和应用的特点，具有一定材料设计的基础知识。 材料科学是六十年代初期创立的研究材料共性规律的一门学科，其研究内容涉及金属、无机非金属和有机高分子等材料的成分、结构、加工同材料性能及材料应用之间的相互关系。材料科学、材料工业和高新技术的发展要求高分子材料与工程专业的学生必须具备“大材料”基础和“中材料”专业的宽厚知识结构。本课程详细阐述高分子材料、金属材料、无机非金属材料、复合材料等。从材料科学与工程的角度出发，说明各种材料的共性规律及个性