《材料科学基础2》课程教学大纲

《材料科学基础Ⅱ》课程教学大纲一、课程的地位与任务《材料科学基础》课程是材料科学与工程一级学科下设的公共性专业基础理论课，它是材料科学与工程专业本科生在完成公共基础课和部分技术基础课后，于专业课或专业方向课开设前的第一门专业基础必修课程，也是材料科学与工程类专业最重要的专业基础课。《材料科学基础》在课程设置上起着承前启后的作用，它是大学物理、化学以及物理化学等课程中相关内容的深入，又是材料专业基础理论的启蒙，为后续课程的展开扮演着基础铺垫和专业引导的角色。本课程以物质结构及结构形成为主线，将金属、无机非金属、高分子三大固体材料专业理论中的部分基础有机结合，通过三大材料间基础理论的相互联系与相互映衬，使学生掌握一些基本的概念，能更深刻的理解各类固体材料物理化学的基本属性以及与过程相关的行为规律，为学生能顺利进行后继材料专业课程的学习奠定理论基础。《材料科学基础》在课程教学上跨越两个学期，分成《材料科学基础Ⅰ》与《材料科学基础Ⅱ》两个部分。二、课程目标以及与毕业要求的支撑矩阵本课程的教学目标旨在使学生具备如下能力：课程目标（1）：能够运用材料学基本原理表达材料在制备及服役过程中的扩散、相变、形变及失效等工程问题。1）理解菲克定律的含义和适用范围，建立相应的扩散模型，并能够正确求解扩散参数。2）掌握固态相变的特点、分类，理解不同特征相变的热力学和动力学机制。3）掌握晶体弹性形变和塑性变形的基本机制，理解不同的相和组织特征对应的微观形变机制。课程目标（2）：能够基于扩散、相变、形变的基本概念和微观机制来识别和判断复杂工程问题中的扩散、相变、形变及失效过程，提炼关键影响因素。1）掌握柯肯达尔效应、扩散机制及扩散过程热力学驱动的物理本质，判断温度、加载力等外场变量对扩散动力学过程的影响，2）能够从热力学、动力学、晶体学以及组织特征等多角度来区分脱溶沉淀、调幅分解、马氏体、贝氏体等相变过程；3）掌握组元成分、晶体结构和缺陷、以及显微组织（晶粒尺寸、晶界、相界）对形变的影响，判断冷变形、热处理以及热变形过程中温度、加载力等外场变量对变形材料的组织、结构、性能的变化。课程目标（3）：针对金属、陶瓷、玻璃等无机材料及高分子有机材料等实际工程对象，具有理解和分析扩散、相变、形变等行为与其组织、结构、制备工艺之间对应关系的能力；能够为涉及到扩散、相变、形变等过程的复杂工程问题设计实验方案，分析实验结果,优选实验参数。课程目标毕业要求（支撑程度）1-32-24-1课程目标（1）0.80.10.1课程目标（2）0.10.80.1课程目标（3）0.10.10.8111毕业要求分解指标点支撑权重（1）工程知识：能够利用数学、自然科学、工程基础和专业知识发现并解决新材料在产品设计、性能检测、工艺制定和质量管理等的需要涉及多方面技术和其他因素的复杂工程问题。1-3能够运用材料、检测和工程基础知识对新材料产品设计、性能检测、工艺制定和质量管理等过程中进行复杂工程问题分析。0.4（2）问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，通过合适的抽象模型识别和表达复杂工程问题，通过查阅文献、标准、规范规程，分析新材料的产品设计、性能检测、工艺制定和质量管理等多方面复杂工程问题，能获得有效结论。2-2能够运用自然科学和工程科学的基本原理、数学模型方法、文献研究来表达和分析复杂工程问题。0.3（4）研究：能够应用材料科学与工程基本原理及相关学科知识对新材料的产品设计、性能检测、工艺制定和质量管理等复杂工程问题进行创新性研究，包括材料成分设计、生产工艺规范制定、产品检测、数据分析等多个相互关联的子问题，并通过信息综合得到合理有效的结论。4-1能够基于科学原理和文献研究，调研和分析新材料设计、制备工艺、性能检测、质量管理等复杂工程问题。0.25

三、课程主要内容与基本要求知识点主要内容基本要求对应的课程目标第六章固体中的扩散菲克定律的含义和适用范围L1课程目标（1）扩散问题中的初始和边界条件设定，计算和求解扩散系数及扩散激活能L2课程目标（1）置换固溶体中的扩散L2课程目标（2、3）扩散的热力学判据以及热力学驱动力L1课程目标（1、2）扩散的微观机制L1课程目标（1）影响扩散的主要因素L3课程目标（2、3）离子晶体中扩散与电荷平衡L2课程目标（1、2、3）高分子材料的扩散L2课程目标（1、2、3）第七章固态相变固态相变的分类、特征L2课程目标（1、3）扩散型相变：脱溶沉淀L3课程目标（2、3）非扩散型相变：马氏体相变L3课程目标（2、3）半扩散型相变：贝氏体相变L1课程目标（2、3）亚稳态相变：纳米、准晶、非晶L1课程目标（1、3）第八章材料的形变和再结晶弹性变形及弹性的不完整性L2课程目标（1、2、3）金属晶体塑性变形的基本机制L3课程目标（1）、（2）临界分切应力以及取向因子的意义L1课程目标（1）、（2）多晶体塑性变形L3课程目标（2）、（3）冷变形金属及热处理过程的组织结构及性能特点的变化L3课程目标（2）、（3）回复、再结晶及晶粒长大的热力学及动力学过程L3课程目标（2）、（3）热变形行为L2课程目标（2）、（3）陶瓷材料和高聚物材料变形的特点L3课程目标（1、2、3）基本要求：L1-理解，L2-掌握，L3-熟练掌握四、课程教学学时安排知识点章节教学内容课时数第6章固体中原子与分子的运动（12学时）扩散的宏观定律（菲克定律的含义和适用范围）1扩散的宏观定律（菲克定律的计算和求解）3置换固溶体中的扩散1扩散的微观理论（机制/表达式/影响因素）2扩散的热力学分析1离子晶体中的扩散与电荷平衡3高分子材料中的扩散习题课11第7章固态相变（11学时）固态相变的分类；主要特征1固态相变的热力学、动力学分析2扩散型相变2无扩散型相变2半扩散型相变：贝氏体相变1亚稳态相变：纳米、准晶、非晶2习题课21第8章材料的形变与再结晶（17学时）应力应变曲线；弹性变形2塑性变形（单晶、多晶、多相、超塑性）4断裂失效1冷变形金属及热处理过程的组织结构及性能特点的变化1回复、再结晶及晶粒长大的热力学及动力学过程3热变形行为3陶瓷材料和高聚物材料变形的特点2习题课31共计40课时备注：根据学生学情适当调整教学进度，并安排部分教学内容为自学内容，通过作业和习题课对学生自学情况进行考核。五、达成目标的途径和措施《材料科学基础Ⅱ》课程教学以课堂教学为主，结合自主学习和专题讨论，使学生掌握材料扩散、固态相变、材料形变等课程内容的基本概念和原理，深刻理解材料的结构变化规律及组织与性能之间的内在联系，学习从微观角度分析材料加工、服役过程中的组织结构变化，提升分析和解决材料科学与工程领域复杂工程问题的能力，同时也为后续相关课程的展开做好基础知识的准备。课前预习环节：将基本概念或某些较为容易理解的知识点做成先导课程，让学生课前自主学习并完成预习作业，培养学生自主学习的意识和能力；课堂教学：基本概念、基础理论的深化和拓展，充分引入雨课堂互动环节，检验学习效果，反馈出知识难点；（3）课后回顾：利用习题课进行阶段测试或专题分组讨论，选取典型的工程实例引导学生运用理论知识进行分析，识别和判断复杂问题的关键环节，强调问题分析的方法论，培养科学思维能力，提高学习材料科学基础理论的兴趣。六、考核方法及成绩评定1、考核类别：随堂练习；习题课成绩；平时作业；闭卷测试；2、考核形式：雨课堂评分；习题课开卷测试或分组讨论；作业；期末考试；3、成绩评定：随堂练习15%；习题课15%；平时成绩20%（预习5%；课后15%）；。期末笔试50%；考核内容考核方式评定标准（依据）占比过程考核雨课堂成绩每堂课，选择题，百分制15%过程考核阶段测试成绩2～3次测试试卷，百分制20%过程考核作业成绩预习作业+课后作业，百分制15%期末考核闭卷考试成绩试卷参考答案和