《材料科學基礎》課程教學大綱一、課程基本情況課程代碼：1011139001課程名稱（中/英文）：材料科學基礎/FundamentalsofMaterialsScience課程類別：專業必修課學分：4.5總學時：72理論學時：60實驗/實踐學時：12適用專業：無機非金屬材料工程適用對象：本科先修課程：高等數學、大學物理、工程化學、物理化學。教學環境：線下或混合式教學開課學院：材料科學與工程學院二、課程簡介1.課程任務與目的《材料科學基礎》是從無機材料領域內的各種材料制品的工藝技術實踐中總結出來的共性規律而形成的一門課程，是無機非金屬材料工程專業的重要基礎理論課。本課程把基礎科學理論，特別是物理化學、結晶化學中的基本理論，具體應用到無機材料的制備工藝和性能研究中，用理論來闡明無機材料形成過程的本質，闡述如何應用基礎理論在分析解決實際生產問題，為生產、研究和開發新材料提供理論依據。在本課程緒論環節，導入了自改革開放以來中國在建筑材料領域的研究及生產成果，激發學生道路自信，提高學生投入建材行業一線建功立業的熱情。2.對接培養的崗位能力通過本課程的學習，使學生掌握無機材料結構特點、了解組成、結構、制備及性能之間的關系；了解無機材料組成、結構、制備及性能之間的關系；掌握分析相圖的基本方法和規律；了解無機材料專業相圖以及在生產中的應用；掌握無機材料生產制備過程中物理化學變化過程的速度、機理以及影響因素。使學生能用理論來闡明無機材料形成過程的本質，掌握應用理論來解決生產實際問題的方法，為今后從事無機材料生產和新材料研究、開發提供堅實的理論基礎。通過本課程實驗，使學生加深對理論教學內容的理解，掌握無機材料性能測定的基本原理和基本方法，著重培養學生分析、解決實際問題和獨立思考的能力，并使學生科學研究能力得到一定的訓練。三、課程教學目標通過本課程的學習，學生掌握無機非金屬材料的結構與性能的關系，了解硅酸鹽材料的形成過程中發生的變化，從而掌握生產工藝過程中應控制的主要因素等。學習本課程后，應達到畢業要求1、2、4、12。教學目標1：能夠解釋晶體結構與缺陷、非晶體結構、相平衡、擴散等相關的基本概念、和主要特征，并能夠利用這些知識去分析、表達無機非金屬材料工程領域復雜工程問題。支撐畢業要求指標點1.3。教學目標2：能夠以無機非金屬材料工程問題為導向，從材料的晶體結構、相平衡、固體表面與界面、相變、擴散、固相反應和燒結等基本理論角度進行分析，從而解決材料生產、加工及服役過程中相關的復雜工程問題。支撐畢業要求指標點1.4。教學目標3：能夠表示無機非金屬材料的晶體學信息，描述材料的性能及生產加工過程，并能運用相關數學公式和定律，分析表達無機非金屬材料的生產過程中的擴散、相變、固相反應、燒結等工程問題。支撐畢業要求指標點2.1。教學目標4：能夠應用固體表面與界面、相平衡等相關的基本理論，分析、解讀無機非金屬材料生產加工過程的影響因素，識別與判斷影響無機非金屬材料質量的關鍵環節和參數。支撐畢業要求指標點2.2。教學目標5：能夠依據無機非金屬材料高溫過程的物理、化學變化等基本原理，對材料的組成、結構，物相、性能以及相互關系進行識別表達和分析，能夠判斷無機非金屬材料生產加工過程的復雜問題及其合理性，并獲得有效結論。支撐畢業要求指標點2.3。教學目標6：能夠采用正確的分析方法識別無機非金屬材料的組織與缺陷，鑒別材料的物理、化學性質，從而判斷影響產品質量的主要因素。支撐畢業要求指標點4.1。教學目標7：能夠利用材料科學基礎的基本知識及原理，結合無機非金屬材料新工藝、新技術的研發現狀，通過查閱資料，對研究數據進行分析，得到合理有效的結論。支撐畢業要求指標點4.2。教學目標8：通過查閱文獻、案例分析、課堂討論及匯報等形式，及時了解無機非金屬材料國內外研究現狀及發展趨勢，在學習和工作中能應用材料科學基礎基本原理和方法，發現與解決實際問題。支撐畢業要求指標點12.2。四、教學課時安排（一）學時分配主題或知識點教學內容總學時學時完成課程教學目標講課實驗實踐主題1無機材料概論22008主題2晶體結構1212001、2、6主題3晶體結構缺陷66001、2、6主題4非晶態結構與性質66001、5主題5固體表面與界面66002、4、7主題6相平衡和相圖1111001、2、4、7主題7固體中的擴散55001、2、3、5主題8固相反應44002、3、5主題9相變過程44002、3、5主題10燒結過程44002、3、5合計6060（二）實踐教學安排序號實驗/實踐項目名稱實驗/實踐學時實驗/實類型實驗/實要求每組人數備注1晶體結構原子模型的堆垛與分析2綜合性必做22差熱分析2綜合性必做23熱重分析4綜合性必做24淬冷法研究相平衡4綜合性必做2五、教學內容及教學設計主題1無機材料概論1.教學內容無機材料的分類，無機材料的特點，無機材料組成、結構、性能、工藝及其與環境的關系，無機材料的選用原則，無機材料的地位與作用，無機材料的研究與發展。.2.教學重點無機材料的分類，無機材料組成、結構、性能、工藝及其與環境的關系。3.教學難點無機材料組成、結構、性能、工藝及其與環境的關系。4.教學方案設計（含教學方法、教學手段）課堂講授與線上自學相結合，在課堂講授過程中引入中國傳統建材在世界領先的地位，增加學生愛國主義情感。主題2晶體結構1.教學內容結晶學基礎，晶體化學基本原理，非金屬單質晶體結構，無機化合物晶體結構，硅酸鹽晶體結構。2.教學重點結晶學指數，晶體中質點的堆積，氯化鈉型結構，閃鋅礦型結構，螢石型（反螢石型）結構，鈣鈦礦型結構，鮑林規則，硅酸鹽晶體結構。3.教學難點結晶學指數，晶體中質點的堆積，氯化鈉型結構，閃鋅礦型結構，螢石型（反螢石型）結構，鈣鈦礦型結構，鮑林規則，硅酸鹽晶體結構。4.教學方案設計（含教學方法、教學手段）課堂講授與線上自學相結合，采用分組討論、啟發式教學方法，在知識講授的過程中，用晶體化學基本原理引出法律法規，增強學生的規矩意識。主題3晶體結構缺陷1.教學內容晶體結構缺陷類型，點缺陷，固溶體，非化學計量化合物，刃位錯和螺位錯。2.教學重點熱缺陷的基本類型，熱缺陷形成反應式的寫法，熱缺陷平衡濃度的計算，固溶體形成反應式及化學式的寫法，固溶體缺陷濃度的計算，非化學計量化合物形成反應式的寫法，缺陷濃度與氧分壓的關系，刃型位錯。3.教學難點熱缺陷形成反應式的寫法，熱缺陷平衡濃度的計算，固溶體形成反應式及化學式的寫法，固溶體缺陷濃度的計算，非化學計量化合物形成反應式的寫法，缺陷濃度與氧分壓的關系，刃型位錯。4.教學方案設計（含教學方法、教學手段）課堂講授與線上自學相結合，采用問題討論式、啟發式教學方法，在知識講授的過程中，由缺陷形成的意義，引出“缺陷產生美，金無足赤，人無完人”，團隊協作要包容他人的缺點。主題4非晶態結構與性質1.教學內容熔體結構，熔體性質，玻璃的四個通性，玻璃形成的動力學條件和形成玻璃的結晶化學條件，玻璃結構的主要學說：晶子假說和無規則網絡假說，硅酸鹽玻璃和硼酸鹽玻璃結構與性質，玻璃的結構參數。2.教學重點硅酸鹽熔體的聚合物理論，黏度的定義，硅酸鹽熔體的黏度與溫度的一般關系，化學組成對硅酸鹽熔體黏度的影響，晶子學說，無規則網絡學說，氧硅比對玻璃結構的影響，玻璃結構參數及相應計算，玻璃形成的熱力學條件，動力學條件，結晶化學條件，玻璃的轉變溫度與冷卻速率的關系。3.教學難點硅酸鹽熔體的聚合物理論，玻璃結構參數及相應計算，玻璃形成的熱力學條件，動力學條件，玻璃的轉變溫度與冷卻速率的關系。4.教學方案設計（含教學方法、教學手段）課堂講授與線上自學相結合，采用問題討論式、啟發式教學方法，在知識講授的過程中，引出外加劑的重要性，引導學生要能聽取不同的聲音，包容他人。主題5固體表面與界面1.教學內容固體表面力場與表面能，離子晶體在表面力場作用下，離子的極化與重排過程，彎曲表面效應，濕潤與粘附，表面的改性，多晶材料中的晶界分類，多晶體的組織，晶界應力，粘土膠粒帶電與水化等一系列由表面效應而引起的膠體化學性質如泥漿的流動性和觸變性，泥團的可塑性等。2.教學重點固體表面力場，離子晶體表面雙電層的形成，潤濕的度量，潤濕的類型，表面粗糙度對潤濕的影響，彎曲表面效應，粘土的離子吸附與交換，泥漿的流動性和觸變性，泥團的可塑性等。3.教學難點離子晶體表面雙電層的形成，表面粗糙度對潤濕的影響，粘土的離子吸附與交換，泥漿的流動性和觸變性，泥團的可塑性等。4.教學方案設計（含教學方法、教學手段）課堂講授與線上自學相結合，采用問題討論式、啟發式教學方法，由黏土-水系統的觸變性知識，闡述紅軍長征過草地時陷入沼澤的原因，與學生共同緬懷革命烈士。主題6相平衡和相圖1.教學內容硅酸鹽系統相圖的基本特點，單元系統相圖，二元系統相圖，三元系統相圖。2.教學重點三元系統相圖分析。3.教學難點三元系統相圖分析。4.教學方案設計（含教學方法、教學手段）課堂講授與線上自學相結合，采用問題討論式、啟發式教學方法，在專業相圖講授的過程中，引導學生合理的選擇無機非金屬材料生產過程中的配料及熱工制度，讓學生在材料生產工藝中考慮到社會、安全、法律與環境因素。主題7固體中的擴散1.教學內容擴散現象的宏觀規律——菲克第一、第二定律，描述擴散物質的濃度分布與距離、時間的關系，擴散微觀機制，即擴散過程中原子遷移的方式，擴散系數，影響擴散系數的因素。2.教學重點菲克第一定律、菲克第二定律及其應用；擴散的微觀機構，擴散系數。3.教學難點菲克第一定律、菲克第二定律及其應用；擴散的微觀機構，擴散系數。4.教學方案設計（含教學方法、教學手段）課堂講授與線上自學相結合，采用啟發式、誘導式教學方法，在知識講授的過程中，用擴散產生的原因，激發學生活力。主題8固相反應1.教學內容固相反應的分類與特征，固相反應動力學，影響固相反應得因素。2.教學重點固相反應特征，固相反應一般動力學關系，化學動力學范圍，擴散動力學范圍。3.教學難點固相反應一般動力學關系，化學動力學范圍，擴散動力學范圍。4.教學方案設計（含教學方法、教學手段）課堂講授與線上自學相結合，采用啟發式、誘導式教學方法，在知識講授的過程中，用固相反應歷程，闡述人與人交流的重要性，從而激發學生的交流欲望。主題9相變過程1.教學內容相變的分類，液-固相變過程熱力學，液-固相變過程動力學。2.教學重點相變的熱力學分類方法，相變過程的溫度、壓力和濃度條件，晶核形成條件，晶核形成過程動力學，晶核生長過程動力學。3.教學難點晶核形成條件，晶核形成過程動力學，晶核生長過程動力學。4.教學方案設計（含教學方法、教學手段）課堂講授與線上自學相結合，采用啟發式、誘導式教學方法，在知識講授的過程中，用晶核形成的知識來闡述外加劑的重要性，引導學生要能聽取不同的聲音，包容他人。主題10燒結過程1.教學內容燒結定義，推動力和基本模型，在純固態和有液相參與的燒結過程中，四種基本的傳質產生的原因、條件、特點和動力學方程，燒結過程中晶粒生長，二次再結晶的控制，影響燒結的因素。2.教學重點燒結過程的推動力和各種傳質過程特點；各種傳質產生的原因、條件和動力學方程。3.教學難點燒結過程各種傳質過程特點；各種傳質產生的原因、條件和動力學方程。4.教學方案設計（含教學方法、教學手段）課堂講授與線上自學相結合，采用啟發式、誘導式教學方法，在知識講授的過程中，用高溫下燒結過程來引導學生進一步理解千錘百煉、淬火成金的成長歷程。六、學生成績評定1.成績評定方法本課程理論教學考核方式采用期末閉卷考試，考試采用百分制。平時成績和實驗成績采用五級分制，本課程成績考核評定辦法為：平時成績占45%，其中出勤、作業與課堂表現共20％，實驗15%，階段測驗10%；期末考試占55%。學生成績評定表考核方式平時成績期中考試期末考試出勤作業課堂表現階段測驗答辯項目小論文其他√√√實驗成績比例%1010101555其中平時成績評定標準如下表所示。平時成績評定及考核標準考核環節考核結果及標準評估項目及權重優秀(90~100分)良好(80~90分)中等(70~80分)及格(60~70分)不及格(＜60分)課堂表現（10分）無遲到、早退、曠課現象；積極參加課堂討論，并有自己獨到的見解；能夠準確回答所有問題。無遲到、早退現象；較為積極參加課堂討論，并提出自己的見解；能夠正確回答問題。偶有遲到、早退現象；能夠主動參加課堂討論；主要問題回答正確。有遲到、早退、偶爾有曠課現象；參與課堂討論；基本能夠回答相關問題。遲到、早退、曠課較多；不能有效參加課堂討論；回答不出主要問題。作業（10分）能夠獨立完成作業，能夠靈活運用所學知識和理論解決問題，并獲得正確結論，作業完成質量優秀能夠獨立完成作業，能夠運用所學知識和理論解決問題，并獲得正確結論，作業完成質量較高。能夠獨立完成作業，能夠運用所學知識和理論解決問題，并獲得有效結論，完成質量符合要求。基本能夠獨立完成作業，部分題目解答不準確，運用所學知識和理論解決問題的能力基本符合要求。不能獨立完成作業，作業提交不及時，準確率較低，運用所學知識和理論解決問題的能力不足。階段測驗（10分）完成所有階段測驗，準確率高。完成所有階段測驗，準確率較高。完成所有階段測驗，準確率中等。基本完成階段測驗，準確率較低。基本完成階段測試，準確率低。2.課程教學目標考核方式本課程教學目標與考核方式評價權重如下表所示：課程教學目標與考核方式評價權重表課程教學目標支撐畢業要求指標點考核評價方式權重（%）課堂表現作業階段測驗實驗期末考試合計教學目標1指標點1.3022010~1216~18教學目標2指標點1.402248~1016~18教學目標3指標點2.122106~811~13教學目標4指標點2.202107~910~12教學目標5指標點2.320156~814~16教學目標6指標點4.102105~78~10教學目標7指標點4.220144~611~13教學目標8指標點12.2402208合計10101015551003.課程教學目標評價標準課程教學目標評價標準量規表優（90-100）良（80-89）中（70-79）及格（60-69）不及格（0-59）教學目標1能夠熟練掌握晶體結構與缺陷、非晶體結構、相平衡、擴散等相關的基本知識，靈活自如運用所學知識分析、表達無機非金屬材料工程專業領域復雜工程問題。能夠準確掌握晶體結構與缺陷、非晶體結構、相平衡、擴散等相關的基本知識，正確運用所學知識分析、表達無機非金屬材料工程專業領域復雜工程問題。能夠掌握晶體結構與缺陷、非晶體結構、相平衡、擴散等相關的基本知識，合理運用所學知識分析、表達無機非金屬材料工程專業領域復雜工程問題。基本掌握晶體結構與缺陷、非晶體結構、相平衡、擴散等相關的基本知識，能運用所學知識分析、表達無機非金屬材料工程專業領域復雜工程問題。不能掌握晶體結構與缺陷、非晶體結構、相平衡、擴散等相關的基本知識，表述無機非金屬材料工程專業領域復雜工程問題基本概念錯誤。教學目標2能夠系統掌握材料科學基礎基本理論，靈活運用所學理論分析無機非金屬材料工程問題，并能對材料生產、加工及服役過程中的復雜工程問題提出準確的解決思路。能夠準確掌握材料科學基礎基本理論，合理運用所學理論分析材料生產、加工及服役過程中的復雜工程問題，提出正確的解決思路。能夠掌握材料科學基礎基本理論，運用所學理論分析材料生產、加工及服役過程中的復雜工程問題，思路基本正確。基本掌握材料科學基礎基本理論，運用所學理論分析材料生產、加工及服役過程中的復雜工程問題，思路不夠準確。不能掌握材料科學基礎基本理論，無法分析無機非金屬材料工程專業復雜工程問題。教學目標3能夠熟練的運用所學知識描述材料的無機非金屬材料的性能及加工過程，系統掌握材料高溫過程中的動力學、熱力學模型的建構和求解方法，并能準確無誤求解。能夠準確的運用所學知識描述材料的無機非金屬材料的性能及加工過程，掌握高溫過程中的動力學、熱力學模型的建構和求解方法，求解方法正確。能夠運用所學知識描述材料的無機非金屬材料的性能及加工過程，基本掌握材料高溫過程中的動力學、熱力學模型的建構和求解方法，求解方法基本正確。基本能夠運用所學知識描述材料的無機非金屬材料的性能及加工過程，部分了解無機非金屬材料高溫過程中的動力學、熱力學模型的建構和求解方法，但不夠準確。不能運用所學知識描述材料的無機非金屬材料的性能及加工過程，部分了解無機非金屬材料高溫過程中的動力學、熱力學模型的建構和求解方法，但不會合理運用。教學目標4能夠系統、準確地分析、解讀無機非金屬材料生產加工過程的影響因素，準確判斷影響無機非金屬材料質量的關鍵環節，正確調整參數。能夠準確地分析、解讀無機非金屬材料生產加工過程的影響因素，正確判斷影響無機非金屬材料質量的關鍵環節，基本能夠調整參數。能夠正確地分析無機非金屬材料生產加工過程的影響因素，基本判斷影響無機非金屬材料質量的關鍵環節。能夠對無機非金屬材料生產加工過程的影響因素進行基本的分析，但不能找到影響產品質量的關鍵環節。不能對無機非金屬材料生產加工過程的影響因素進行合理的分析。教學目標5能夠系統地表達與分析材料四要素之間的關系，準確判斷無機非金屬材料生產加工過程的復雜問題，準確分析其合理性，并得到有效的結論。能夠準確地表達與分析材料四要素之間的關系，正確判斷無機非金屬材料生產加工過程的復雜問題，能夠分析其合理性，并得到有效的結論。能夠表達與分析材料四要素之間的關系，基本判斷無機非金屬材料生產加工過程的復雜問題，能夠分析其合理性，并得能得出結論。基本能夠表達與分析材料四要素之間的關系，基本判斷無機非金屬材料生產加工過程的復雜問題，但對其合理性分析不足。基本能夠表達與分析材料四要素之間的關系，不能判斷無機非金屬材料生產加工過程的復雜問題。教學目標6能夠準確地選擇分析方法識別材料的組織結構，鑒別材料的物理、化學性質，準確判斷影響產品質量的主要因素。能夠合理地選擇分析方法識別材料的組織結構，鑒別材料的物理、化學性質，判斷影響產品質量的主要因素。能夠正確地選擇分析方法識別材料的組織結構，基本鑒別材料的物理、化學性質，對產品質量的主要影響因素進行基本推斷。能夠選擇分析方法識別材料的組織結構，初步判斷材料的物理、化學性質。不能自主分析、判斷材料的組織結構及理化性質。教學目標7能夠系統地利用材料科學基礎的基本知識及原理，系統、