《材料科學基礎A》教學大綱

《材料科學基礎A》教學大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：03130121課程性質：學科基礎必修課學分：4學分學時：64學時（理論64學時）先修課程：大學物理、高等數(shù)學C等后續(xù)課程：材料綜合實驗、工程材料設計創(chuàng)新等適用專業(yè)：材料成型及控制工程、新能源材料與器件、材料科學與工程、焊接技術與工程開課單位：材料科學與工程學院一、課程說明《材料科學基礎A》是材料類專業(yè)的一門學科基礎必修課。本課程以凝聚態(tài)物理為基礎，主要講授材料的化學成分、組織結構、性能、加工工藝及其之間的關系和變化規(guī)律、金屬材料和熱處理工藝方法等基礎知識，為后續(xù)課程及從事材料設計、材料制備、材料加工等工作奠定必要的學科基礎。本課程注重材料科學的基本理論知識的學習，培養(yǎng)運用材料科學的基礎理論知識分析和解決實際工程問題的能力和嚴謹求實、勇于創(chuàng)新的科學精神，并且能夠從材料的內部結構探討其性能與行為變化，揭示材料結構與性能的內在聯(lián)系及變化規(guī)律，兼顧材料研究的前沿課題介紹，培養(yǎng)應用創(chuàng)新型人才。二、課程目標通過本課程的學習，使學生達到如下目標：課程目標1：掌握材料的化學成分、組織結構、性能和加工工藝等材料科學的基礎理論知識，理解材料的內在結構與性能的內在聯(lián)系及變化規(guī)律。課程目標2：能正確運用材料的化學成分、組織結構、性能和加工工藝之間的關系及變化規(guī)律等科學原理分析和解決材料設計、材料制備、材料加工等中的工程問題并得出有效結論；能夠從材料的內部結構探討其性能與行為的變化關系。課程目標3：了解新材料的應用、熱處理新技術及材料研究的前沿課題，能利用材料科學原理初步對復雜工程的應用問題進行研究、設計和創(chuàng)新，并對應用結果進行合理分析和解釋；融入課程思政，培養(yǎng)學生愛崗敬業(yè)、積極進取、嚴謹求實、勇于創(chuàng)新的科學精神和愛國主義情懷。三、課程目標與畢業(yè)要求《材料科學基礎A》課程教學目標對材料類專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學目標與畢業(yè)要求關系畢業(yè)要求指標點課程目標支撐強度1.工程知識1.3掌握相關自然科學知識、工程基礎知識和思維方法，并能將其應用于解決復雜材料類專業(yè)工程問題。課程目標1：掌握材料的化學成分、組織結構、性能和加工工藝等材料科學的基礎理論知識，理解材料的內在結構與性能的內在聯(lián)系及變化規(guī)律。H2.問題分析2.3能夠運用相關知識，并通過文獻研究分析材料類專業(yè)相關復雜工程問題，以獲得有效結論。課程目標2：能正確運用材料的化學成分、組織結構、性能和加工工藝之間的關系及變化規(guī)律等科學原理分析和解決材料設計、材料制備、材料加工等中的工程問題并得出有效結論；能夠從材料的內部結構探討其性能與行為的變化關系。H3.設計/開發(fā)解決方案3.1能夠針對材料類專業(yè)領域的復雜工程問題進行分析和研究，設計出具體解決方案。課程目標3：了解新材料的應用、熱處理新技術及材料研究的前沿課題，能利用材料科學原理初步對復雜工程的應用問題進行研究、設計和創(chuàng)新，并對應用結果進行合理分析和解釋；融入課程思政，培養(yǎng)學生愛崗敬業(yè)、積極進取、嚴謹求實、勇于創(chuàng)新的科學精神和愛國主義情懷。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關畢業(yè)要求的關聯(lián)度。四、教學內容、基本要求與學時分配理論部分理論部分的教學內容、基本要求與學時分配見表2。表2教學內容、基本要求與學時分配教學內容教學要求，教學重點難點理論學時對應的課程目標1.材料的結構及晶體缺陷1.1材料的結合方式1.2晶體學基礎知識1.3材料的晶體結構1.4合金的相結構1.5點缺陷1.6線缺陷1.7面缺陷教學要求：使學生掌握材料的結合方式和晶體學的基礎知識；掌握典型的金屬晶體結構并能夠標定其晶面指數(shù)和晶向指數(shù)；掌握合金相結構的基本概念和類型；了解共價晶體和離子晶體的晶體結構；掌握晶體的點缺陷、位錯和面缺陷的基本概念，位錯的運動、反應和增殖；了解位錯的應力場分析。重點：典型的金屬晶體結構及其晶向指數(shù)和晶面指數(shù)的標定；合金相結構的基本概念；位錯的類型、運動和反應。難點：空間點陣、位錯的運動、位錯的彈性應力場。121、32.純金屬的結晶2.1純金屬的結晶過程2.2金屬結晶的熱力學條件2.3晶核形成2.4晶核長大2.5結晶理論的應用教學要求：使學生掌握純金屬結晶的過程、熱力學條件、形核機制和長大規(guī)律；了解單晶、非晶和準晶的制備和性能特點。重點：金屬的結晶過程、均勻形核、非均勻形核、晶體長大規(guī)律。難點：均勻形核、非均勻形核。61、33.相圖3.1相圖的基本知識3.2二元合金相圖的基本類型3.3鐵碳相圖及鐵碳合金3.4三元合金相圖教學要求：使學生了解相圖的建立；掌握二元勻晶相圖、共晶相圖、包晶相圖、鐵碳相圖、三元相圖的表示方法；掌握杠桿定律，并能夠計算相或組織的相對量；了解三元合金相圖。重點：二元合金的基本相圖、鐵碳相圖和杠桿定律；三元相圖的表示方法。難點：鐵碳相圖和三元合金相圖。141、2、34.金屬的塑性變形、強化機制、回復與再結晶4.1金屬的塑性變形4.2金屬的強化機制4.3回復4.4再結晶4.5晶粒長大教學要求：使學生掌握金屬塑性變形的機制、塑性變形對金屬組織和性能的影響、金屬的強化機制及其應用；掌握回復、再結晶和晶粒長大的特點及應用；了解塑性變形的微觀機理、回復動力學和再結晶動力學。重點：金屬塑性變形的機制；金屬的強化機制；回復、再結晶和晶粒長大。難點：金屬的強化機制，動態(tài)回復和動態(tài)再結晶。81、2、35.擴散5.1擴散定律5.2擴散機制5.3影響擴散的因素5.4反應擴散教學要求：使學生掌握擴散第一定律、擴散第二定律及應用；掌握擴散機制及影響擴散的因素；了解反應擴散。重點：擴散第一定律、擴散第二定律及應用。難點：擴散定律的應用；擴散機制。61、2、36.固態(tài)相變及熱處理6.1概述6.2擴散型相變6.3無擴散型相變6.4鋼的熱處理原理6.5鋼的熱處理工藝教學要求：使學生了解固態(tài)相變的的類型和特點，掌握擴散型相變、無擴散型相變和貝氏體相變；掌握熱處理原理、退火、正火、淬火、回火及表面熱處理的特點和應用；了解先進熱處理技術。重點：擴散型相變和無擴散型相變；鋼的退火、正火、淬火、回火、滲碳的特點和應用。難點：擴散型相變和無擴散型相變；熱處理原理。101、2、37.金屬材料及新材料7.1工業(yè)用鋼7.2鑄鐵7.3有色金屬及其合金7.4新材料教學要求：使學生了解合金元素在鋼中的作用，鑄鐵的石墨化及其影響因素；掌握碳鋼、合金鋼及鑄鐵的種類、牌號、成分、組織、性能及應用；掌握鋁合金和銅合金的分類；了解鋁及鋁合金、銅及銅合金、新材料的性能特點及應用。重點：碳鋼、合金鋼及鑄鐵的種類、牌號、成分、組織、性能及應用。難點：合金元素在鋼中的作用；鑄鐵的石墨化及其影響因素。82、3合計64五、教學方法及手段本課程以課堂講授為主，采用啟發(fā)式、討論式教學和案例教學等教學手段完成課程教學任務和相關能力的培養(yǎng)。學生比較全面地理解化學成分、組織結構、性能和加工工藝之間的關系及變化規(guī)律等基礎知識，在掌握材料分析方法基礎上，具有運用理論知識解決和分析在材料成型過程中有關材料和熱處理問題的能力。六、課程資源1.推薦教材（1）趙品,謝輔洲,孫振國.材料科學基礎教程[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,2016.2.參考書（1）石德珂,王紅潔.材料科學基礎（第3版）[M].北京:機械工業(yè)出版社,2021.（2）胡賡祥,蔡珣,戎詠華.材料科學基礎（第3版）[M].上海:上海交通大學出版社,2010.（3）崔忠圻,覃耀春.金屬學與熱處理（第3版）[M].北京:機械工業(yè)出版社.2020.（4）潘金生,仝健民,田民波.材料科學基礎[M].北京:清華大學出版社.2011.3.期刊（1）張淑蘭,李紅,俆李軍,王昌.連續(xù)冷卻過程中微合金鋼鐵素體相變測量方法研究[J].材料導報,2018,32(5):419-422.（2）鄒芹,周鑫,李艷國,王明智.SiC復合材料的研究進展與展望[J].中南大學學報,2020,51(11):3220-3229.（3）P.Bajaj,A.Hariharan,A.Kini,P.Kürnsteiner,D.Raabe,E.A.Jagle.Steelsinadditivemanufacturing:Areviewoftheirmicrostructureandproperties[J].MaterialsScience&EngineeringA,2020,772:138633（4）王惠芬,楊碧琦,劉剛.航天器結構材料的應用現(xiàn)狀與未來展望[J].材料導報,2018,32(5):395-398.（5）王國棟.金屬材料先進熱處理裝備、工藝和產(chǎn)品研發(fā)[J].金屬熱處理,2016,41(1):1-7.（6）馬博文,余萬華,姚常桂.TRIP590鋼貝氏體區(qū)的等溫轉變規(guī)律[J].材料熱處理學報,2019,40(8):145-151.4.網(wǎng)絡資源（1）王紅潔等.材料科學基礎.慕課./course/XJTU-1207110815?tid=1207459224（2）趙杰等.材料科學基礎.慕課./course/DUT-1001944005?tid=1002047013（3）李鑄國等.材料科學基礎.慕課./course/SJTU-1205812802?tid=1206093210（4）蔣敏等.金屬學及熱處理.慕課./course/NEU-1206136814?tid=1206449225七、課程考核對課程目標的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構成，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關系見表3。表3課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細則課程目標123過程性考核課堂表現(xiàn)12（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?52課程作業(yè)12（1）主要考核學生對各章節(jié)知識點的復習、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?51章節(jié)測驗16（1）主要考核學生對各章節(jié)知識點的復習、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次章節(jié)測驗單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以章節(jié)測驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?81期末考核60（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核掌握晶體學的基礎知識、晶體結構、晶體缺陷、純金屬的結晶、二元相圖和三元相圖、固態(tài)相變、常見的熱處理方法，擴散定律、擴散機制及影響因素、金屬的塑性變形、強化機制、常見金屬材料等內容。（3）考試題型為：選擇題、填空題、判斷題、簡答題和分析題等。√√√27258合計：100分454312八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、課程作業(yè)、章節(jié)測驗、期末考試等方式對學生進行考核評價。考核基本要求：考核總成績由期末試卷成績和過程性考核成績組成。其中：期末試卷成績?yōu)?00分（權重60%），試題類型為填空題、選擇題、判斷題、簡答題和分析題等類型，試卷中基本知識、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，綜合應用題、分析題不低于50%；課堂表現(xiàn)、課程作業(yè)、章節(jié)測驗等過程性考核成績?yōu)?00分（權重40%）；過程性考核和考試試題分值分配應與教學大綱各章節(jié)的學時基本成比例。2.過程性考核成績的標準過程性考核方式重點考核內容、評價標準、所占比重見表4。表4過程性考核方式評價標準考核方式所占比重(%)100≥x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)30課堂出勤率很高，積極參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于90%。課堂出勤率較高，認真參與教學活動，回答問題準確率大于80%。課堂出勤率高，參與大部分教學活動，回答問題準確率大于70%。課堂出勤率一般，上課不夠認真，參與一部分