《材料科学基础I、II》课程教学大纲

《材料科学基础I》课程教学大纲一、课程基本情况课程代码：101134223501课程名称：材料科学基础I/FundamentalsofMaterialsScienceI课程类别：专业必修课程学分：2.5总学时：40理论学时：32实验/实践学时：8适用专业金属材料工程适用对象：本科先修课程：物理化学、机械制造基础教学环境：多媒体教室/实验室开课学院：材料科学与工程学院二、课程简介1.课程任务与目的《材料科学基础I》是金属材料工程专业一门重要的专业基础课。本课程的作用是阐明金属与合金的化学成分、结构、组织与性能之间的关系及其变化规律，系统介绍材料科学，重点是金属学的基本原理和基本知识。在本课程材料性能简介环节，介绍当前材料发展与基础理论研究进展的关系及新材料性能设计内容，结合国家生产建设需求，建立学生的专业自信心，激发投入经济建设一线建功立业的热情。2.对接培养的岗位能力通过本课程的学习，使之掌握材料结构的基本知识、金属与合金的晶体结构、高分子材料结构基本知识，具备基本的金相分析能力，掌握常用工程材料成分－加工工艺－组织－性能－应用之间关系的一般规律；为今后从事金属与合金的研究与应用奠定必要的理论基础。三、课程教学目标1.课程对毕业要求的支撑[毕业要求指标点1.2]能够综合运用数学、自然科学和工程基础理论和知识分析金属材料工程领域相关的复杂工程问题。[毕业要求指标点2.1]能够运用自然科学和金属材料工程科学的基本原理，识别金属材料领域复杂工程问题。[毕业要求指标点3.1]能够运用数学抽象、计算、建模等知识，针对金属材料工程复杂工程问题，设计满足特定需求的方案或工艺流程。2.课程教学目标对应毕业要求指标点，具体内容如下教学目标1：通过学习材料科学的基础知识，能够掌握材料结构、晶体缺陷的规律性，以及其主要影响因素及控制、改进措施。能够综合运用材料的基础结构理论知识分析金属材料工程领域相关的工程问题。（支撑毕业要求指标点1.2）教学目标2：通过学习金属与合金的化学成分、结构、组织与性能之间的关系及其变化规律；能够综合运用材料、原理和工艺的知识，正确分析和使用铁碳平衡相图。识别金属材料领域的复杂工程问题，具有一定的创新能力。（支撑毕业要求指标点2.1）教学目标3：通过本课程的学习，具有综合运用金属材料工程领域的科学理论和技术手段，探索新材料及新工艺，针对金属材料工程复杂工程问题，设计满足需求的方案或工艺流程。为从事材料工程技术提供坚实的理论基础。（支撑毕业要求指标点3.1）四、教学课时安排（一）学时分配主题或知识点教学内容总学时学时完成课程教学目标讲课实验实践主题或知识点1绪论22001、3主题或知识点2材料结构的基本知识42201、2、3主题或知识点3晶体结构86201、2、3主题或知识点4高分子材料的结构44001、3主题或知识点5晶体缺陷88001、2、3主题或知识点6相结构及二元相图（1-3节）1410401、2、3合计403280（二）实验/实践教学安排序号实验/实践项目名称实验/实践学时实验/实践类型实验/实践要求每组人数备注1金相试样的制备与显微镜的使用2综合性必做12晶体结构原子模型的堆垛与分析2综合性必做23二元合金组织观察2综合性必做14铁碳合金相图及平衡组织分析2综合性必做1五、教学内容及教学设计主题或知识点1绪论1.教学内容了解什么是材料科学，明确本课程的任务、内容和要求。结合材料科学的发展，激发学生爱国热情。2.教学重点材料科学的重要地位，各种材料概况，材料性能与内部结构的关系，材料的制备与加工工艺对性能的影响，什么是材料科学。3.教学难点材料性能与内部结构的关系，材料的制备与加工工艺对性能的影响。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用混合式教学，结合多媒体授课，同时授课过程中采用问题讨论式、案例式、启发式等多种教学方法。主题或知识点2材料结构的基本知识1.教学内容了解原子结构，原子排列的研究方法，单相组织，多相组织，材料的稳态结构与亚稳态结构。通过微观与宏观的对比，引导学生辩证思维，探究材料的奥妙，为我国材料科学发展贡献力量。2.教学重点原子结构，原子的电子排列，元素周期表及性能的周期变化，原子结合键，结合键的本质及原子间距，结合键与性能，原子排列方式，晶体与非晶体，原子排列的研究方法，晶体材料的组织，组织的显示与观察，单相组织，多相组织，材料的稳态结构与亚稳态结构。3.教学难点原子的电子结构与材料性能之间的关系，4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用混合式教学，结合多媒体授课，同时授课过程中采用问题讨论式、案例式、启发式等多种教学方法。主题或知识点3晶体结构1.教学内容了解晶体学基础，空间点阵和晶胞，晶系和布拉菲点阵，晶向指数和晶面指数。掌握三种典型金属的晶体结构特点气体。2.教学重点晶体学基础，空间点阵和晶胞，晶系和布拉菲点阵，晶向指数和晶面指数，纯金属的晶体结构，典型金属的晶体结构，晶体结构中的原子半径，离子晶体的结构及主要特点，离子半径、配位数和离子的结构规则，典型离子晶体的结构，共价晶体的结构及主要特点，典型共价晶体的结构，合金相结构，固溶体，中间相。3.教学难点空间点阵与晶体结构的关系，晶向指数与晶面指数的物理意义和确定方法，常见晶体结构的特点。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用混合式教学，结合多媒体授课，同时授课过程中采用问题讨论式、案例式、启发式等多种教学方法。主题或知识点4高分子材料的结构1.教学内容了解高分子材料概述，高分子材料基本概念，高分子材料合成，高分子材料分类。掌握高分子链的结构及构象，高分子链化学组成，高分子链结构，高分子链几何形状，高分子的聚集态结构。目前，我国高分子材料发展日新月异，通过介绍最新研究成果，激发学生的民族自豪感，并明确自己的责任与担当。2.教学重点高分子材料概述，高分子材料基本概念，高分子材料合成，高分子材料分类，高分子链的结构及构象，高分子链化学组成，高分子链结构，高分子链几何形状，晶态聚合物的结构，非晶态聚合物的结构，聚合物的结晶度与玻璃化温度，高分子材料的性能与结构，高分子材料性能与结构的关系，改善高分子材料性能的途径。3.教学难点高分子材料的分子结构、柔顺性与聚集态结构与性能的关系，改善高分子材料性能的途径。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用混合式教学，结合多媒体授课，同时授课过程中采用问题讨论式、案例式、启发式等多种教学方法。主题或知识点5晶体缺陷1.教学内容了解缺陷的类型；理解柏氏矢量，位错的应力场及与其他缺陷的交互作用，掌握位错的分解与合成。理想材料和不完美的存在都是合理的，引导学生树立正确的三观和科研精神，不畏困难，工于本质，为材料的发展贡献力量。2.教学重点点缺陷的类型及产生，点缺陷与材料行为，位错的基本概念，晶体中的位错模型及位错易动性，柏氏矢量，位错的运动，位错的能量及交互作用，位错的应变能，位错的线张力，位错的应力场及与其他缺陷的交互作用，位错的分解与合成，晶体中的界面。3.教学难点晶体缺陷的类型与各自特点，柏氏矢量意义和确定方法，位错概念的理解，位错的应力场及运动特性。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用混合式教学，结合多媒体授课，同时授课过程中采用问题讨论式、案例式、启发式等多种教学方法。主题或知识点6相结构及二元合金相图1.教学内容了解二元相图及其类型，相图的基本知识；理解杠杆定律及应用，掌握典型铁碳合金结晶过程分析。2.教学重点相结构的特点及影响因素，二元相图及其类型，相图的基本知识，相律，杠杆定律、二元匀晶相图、二元共晶相图、二元包晶相图，相图与合金性能的关系，铁碳合金相图分析，典型铁碳合金结晶过程分析，碳钢和白口铸铁，杂质元素对钢的组织和性能的影响。3.教学难点二元合金相图分析和杠杆定律，铁碳合金相图及分析。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）采用混合式教学，结合多媒体授课，同时授课过程中采用问题讨论式、案例式、启发式等多种教学方法。六、学生成绩评定1.课程考核方式及比例本课程考核学生获取知识的能力、应用所学知识分析问题和解决问题能力和创新能力等；考核方式采用出勤及课堂表现、作业、阶段测验等多种形式、多个阶段等全过程的考核，使学生成绩评定更加合理多样，优化课程评价体系，进一步提升本课程教学效果。学生成绩评定表考核方式平时成绩期中考试期末考试出勤作业课堂表现阶段测验答辩项目小论文实验√√√√√成绩比例%515101020402.课程目标考核方式评价权重本课程教学目标与考核方式评价权重如表所示：课程教学目标与考核方式评价权重课程教学目标支撑毕业要求指标点考核评价方式权重（%）过程性考核实验期末考试合计出勤及课堂表现作业阶段测验教学目标1指标点1.2542~4712~2031~41教学目标2指标点2.1554~6810~1630~38教学目标3指标点3.1563~5512~1830~38合计1515102040100备注：各教学目标及评价方法的权重教师可以根据实际情况进行微调。3.成绩评价标准平时成绩评定及考核标准考核环节考核结果及标准评估项目及权重优秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）出勤及课堂表现（15%）无迟到、早退、旷课现象。积极参加课堂讨论，能够准确回答问题，并有自己独到的见解偶尔有迟到、早退现象。较为积极参加课堂讨论，能够准确回答问题，并提出自己的见解有迟到、早退现象。能够主动参加课堂讨论，能够回答问题有迟到、早退、偶尔有旷课现象。参与课堂讨论，基本能回答相关问题迟到、早退、旷课较多。不能有效参加课堂讨论，回答不出所有问题作业（15%）能够独立完成作业，作业完成质量优秀，能够灵活运用所学知识和理论解决问题，并获得正确结论能够独立完成作业，完成质量较高，能够运用所学知识和理论解决问题，并获得正确结论能够独立完成作业，完成质量符合要求，能够运用所学知识和理论解决问题，并获得有效结论基本能够独立完成作业，部分题目解答存在抄袭现象，运用所学知识和理论解决问题的能力基本符合要求不能独立完成作业，存在明显抄袭现象，不具备运用所学知识和理论解决问题的能力阶段测验（10%）完成线上阶段测验，根据参考答案评分，总评成绩为优秀完成线上阶段测验，根据参考答案评定分，总评成绩为良好完成线上阶段测验，根据参考答案评分，总评成绩为中等完成线上阶段测验，根据参考答案评分，总评成绩为及格完成线上阶段测验，根据参考答案评分，总评成绩不及格实验（20%）实验报告能够独立完成，内容完整，数据合理，数据处理正确，图表规范。能够正确完成实验报告中提出的问题，并对实验中遇到的问题进行深入的讨论，提出自己的见解。实验报告能够独立完成，内容完整，数据合理，数据处理正确，图表基本规范。能够完成实验报告中提出的问题，并对实验中遇到的问题进行讨论，提出意见。实验报告能够完成，内容完整，数据基本合理，能够进行数据处理，图表基本规范。能够基本完成实验报告中提出的问题，对实验中遇到的问题进行讨论。实验报告基本能够独立完成，内容完整，数据图表齐全，基本完成实验报告中提出的问题。实验报告不能独立完成，存在抄袭现象，报告中提出的问题没有或基本没有回答。课程教学目标评价标准考核环节考核结果及标准评估项目及权重优秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）教学目标1熟练掌握材料的晶体结构及晶体缺陷、高分子材料的结构、材料的相结构及相图的基础理论，能够综合运用材料的基础结构特点分析金属材料工程领域相关工程问题。准确掌握材料的晶体结构及晶体缺陷、高分子材料的结构、材料的型相及相图构的基础理论，能够灵活运用材料的基础结构特点分析金属材料工程领域相关工程问题。能够理解材料的晶体结构及晶体缺陷、高分子材料的结构、材料的型相及相图构的基础理论，能够运用材料的基础结构特点分析金属材料工程领域相关工程问题。基本掌握材料的晶体结构及晶体缺陷、高分子材料的结构、材料的型相及相图构的基础理论，基本可以运用材料的基础结构特点分析金属材料工程领域相关工程问题。不能掌握材料的晶体结构及晶体缺陷、高分子材料的结构、材料的型相及相图构的基础理论，不能运用材料的基础结构特点分析金属材料工程领域相关工程问题。教学目标2熟练掌握光学显微镜的结构及工作原理，熟练运用显微镜对金属材料进行组织辨识和分析；熟练应用材料科学基础的基本原理等专业知识识别金属材料领域的复杂工程问题，具有一定的创新能力。能够正确掌握光学显微镜的结构及工作原理，能够运用显微镜对金属材料进行组织辨识和分析；应用材料科学基础的基本原理等专业知识识别金属材料领域的复杂工程问题。能够掌握光学显微镜的结构及工作原理，能够运用显微镜对金属材料进行组织辨识和分析；应用材料科学基础的基本原理等专业知识识别金属材料领域的复杂工程问题。基本掌握光学显微镜的结构及工作原理，基本运用显微镜对金属材料进行组织辨识和分析；基本应用材料科学基础的基本原理等专业知识识别金属材料领域的复杂工程问题。不能掌握光学显微镜的结构及工作原理，不能运用显微镜对金属材料进行组织辨识和分析；不能应用材料科学基础的基本原理等专业知识识别金属材料领域的复杂工程问题。教学目标3熟练运用材料科学基础的理论知识，进行新材料的研发与应用。能够针对金属材料工程的实际问题，设计满足使用需求的工艺方案，并具有不断学习和推广新技术的进取精神。能够正确运用材料科学基础的理论知识，进行新材料的研发与应用。能够针对金属材料工程的实际问题，设计满足使用需求的工艺方案，并具有不断学习和推广新技术的进取精神。能够运用材料科学基础的理论知识，进行新材料的研发与应用。能够针对金属材料工程的实际问题，设计满足使用需求的工艺方案，并具有不断学习和推广新技术的进取精神。可以运用材料科学基础的理论知识，进行新材料的研发与应用。能够针对金属材料工程的实际问题，设计满足使用需求的工艺方案，并具有不断学习和推广新技术的进取精神。不能运用材料科学基础的理论知识，进行新材料的研发与应用。不能针对金属材料工程的实际问题，设计满足使用需求的工艺方案。七、教材、参考书目、重要文献以及课程网络资源教材：石德珂王红洁主编.材料科学基础（第3版）.机械工业出版社，2020参考书目：（1）胡赓祥主编.材料科学基础.上海交通大学出版社，2000（2）张联盟主编.材料科学基础.武汉理工大学出版社，2004（3）潘金生主编.材料科学基础.清华大学出版社，1998重要文献（专业期刊）：（1）《金属学报》（2）《金属材料与冶金工程期刊》（3）《金属热处理期刊》课程网络资源：（1）热处理学会：（2）热处理之家、热处理论坛：/《材料科学基础II》实验教学大纲一、课程基本情况课程代码：101134223502课程名称：材料科学基础II/FundamentalsofMaterialsScienceII课程类别：专业必修课程课程性质：必修课程类型：课程实验总学分：2.5总学时：40实验/实践学时：8适用专业：金属材料工程适用对象：本科先修课程：物理化学、机械制造基础开课学院：材料科学与工程学院二、课程简介《材料科学基础II》是金属材料工程专业一门重要的专业基础课。本课程的作用是阐明金属与合金的化学成分、结构、组织与性能之间的关系及其变化规律，系统介绍材料科学，重点是金属学的基本原理和基本知识。通过本课程的学习，使学生掌握金属合金三元相图的基本知识，金属与合金的扩散、凝固、塑性变形与再结晶等有关理论，具备其组织与性能的初步分析能力，为后续专业课的学习打下良好的基础，为今后从事金属与合金的研究与应用奠定必要的理论基础。结合国家生产建设需求，激发学生建功立业的热情、工匠精神和工程师素养。三、实验教学目标1.通过学习不同硬度计的工作原理及设备构造，掌握硬度计和金相显微镜的正确使用方法，锻炼学生的动手操作能力，提高实践水平。2.通过金属结晶及铸锭组织观察，理解金属结晶条件的不同与铸锭组织之间的关系，加强实践与课程教学的联系，使学生掌握金属材料制备与组织间的关系及其变化规律。3.通过对不同试样进行金相观察，掌握金相显微镜和金相组织观察的正确方法，并能把观察到的组织特征与材料的成分和性能特点联系起来，进一步掌握金属材料化学成分、结构、组织与性能间的关系及其变化规律。锻炼分析问题和解决问题的能力。4.通过实验教学的训练，促进对材料科学基础理论知识的认识和理解。具备利用所学知识对金属材料工程专业科研方案的初步设计能力。四、实验项目及学时安排序号实验/实践项目名称实验/实践学时实验/实践类型实验/实践要求每组人数备注1硬度的测定方法与设备2综合性必做22典型三元合金相图及组织分析2综合性必做43金属结晶及铸锭组织观察2综合性必做34金属塑性变形与再结晶组织观察2综合性必做1五、实验内容实验一硬度的测定方法与设备实验目的：1.了解不同硬度计的测量原理和方法.2.熟悉洛氏硬度、布式硬度计、显微硬度计的构造及使用。3.培养学生的工程师素养和大国工匠的精神。实验设备：洛氏硬度、布式硬度计、显微硬度计，标准试样，金属试样。实验内容及步骤：1.根据试样的成分及组织选择合适的硬度计2.根据使用说明书，学习不同硬度计的操作步骤3.按照正确地操作步骤进行试样硬度测定，并记录数据。实验二典型三元合金相图及组织分析实验目的：1.熟悉三元相图的分析方法和应用。2.掌握Pb-Sn-Bi三元相图的投影图。3.了解重心法在三元相图中的应用。4.培养学生科研意识和工程师素养。实验设备：金相显微镜，各种标准试样，显微硬度计实验内容及步骤：1.根据Pb-Sn-Bi三元相图的投影图，独立思考，分析所给合金的凝固过程及应具有的显微组织。2.仔细观察分析所给合金的显微组织特征，画出示意图、并加以注解。3.利用组织照片讨论总结所观察合金的凝固过程和组织实验三金属结晶及铸锭组织观察实验目的：1.观察并分析不同凝固条件所得的纯铝铸锭的宏观组织。2.培养学生的严谨务实的工程师素养。实验设备：标准试样实验内容及步骤：1.观察铝锭不同浇注条件下的柱状晶区和等轴晶区。2.分析不同浇铸工艺和浇注条件对铸锭组织的影响。实验四金属塑性变形与再结晶组织观察实验目的：1.了解工业纯铁经不同变形量后的组织形貌2.塑性变形后在不同温度进行再结晶回火其组织的变化过程。3.培养学生的工程师素养和大国工匠的精神。实验设备：金相显微镜，各种标准试样实验内容及步骤：1.不同金属在不同变形量下的显微组织，经过变形的合金在不同温度下加热后的显微组织，并画出示意图。2.工业纯铁拉伸、退火，不同变形量的组织形态并观察晶粒大小。3.观察并分析不同变形量对其退火组织晶粒大小的影响，并画出示意图。六、实验报告格式实验名称（一）实验目的（二）实验设备（三）实验内容及步骤（四）结果与分析（五）问题讨论七、考核方式（一）实验成绩的构成实验成绩占本门课程总成绩20%，参考实验考勤、实验操作及实验报告成绩综合给定。（二）评分标准1.实验成绩以百分制或五级制（优、良、中、及格、不及格）填报，按比例记入该课程成绩中。2.多个实验项目的最后填报平均成绩。3.按照实验指导书的具体要求，根据每个学生实验前的预习准备，实验过程的考查，实验操作情况及实验报告的质量，综合给出实验成绩。4.实验评分应包括三个方面：（1）实验预习及实验纪律占20%：（2）实验操作占40%：（3）实验报告40%；评分等级：评定成绩分优、良、中、及格和不及格五个等级。优：90分以上，良：80-89分，中：70-79分，及格：60-69分，不及格：59分以下，也可以以百分制给出多个实验的综合成绩。实验成绩评定及考核标准考核环节考核结果及标准评估项目及权重优秀（90~100分）良好（80~90分）中等（70~80分）及格（60~70分）不及格（＜60分）实验预习及实验纪律（20%）实验前能够按照实验要求，提前预习，掌握实验内容，掌握实验安全操作规程，遵守实验纪律实验前能够按照实验要求，提前预习，较好的掌握实验内容、掌握实验安全操作规程，遵守实验纪律实验前能够按照实验要求，提前预习，了解实验内容、实验安全操作规程，较遵守实验纪律实验前能够按照实验要求，提前预习，基本