《材料科學(xué)和力學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱

《材料科學(xué)和力學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)大綱課程編號(hào)：11220055英文名稱：FundamentalsandMechanicsofMaterials學(xué)分：3.5學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)56學(xué)時(shí)，其中理論56學(xué)時(shí)先修課程：大學(xué)物理、高分子導(dǎo)論課程類別：專業(yè)基礎(chǔ)課程（必修）授課對(duì)象：高分子材料與工程專業(yè)學(xué)生教學(xué)單位：化學(xué)化工學(xué)院修讀學(xué)期：第3學(xué)期一、課程描述和目標(biāo)《材料科學(xué)與力學(xué)基礎(chǔ)》是高分子材料與工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其任務(wù)是使學(xué)生能夠系統(tǒng)、全面地掌握材料的結(jié)合鍵、材料的晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)缺陷、材料的相結(jié)構(gòu)與相圖、材料的凝固、材料中的擴(kuò)散、材料的塑性變形與強(qiáng)化、材料的亞穩(wěn)態(tài)等，以及不同材料在各種外加作用力下的力學(xué)性能表現(xiàn)，比較了金屬材料、聚合物材料、陶瓷材料和復(fù)合材料的力學(xué)性能的不同。除了掌握材料力學(xué)特點(diǎn)的普適規(guī)律外，需要重點(diǎn)掌握聚合物不同于其他材料的特殊力學(xué)性能。本課程著眼于材料基本問(wèn)題，從金屬材料的基本理論出發(fā)，將高分子聚合材料、陶瓷材料、復(fù)合材料等結(jié)合在一起，使學(xué)生能把握材料的共性，熟悉材料的個(gè)性。該課程也為學(xué)生的后續(xù)課程提供理論基礎(chǔ)。本課程擬達(dá)到的目標(biāo):課程目標(biāo)1：在專業(yè)知識(shí)方面，掌握材料的成分、組成結(jié)構(gòu)、制備工藝和性能之間的相互關(guān)系，晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷等概念，以及不同材料的力學(xué)性能的內(nèi)在本質(zhì)，掌握不同材料力學(xué)性能的差異，了解材料的發(fā)展史、材料科學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容；課程目標(biāo)2：在專業(yè)能力方面，能夠綜合運(yùn)用材料科學(xué)和力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，分析與理解生活中碰到的材料科學(xué)與力學(xué)相關(guān)實(shí)際問(wèn)題；為今后進(jìn)入高分子物理、高分子材料等學(xué)科方向的實(shí)踐工作或研究生深造奠定較好的知識(shí)基礎(chǔ)。課程目標(biāo)3：在素質(zhì)發(fā)展方面，養(yǎng)成團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，培養(yǎng)有效的溝通交流能力，養(yǎng)成遵守職業(yè)規(guī)范的習(xí)慣，并能正確認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)新技術(shù)、新工藝、新材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用對(duì)于客觀世界和社會(huì)的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。二、課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)權(quán)重1-1.能將數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程科學(xué)的語(yǔ)言工具用于材料科學(xué)與工程問(wèn)題的表述。課程目標(biāo)1H1-2.能針對(duì)材料生產(chǎn)與加工領(lǐng)域等問(wèn)題建立數(shù)學(xué)模型并求解。課程目標(biāo)2M6-1.熟悉與材料工程相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、產(chǎn)業(yè)政策和法律法規(guī)。課程目標(biāo)3H三、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配序號(hào)教學(xué)內(nèi)容基本要求及重、難點(diǎn)（含德育要求）學(xué)時(shí)教學(xué)方式對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1緒論了解材料的發(fā)展史、材料科學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容以及學(xué)習(xí)本課程的目的意義和要求。重、難點(diǎn)：材料的發(fā)展史、材料科學(xué)的研究對(duì)象。德育元素：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和人文精神。1集中講授課程目標(biāo)1、22原子結(jié)構(gòu)和鍵合熟悉原子的結(jié)構(gòu)、元素周期表，以及原子之間的鍵合方式，如金屬鍵、離子鍵、共價(jià)鍵等。掌握高分子鏈的近程結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)：原子結(jié)構(gòu)、元素周期表和原子間的鍵合方式。難點(diǎn)：高分子鏈的近程結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)。德育元素：養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，獨(dú)立完成作業(yè)。3集中講授課程目標(biāo)13固體結(jié)構(gòu)熟悉空間點(diǎn)陣、晶胞、晶向指數(shù)、晶面指數(shù)等概念，掌握金屬晶體、離子晶體及聚合物晶體結(jié)構(gòu)的不同，以及液晶態(tài)與非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。了解金屬的晶體結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)：空間點(diǎn)陣、晶胞、晶向指數(shù)、晶面指數(shù)等。難點(diǎn)：金屬晶體、離子晶體及聚合物晶體結(jié)構(gòu)的不同。德育元素：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。4集中講授課程目標(biāo)1、24晶體缺陷熟悉點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷的幾何特征，了解晶體缺陷對(duì)分析研究結(jié)構(gòu)敏感性能的變化規(guī)律、相變、擴(kuò)散、塑性變形、再結(jié)晶等現(xiàn)象中的重要性。掌握位錯(cuò)的概念及性質(zhì)。重點(diǎn)：點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷的幾何特征。難點(diǎn)：位錯(cuò)的概念及性質(zhì)。德育元素：養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，獨(dú)立完成作業(yè)。3集中講授課程目標(biāo)1、2、35固體中原子及分子的運(yùn)動(dòng)掌握擴(kuò)散機(jī)理及擴(kuò)散方程，擴(kuò)散的熱力學(xué)分析及原子機(jī)制，影響擴(kuò)散的因素，熟悉高分子的分子運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以及不同類型高分子的力學(xué)狀態(tài)。了解離子晶體與金屬晶體在擴(kuò)散方面的異同。重點(diǎn)：擴(kuò)散機(jī)理及擴(kuò)散方程，擴(kuò)散的熱力學(xué)分析及原子機(jī)制，影響擴(kuò)散的因素。難點(diǎn)：高分子的分子運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。德育元素：養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，獨(dú)立完成作業(yè)。6集中講授課程目標(biāo)1、26材料的形變與再結(jié)晶掌握材料在外力作用下的塑性變形過(guò)程、機(jī)理、組織結(jié)構(gòu)與性能的影響規(guī)律以及變形材料在加熱過(guò)程中產(chǎn)生回復(fù)再結(jié)晶現(xiàn)象的具體機(jī)制。學(xué)會(huì)利用材料的性質(zhì)，選取合理的加工工藝、使用方法等。重點(diǎn)：塑性變形過(guò)程、機(jī)理、組織結(jié)構(gòu)與性能的影響規(guī)律。難點(diǎn)：變形材料在加熱過(guò)程中產(chǎn)生回復(fù)再結(jié)晶現(xiàn)象的具體機(jī)制。德育元素：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，提升學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。5集中講授課程目標(biāo)1、27單組元相圖及純晶體的凝固熟悉單元系相變的熱力學(xué)及平衡、純晶體的凝固機(jī)制，包括形核方式、晶體長(zhǎng)大、結(jié)晶動(dòng)力學(xué)等。掌握高分子的結(jié)晶特征。重點(diǎn)：?jiǎn)卧迪嘧兊臒崃W(xué)及平衡、純晶體的凝固機(jī)制。難點(diǎn)：高分子的結(jié)晶特征。德育元素：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，提升學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。4集中講授課程目標(biāo)1、2、38二元系相圖及合金的凝固熟悉相圖的表示和實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法、相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ)，學(xué)會(huì)采用二元相圖結(jié)合凝固理論，來(lái)對(duì)材料的成分、制備工藝、性能等進(jìn)行一定的分析。掌握高分子合金的制備方法、形態(tài)結(jié)構(gòu)和主要類型。重點(diǎn)：相圖的表示和實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法、相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ)。難點(diǎn)：高分子合金的制備方法、形態(tài)結(jié)構(gòu)和主要類型。德育元素：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，提升學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。3集中講授、小組討論課程目標(biāo)1、2、39三元相圖了解三元相圖的表示方法、空間模型和基本特點(diǎn)等，學(xué)會(huì)分析簡(jiǎn)單的三元相圖。重點(diǎn)：三元相圖的表示方法、空間模型和基本特點(diǎn)。難點(diǎn)：分析簡(jiǎn)單的三元相圖。德育元素：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。1集中講授、小組討論課程目標(biāo)1、2、310材料的亞穩(wěn)態(tài)熟悉納米晶材料、準(zhǔn)晶態(tài)和非晶材料等的主要特點(diǎn)及形成機(jī)制。了解固態(tài)相變形成亞穩(wěn)態(tài)材料的轉(zhuǎn)變機(jī)制。重點(diǎn)：納米晶材料、準(zhǔn)晶態(tài)和非晶材料等的主要特點(diǎn)。難點(diǎn)：納米晶材料、準(zhǔn)晶態(tài)和非晶材料等的形成機(jī)制。德育元素：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。2集中講授、小組討論課程目標(biāo)1、2、311材料在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能掌握廣義彈性變形、胡克定律、塑性變形等的基本概念，以及聚合物材料的變形過(guò)程和變形機(jī)制。了解頸縮現(xiàn)象、頸縮判據(jù)，金屬材料斷裂的基本規(guī)律和原理。重點(diǎn)：廣義彈性變形、胡克定律、塑性變形。難點(diǎn)：聚合物材料的變形過(guò)程和變形機(jī)制。德育元素：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。5集中講授課程目標(biāo)112材料在其他靜載荷下的力學(xué)性能掌握材料在壓縮、彎曲和扭轉(zhuǎn)下的形變特點(diǎn)，材料硬度的概念和分類。了解缺口式樣在靜載荷下的力學(xué)性能。重點(diǎn)：材料在壓縮、彎曲和扭轉(zhuǎn)下的形變特點(diǎn)。難點(diǎn)：材料硬度的概念和分類。德育元素：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。4集中講授課程目標(biāo)1、213材料在沖擊載荷下的力學(xué)性能掌握材料在沖擊載荷下的變形與變形的特點(diǎn)，材料的沖擊彎曲和沖擊韌性，熟悉缺口沖擊實(shí)驗(yàn)方法和具體應(yīng)用。了解材料的低溫脆性現(xiàn)象。重點(diǎn)：材料在沖擊載荷下的變形與變形的特點(diǎn)，材料的沖擊彎曲和沖擊韌性。難點(diǎn)：缺口沖擊實(shí)驗(yàn)方法和具體應(yīng)用。德育元素：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。2集中講授課程目標(biāo)1、2、314材料的斷裂韌性掌握斷裂韌性的概念和判據(jù)，三種斷裂類型，以及影響斷裂韌性的因素。了解斷裂韌性的表征方法和陶瓷材料的斷裂韌性與增韌途徑。重點(diǎn)：斷裂韌性的概念和判據(jù)，三種斷裂類型。難點(diǎn)：影響斷裂韌性的因素。德育元素：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。2集中講授課程目標(biāo)1、215材料在變動(dòng)載荷下的力學(xué)性能掌握材料的疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)、疲勞的過(guò)程及機(jī)理、疲勞裂紋擴(kuò)展現(xiàn)象，重點(diǎn)掌握聚合物的疲勞現(xiàn)象及機(jī)理。了解金屬及陶瓷材料的疲勞特性。重點(diǎn)：材料的疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)、疲勞的過(guò)程及機(jī)理、疲勞裂紋擴(kuò)展現(xiàn)象。難點(diǎn)：聚合物的疲勞現(xiàn)象及機(jī)理。德育元素：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。3集中講授課程目標(biāo)1、216材料在環(huán)境條件下的力學(xué)性能掌握應(yīng)力腐蝕斷裂、氫脆和腐蝕疲勞的基本概念及這些現(xiàn)象的特點(diǎn)和機(jī)理。了解防止材料出現(xiàn)上述現(xiàn)象的措施。重點(diǎn)：應(yīng)力腐蝕斷裂、氫脆和腐蝕疲勞的基本概念。難點(diǎn)：應(yīng)力腐蝕斷裂、氫脆和腐蝕疲勞的機(jī)理。德育元素：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。2集中講授課程目標(biāo)1、2、317材料在高溫條件下的力學(xué)性能掌握材料在高溫下力學(xué)性能的特點(diǎn)，溫度對(duì)聚合物力學(xué)性能的影響，聚合物的粘彈性和蠕變的具體概念和產(chǎn)生過(guò)程。了解金屬和陶瓷材料在高溫下的力學(xué)現(xiàn)象。重點(diǎn)：材料在高溫下力學(xué)性能的特點(diǎn)。難點(diǎn)：溫度對(duì)聚合物力學(xué)性能的影響，聚合物的粘彈性和蠕變的具體概念和產(chǎn)生過(guò)程。德育元素：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。4集中講授、小組討論課程目標(biāo)1、2、318材料的摩擦與磨損性能掌握摩擦與磨損的基本概念及幾種磨損模型。了解材料磨損性能的評(píng)定和檢測(cè)方法，以及材料摩擦磨損的控制措施。重點(diǎn)：摩擦與磨損的基本概念及幾種磨損模型。難點(diǎn)：材料摩擦磨損的控制措施。德育元素：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。2集中講授、小組討論課程目標(biāo)1、2、3合計(jì)56四、課程教學(xué)方法課堂集中講授、課堂討論和課后研討等五、學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)和課程考核（一）考核方式及具體要求1.課程成績(jī)構(gòu)成與要求課程考核注重形成性和終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合，考核內(nèi)容主要由平時(shí)作業(yè)和期末考核組成，均按百分制計(jì)分，其中期末考核成績(jī)占60%、平時(shí)作業(yè)成績(jī)占40%。2.課程目標(biāo)達(dá)成考核與評(píng)價(jià)序號(hào)教學(xué)環(huán)節(jié)課程目標(biāo)1（分值）課程目標(biāo)2（分值）課程目標(biāo)3（分值）合計(jì)1平時(shí)作業(yè)201010402期末考試20202060課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)分值403030100（二）考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)1.平時(shí)成績(jī)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值觀測(cè)點(diǎn)90-100分70-89分60-69分0-59分平時(shí)作業(yè)按時(shí)完成，90%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握到位。能夠利用理論知識(shí)識(shí)別、分析材料科學(xué)與力學(xué)領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)問(wèn)題。按時(shí)完成，70%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握較到位。能夠較好利用理論知識(shí)識(shí)別、分析材料科學(xué)與力學(xué)領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)問(wèn)題。延時(shí)完成，60%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握基本到位。利用理論知識(shí)對(duì)材料科學(xué)與力學(xué)領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)問(wèn)題有一定的識(shí)別、分析。不交和補(bǔ)交，50%以下的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握有偏差。不能利用理論知識(shí)對(duì)材料科學(xué)與力學(xué)領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)問(wèn)題進(jìn)行識(shí)別、分析。2.期末試卷考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)課程目標(biāo)及教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)期末考核試題，綜合檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)課程相關(guān)知識(shí)的掌握、綜合應(yīng)用及解決復(fù)雜問(wèn)題的能力，根據(jù)考試題目設(shè)計(jì)相應(yīng)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。六、教材與參考書(shū)（