四川理工学院本科课程实施大纲参考格式-材料科学与工程学院

四川理工学院本科课程实施大纲参考格式-材料科学与工程学院内容摘要：

对教学的目标和结果进行适当的量化，科学地将定量与定性，结果与过程相结合从而全面地检验“教”与“学”的效果。 关注教学的策略 为了达到有效的教学，教学过程应采用适宜的策略。 教学 策略是对完成特定教学目标而采取的教学活动程序、方法、形式和媒体等因素的总体考虑。 怎样操作才能使教学取得更好的效果，这是教学策略所追求的目标。 在教学过程中，必须重视教学策略的使用。 例如：为了 提高学生对该们课程的兴趣，我们可以回避一味的讲解本课程 重要作用 ，而提出一个与生活密切相关的问题，让学生提出解决的方案；再与该课程中给出的方案相对比，让 学生自己体会建立在基本理论之上的方法的科学性和有效性，从而激发学生对该 课程的兴趣。 关注教学价值观 教学的过程应有自身的教学价值观。 教学的过程不应只是知识的传授，更应重 视培养学生的个体主动性。 个体主动性应表现为学生对自身的发展进行主动的思考、批判和选择，能自我策划过程和付诸实施。 当学生具有了对自身发展的主动性时，就具有了主动把握自己人生和命运的意识和能力。 个体主动性是实现生命价值，获取幸福人生的内在保证。 因此，培养学生的个体主动性是教育教学的最根本的任务。 2 2．课程介绍 课程的性质 《材料科学与基础》是是材料类专业的一门重要专业基础理论课程，是材料类专业的核心主干课程。 课程在学科专业结构中的地位、作用 《材料科学基础》其基础性强，适应面宽，在基础课与专业课之 间起着桥梁的作用，为金属材料工程、无机材料工程、材料腐蚀与防护、材料化学等专业的后续课程奠定必要的理论基础。 同时，该课程也是国内绝大多数高校，材料类硕士研究生入学考试的必考专业课之一，该课程在材料类专业课程中具有非常重要的作用。 课程的前沿及发展趋势 目前，随着科学技术的飞速发展，材料科学得到了迅猛的提高；许多新材料、新工艺层出不穷。 如纳米材料出现和发展带给科学和日常生活巨大的进步： 纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用 ；纳米材料做成的存储设备可以实现存储容量较 现有硬盘成千倍的增长；纳米金属涂层可以成倍提高材料的耐磨性 …… 总的来看，材料科学的发展呈现从单一材料向复合材料转变、从单一功能向复合功能转变、从宏观尺度向微观尺度深入、从以实验研究为主转变到计算机辅助理论模拟计算与实验相结合。 学习本课程的必要性 材料科学 基础作为 材料类专业学生 的一门重要的专业基础课，其任务是引导学生进入纷繁多彩的材料世界，领略材料和材料科学的无穷奥秘。 通过本课程的学习，使学生掌握材料科学中基础和共性的知识，为后续专业课的学习，以及为毕业后从事材料工程的实际工作、材料科学研究和新材料的 开发打下理论基础。 3．教师简介 教师的职称、学历 罗昌森 男 教授 学 士 3 教育背景 罗昌森  ， 武汉理工大学 金属 材料 及热处理 专业，本科学习；  ， 四川理工学院 材料科学与工程 学院 ，教师。 邮 箱： 联系电话： 13990056562 研究兴趣 罗昌森 ： 主要从事 金属材料相变及性能检测。 4．先修课程 以 高等数学、大学物理、物理化学、等课程为先修课程。 5．课程目标 完成课程后 ，学生应该能够： （ 1）了解材料科学的发展历史和现状以及材料科学对于社会进步的重要作用； （ 2）掌握材料的内部原子排列的方式以及典型的晶体结构； （ 3）能从材料的结构分析其所具有的基本性能； （ 4）对于晶体的缺陷有一定的认识，掌握其对材料性能的影响； （ 5）能利用二元相图分析材料的相转变过程； （ 6）能分析材料凝固时晶核的形成与长大过程； （ 7）对材料的变形与断裂的基本理论有一定的认识，掌握变形与断裂的微观机制； （ 8）了解金属、陶瓷、高分子材料的基本制备和加工方法； （ 9）建立学习的“主动性”，培养“实事 求是”的科学态度。 6．课程内容 课程的内容概要 材料科学基础主要包括：材料多尺度结构（电子结构、晶体结构、纳米结构、微结构）的基本知识，材料“成分－结构－制备－性能”之间的“四面体”关系，相图的基本理论，材料在制备和服役过程（凝固、沉积、固态相变、服役等）中微结构形成和演变的一般规律等内容。 教学重点、难点 《材料科学 基础》 课程概念多，基本理论多，很多概念抽象难懂。 课程的教学重点 4 主要是典型的晶体结构、材料的结构与性能之间的关系、固态相变理论、金属变形与断裂的机制；难点主要在于复杂相图的分析及位 错相关理论。 学时安排 本课程共 64 学时， 习题课 2 学时， 期中考试占用 2 学时， 具体安排如下： 材料科学基础部分（ 理论教学 60学时） 导论 2学时 第一章 材料结构的基本知识 4学时 第一节 原子结构 第二节 原子结构键 第三节 原子排列方式 第二章 材料中的晶体结构 6学时 第一节 晶体学基础 第二节 纯金属的晶体结构 第三节 离子晶体的结构 第四节 共价晶体的结构 第四章 晶体缺陷 6学时 第一节 点缺陷 第二节 位错的基本概念 第三节 位错的能量及交互作用 第四节 晶体中的界面 第六章 材料的凝固与气相沉积 8学时 第一节 材料凝固时晶核的形成 第二节 材料凝固时晶体的生长 第三节 固溶体合金的凝固 第四节 共晶合金的凝固 第五章 材料的相结构及相图 12学时 第一节 材料的相结构 第二节 二元相图及其类型 第三 节 复杂相图分析 第七章 扩散与固态相变 4学时 第一节 扩散定律及其应用 第二节 扩散机制 第八章 材料的变形与断裂 18学时 第一节 金属变形概述 5 第二节 金属的弹性变形 第三节 滑移与孪晶变形 第四节 单晶体的塑性变形 第五节 多晶体的塑性变形 第六节 纯金属的变形强化 第七节 合金的变形与强化 第八节 冷变形金属的组织与性能 第九节 金属的断裂 第十节 冷变形金属的回复阶段 第十一节 冷变形金属的再 结晶 第十二节 金属的热变形、蠕变和超塑性 6 教学单元一 教学日期 第 1 周（第一次课） 教学目标 建立材料和材料科学 学科的基本概念，了解本课程的主要内容、要求和学习方法。 教学内容（含重点、难点） 内容 ： 导论 重点： 材料的分类及各种材料的主要特点 教学过程 金属材料 无机非金属材料 高分子材料 复合材料 特点 ：概念术语及涉及相关学科多，知识抽象难于理解 学习方法 ：理论联系实际，善于总结归纳； 通过参考书和网络资源，博览相关知识 教学方法 课堂讲授 和提问 作业安排及课后反思 作业： 材料科学 材料工程 7 阅读《材料工程基础》教材中 第一章 金属材料的制备－冶金 的相关内容，写出读书笔记并做出 PPT 课件。 读书笔记于第 3 周上交，并抽一定数量同学在课堂上讲解 PPT内容，进行课堂讨论。 思考： 请思考材料的主要分类方法和各自特点 课前准备情况及其他相关特殊要求 要求阅读《材料科学基础》教材导论部分内容，并回答如下问题 ： 1. 材料科学在人类发展的历史上有什么重要作用。 2. 什么是材料科学。 8 教学单元二 教学日期 第 1 周 （第二次课） 教学目标 理解材料中原子的电子状态对材料性能和行为的决定性作用，掌握原子间的相互作用形式、原子间距和空间排列对材料性能的影响 教学内容（含重点、难点） 材料结构的基本知识 重点： 原子之间的不同结合键 难点： 理解不同结合键形成的机理及其对材料性质的影响 教学过程 原子的 壳层结构 壳层中的电子能级 相互作用 基本键合 （ 1） 离子键 思考： 电子排布的基本原理 正负离子吸引成键 9 （ 2） 金属键 （ 3） 共价键合 （ 1）范德华键 共用电子对 成键 正离子与自由电子相互吸引 成键 电偶极矩相互吸引 成键 思考： 电 偶极矩产生的原因 10 （ 2）氢键 (1)一次键混合 （ 2）一次键与二次键混合 结合键的本质及结合能 （ 1）本质：反映原子或分子之间相互作用能降低的程度 （ 2）原子间互作用力和结合能 结合键与性能的关系 （ 1）物理性能 （ 2）力学性能 教学方法 课堂讲授和提问 作业安排及课后反思 作业： 思考不同的结合键对材料性质 的影响 课前准备情况及其他相关特殊要求 要求阅读《材料科学基础》教材第一章内容，并回答如下问题：。 结合键和材料的性能有什么样的关系。 含氢分子与另一具有较强电负性分子通过氢离子成键 思考： 材料的密度、熔点等物理性能随结合键的不同如何变化 11 教学单元三 教学日期 第 2 周（第三次课） 教学目标 了解晶体学的基础知识，掌握晶向指数、晶面指数的标定方法 教学内容（含重点、难点） 内容 ： 材料中的晶体结构 —— 晶体学基础 重点： 晶向指数和晶面指数的标定 难点： 六方晶系晶向、晶面指数的标定 教 学过程 空间点阵：抽象出的空间模型 晶胞：构成晶格的最小单元 布拉菲点阵 七大晶系 布拉菲点阵（ 14 种） （ 1）晶向指数的标定 （ 2）晶面指数的标定 （ 3）六方晶系的晶向和晶面指数 思考： 如何选取一个晶胞。 其应该遵循哪些原则 ? 思考： 为什么只有 14 种。 思考： 六方晶系为什么不使用miller 指数。 12 ：相邻两个平行晶面之间的距离 计算公式（掌握 立方晶系 ） 晶带：平行于同一晶向的所有晶面 晶带定理 教学方法 课堂讲授和提问 作业安排及课后反思 作业： 阅读《材料工程基础》教材中 第二章 铸造 的 相关内容，写出读书笔记并做出 PPT课件。 读书笔记于第 8 周上交，并抽一定数量同学在课堂上讲解 PPT 内容，进行课堂讨论。 思考： 课前准备情况及其他相关特殊要求 要求阅读《材料科学基础》教材第二章第一节内容，并回答如下问题： ，阵点代表什么。 思考： 如何利用晶带定理判定两个晶面属于同一个晶带。 13 教学单元四 教学日期 第 2 周，第 3 周 （ 第四次，第五次课 ） 教学目标 掌握 纯金属的常见的三种晶体结构， 理解用于描述它们的参数 教学内容（含重点、难点） 内容 ： 纯金属的晶体结构 重点： 体心立方、面心立方、密排六方 难点： 理解晶体中原子的堆垛方式 教学过程 致密度 ： 晶体结构中单位体积中原子所占的体积 配位数： 每个原子的最近邻等距原子数目 原子最密排面和最密排方向 一个晶胞中的原子数 间隙：相互接触的最近邻原子间的空隙 原子最密排面和最密排方向 思考： 请根据前面的定义思考面心立方的 原子最密排面和最密排方向 是什么，它的配位数，间隙，致密度应该如何计算。 思考： 各自的定义和 计算方法 14 3. 体心立方结构 （ 1）面心立方（ ABCABCABC…..） 思考： 请根据前面的定义思考体心立方的 原子最密排面和最密排方向 是什么，它的配位数，间隙，致密度应该如何计算。 思考： 请根据前面的定义思考密排六方的 原子最密排面和最密排方 向 是什么，它的配位数，间隙，致密度应该如何计算。 15 （ 1）密排六方（ ABABAB…..） ：某些晶体在不同的条件 (温度、。