《材料科学基础II》课程教学大纲

《材料科学基础II》课程教学大纲一、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。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。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：通过学习材料科学基础的基础知识，掌握三元合金相图的分析方法、纯金属结晶的一般规律，以及固体中原子扩散的宏观规律和微观过程。了解扩散方程的应用，掌握影响原子扩散的主要因素以及扩散的驱动力。分析金属材料工程领域相关的复杂工程问题。（支撑毕业要求指标点1.2）教学目标2：通过学习单晶体和多晶体材料塑性变形的一般规律，位错运动和组态与多晶体塑性变形的特点，掌握冷变形金属在退火过程中的性能、结构变化规律。了解材料的电子结构，综合运用金属材料工程领域的科学理论和技术手段，具有分析并解决工程实际问题的能力。（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。（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材料相结构及相图（4-5节）106401、2、3主题或知识点2材料的凝固与气相沉积108201、2、3主题或知识点3扩散与固态相变88001、2、3主题或知识点4材料变形与断裂86202、3主题或知识点5材料的电子结构与物理性能44002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、教学内容及教学设计主题或知识点1相结构及二元合金相图1.教学内容了解三元系相图及其类型，三元相图的表示方法，掌握三元匀晶相图和三元共晶相图中某一点合金的结晶过程分析。为新材料的开发与应用提供理论基础。2.教学重点三元系相图及其类型，三元相图的表示方法，三元相图的建立，三元匀晶相图，具有两相共晶反应的三元系相图，三元系中的相平衡分析，具有四相平衡反应的三元系相图，三元系相图实例分析。3.教学难点应用三元系平衡相的定量法则确定成分三角形内一点的成分组成；三元匀晶相图和三元共晶相图中某一点合金的结晶过程分析。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。主题或知识点2材料的凝固与气相沉积1.教学内容了解液态的结构，晶体材料熔液凝固的基本规律，气相沉积的方法。掌握晶核的形成，均匀形核，非均匀形核，凝固组织及其控制，为社会主义建设生产优质的金属材料。2.教学重点液态的结构，晶体材料熔液凝固的基本规律，凝固的热力学条件，过冷现象，结晶的一般过程，液、固界面的微观结构，固溶体的凝固，共晶合金的凝固，成分过冷及其对晶体长大形状的影响，共晶体的形态，凝固组织及其控制，晶粒尺寸的控制，铸锭组织及其控制，铸锭的缺陷。气相沉积的方法和应用。3.教学难点均匀形核的临界晶核半径和形核功，液固界面结构和液固界面前沿液体温度分布对晶体形态影响，成分过冷及其对晶体长大形状的影响。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3扩散与固态相变1.教学内容了解扩散的现象及在相变中的应用。掌握扩散方程的应用，扩散方程的应用，扩散的机制和影响因素。2.教学重点扩散现象及扩散方程，菲克第一定律，菲克第二定律，扩散方程的应用，柯肯达尔效应，扩散的微观机制，间隙扩散机制，空位扩散机制，扩散系数，扩散激活能，扩散驱动力和影响扩散的因素。固态相变的种类和特点。3.教学难点原子扩散机制，扩散的驱动力，扩散方程的应用。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材料变形与断裂1.教学内容了解金属变形概述，掌握塑性变形的机理，理解金属的强化的方法和应用。2.教学重点金属变形概述，单晶体的塑性变形，施密特定律，多晶体的塑性变形，晶界和晶体位向对塑性变形的影响，纯金属的变形强化，位错的交割、反应和增殖，合金的变形与强化，固溶强化，低碳钢的屈服和应变时效，第二相对合金变形的影响，冷变形金属的组织与性能，冷变形金属的回复，回复阶段性能与组织的变化，回复机制，冷变形金属的再结晶，再结晶的形核，影响再结晶的因素，再结晶后的晶粒长大。3.教学难点塑性变形机制，各种强化措施的位错理论解释，回复与再结晶对冷变形金属组织、性能的影响，回复机制和再结晶晶核形成机制。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材料的电子结构与物理性能1.教学内容了解材料的电子结构与物理性能，理解半导体的应用。结合芯片技术在国际上的发展，激发学生的爱国热情和投身国家半导体等材料的研发。2.教学重点固体的能带理论，半导体与绝缘体的能带结构与导电性。半导体的特点，材料的超导特性，材料的介电性，材料的磁性和光学性能，材料的热学性能。3.教学难点固体的能带理论，半导体与绝缘体的能带结构与导电性。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。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试（10%）完成线上阶段测试，根据参考答案评分，总评成绩为优秀完成线上阶段测试，根据参考答案评定分，总评成绩为良好完成线上阶段测试，根据参考答案评分，总评成绩为中等完成线上阶段测试，根据参考答案评分，总评成绩为及格完成线上阶段测试，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熟练掌握三元合金相图的分析方法、纯金属结晶的一般规律，以及固体中原子扩散的宏观规律和微观过程，以及影响原子扩散的主要因素。能够分析金属材料工程领域相关的较复杂工问题。准确掌握三元合金相图的分析方法、纯金属结晶的一般规律，以及固体中原子扩散的宏观规律和微观过程，以及影响原子扩散的主要因素。能够分析金属材料工程领域相关工程问题。能够理解三元合金相图的分析方法、纯金属结晶的一般规律，以及固体中原子扩散的宏观规律和微观过程，以及影响原子扩散的主要因素。能够分析金属材料工程领域相关工程问题。基本掌握三元合金相图的分析方法、纯金属结晶的一般规律，以及固体中原子扩散的宏观规律和微观过程，以及影响原子扩散的主要因素。能够分析金属材料工程领域相关工程问题。不能掌握三元合金相图的分析方法、纯金属结晶的一般规律，以及固体中原子扩散的宏观规律和微观过程，以及影响原子扩散的主要因素。不能运用材料的性能分析金属材料工程领域相关工程问题。教学目标2熟练掌握单晶体和多晶体材料塑性变形的规律，以及冷变形金属在退火过程中的性能、结构变化规律。能够综合运用材料科学基础的知识解决工程实际问题。能够正确单晶体和多晶体材料塑性变形的规律，以及冷变形金属在退火过程中的性能、结构变化规律。能够综合运用材料科学基础的知识解决工程实际问题。能够掌握单晶体和多晶体材料塑性变形的规律，以及冷变形金属在退火过程中的性能、结构变化规律。能够综合运用材料科学基础的知识解决工程实际问题。基本掌握单晶体和多晶体材料塑性变形的规律，以及冷变形金属在退火过程中的性能、结构变化规律。能够综合运用材料科学基础的知识解决工程实际问题。不能掌握单晶体和多晶体材料塑性变形的规律，以及冷变形金属在退火过程中的性能、结构变化规律。不能综合运用材料科学基础的知识解决工程实际问题。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