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1、材料科学基础1实验教学大纲一、课程基本情况课程代码：101134223501课程名称：材料科学基础）/Fundamenta1.sofMateria1.sScience1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适用专业金的材料工程适用对象：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、课程茴介材料科学基础口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.理点是金属学的基本原理和基本知识。通过本课程的学习,使之掌提材料结构
2、的基本知识.金属与合金的品体结构、而分子材料结构基本知识，具符基本的金相分析能力，为今后从事佥属与合金的研究与应用境定必要的理论艇础.结合国家生产隹设海求，激发学生建功立业的热情、工匠精神和工程师素养。三、课程教学目标1 .通过实验3S材完成面心立方、体心立方和密排六方三种典型晶体结构的堆垛，掌捏三种典型晶体结构的原子模型推垛方法培养学生理论联系实际的思维方法.2 .通过金相试样的制备方法和金相显然饿的正确使用方法,钺炼学生的动手操作能力.掌握光学显微境的结构及工作原理，培养学生运用显设镀时金属材料进行组织辨识和分析的能力。3 .通过时不同试样迸行金相观察，掌握金相显微镜和金相组税观察的正确方
3、法,并住把观察到的组织特征与材料的成分和性能特点联系起来,进一步掌握金属材料化学成分、结构、组织与性能间的关系及其变化规律.彼炼学生的动手操作能力以及分析问题和解决问他的能力“4 .通过实段教学的训练，促进对材料科学趋础理论知识的认识和理解具备利用所学知识对金属材料工程专业科研方案的初步设计能力.四、实出项目及学时安排序号实脸/实践项目名称实验/实践学时实险/实践类型实脸/实践要求年组人数备注1金相试样的制备与显微俄的使用2涂合性必做I2晶体结构原子模型的堆垛与分析2综合性必做23二元合金组织观察2嫁合性必做14铁碟合金相图及平衡组织分析2涂合性必做I五、实段内容实验一金相试样的制备与显微镜的
4、使用实蕤目的；1 .学习金和制备的方法和技巧，2 .观察制备试样的显微组织.并Hi出其组织示意图.3 .培养学生工匠精神和工程府素笄.实验设备：砂纸、玻璃板、金相试样拗光机，试样，腐蚀剂实验内容及步骤：1 .了解金和试样的制W方法及过程,按照金和试样制备程序制备出块在金格”似2I-观察无磨痕、组织清晰的金相试样2 .学习金相叔微慌的原理、构造和使用注意事项,了解显微镜各部件的位置、作用.熟悉显做模的操作规程，正确选用物镜和目镜、进行光阑调节，调供等操作。3 .用金相显微镜观察制梁的45钢或T12钢试样.画下组织图,标明材料名称、热处理工艺、殂织、放大倍数、腐蚀剂等项。实验二晶体结构原子模型的推
5、垛与分析实验目的：1 .熟悉三种常见晶体结构晶面原子排列规律.品向原子排列规律.2 .了解原子排列而密度、线密友的计算.3 .掌握面心立方和密持六方晶体原子密排面空间堆垛规律，八面体和四面体的脖状和位乱4 .培养学生的辩证思维能力，充分理解实践和理论的有机结合，实验设备：金刚球堆探模型，原子模型,型料盒实骁内容及步骤：1 .仔细观察晶的模型，熟悉三种典型佥属晶体结构空间原子的排列方法。2 .用曼科小球堆垛出三种典型晶体结构中常用晶面上原子的排列方式.3 .分析所堆晶面上原子分布特征.而出原子分布，计算晶面密度.4 .确定面心立方和体心立方晶体密排面和密排方向，并进行标注。5 .在密排面上，用小
6、球堆垛出体心立方、面心立方和密排六方晶体结构。6 .借助晶体结构模型，分析体心立方、面心立方间隙位置，实腌三二元合金组织观察实验目的：1 .熟悉本实验所要观察的合金系相图.2 .观察二元合金平衡相显微组织特征.3 .培养学生的科研能力与工程师素养。实骗设他；佥相显循镜，各种标准试样，实验内容及步骡：I.熟悉本实验所要观察的合金系相图.4 .分析不同成分合金的平衡亥囚过程及冷至空出应具有的组织.5 .观察合金的组织特征，竣出示懑图，注明各组成物，6 .分析组织与成分的变化规律，分析固溶体合金枝品偏析形成原因.实验四铁碟合金相图及平衡组织分析实整日的；1 .掌握Fc-FcC相图.2 .分析不同含碳
7、址的铁碳合金的凝固过程.室温组织及其形貌特征.3 .培养动手能力,并结合我国的炳铁发展史以及划块史上的伟大人物和重大事件,激发学牛的爱国热情，增强学牛的民族自及感和社会货任心.实验设缶；佥相品曲般、佥和试样一套实验内容及步骤：1 .对所绘试样进行细致观察,研究每一个试样的组织特征，并根据铁碳相图分析其组织形成过程.2 .根据观察的如织特征，绘出斑个试样显微如织的示意图.3 .分析铁搬合佥的祖织、性能与含碳情的关系。4,选择一个试样用杠杆定律计算i1.1.织及相的相对含量。六、实殴报告格式实验名称（一）实验目的（一）实验设备（三）实验内容及步骤四）结果与分析（三）问题讨论七、考核方式（一）实般成
8、绩的构成实验成绩占本门课程总成缄20m多考实验考勤、实验操作及实验报告成绩涂令给定。（二）评分标准1 .实验成绩以百分制或五级制（优、良、中、及格、不及格填报.按比例记入该课程成绩中.2 .多个实险项目的最后埴报平均成绩.3 .按照实3金指导书的具体要求，根据每个学生实验前的预习准备,实脸过程的考查，实验操作情况及实验报告的桢1ft.综合给出实骁成缄，4 .实验评分应包括三个方面：（I）实验预习及实验纪律占20%：2）实验操作占40%：（3）实验报告40%:评分等级：评定成绩分优、良、中、及格和不及格五个等级.优：90分以上良：80-89分，中：70-79分，及格：6369分，不及格：59分以
9、下,也可以以百分制给出多个实粉的综合成绩。实聆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理优秀（妍100分）良好（8以90分）中等（70X0分）及格(60-70)不及格（60分）实验Si习及实屿纪律20%）实验前能步按RR实的要求，提前预习，学螺实验内容生鬟实验安全株作规程，遵守实验纪律实收而能与按照实的要求JMff1.习.我好的掌烟实均内容、掌捉实验安全掾作败程.m守实蛉纪律实货前能终按照实验妥来，提前住习.！解实验内容.实龄安全慷作现程,较遵守实验实验前能够按照馍较安家，提前ff1.习，延本/解实验内容*实5安全操作双程,较遵守实总妃律突验前未能按照实验要求,未提前庚习.不了解实
10、验内容、求解学媚实发安全探作双程实物作（40%）设与根据实依IJ的，独立设计优化实收步四，独立或合作完成实验提能够根Ie实验目的，独立设计实验K,独立或合作关成实物操作，揉健第根据实验目的，谀计实验步.独立或合作完成实验掾作,未作能够根据实检IJ的，役法出筋本的实咬步骤,原水能完成实验拨作，探不悠根据实险目的，设计出相应的实差步球，不健完成实5操作或接作,且粉作规葩：准实物现象、并对实4现象进行琮合的分析时论,得出合理的实验结果作收为规范：记戏实验现象较为准井时实的现象进行炼合的分析讨论,将出较为合理的实验结果塞木规苑:记能实收现象.并对实验现象进行分析时论，得出实验结果作些本规范：记求实脍现
11、象.并对实蛉现侬斑行初步分析讨论.得出实睑结果作不规范：不能记录实防现象,不能对实1.现象进行分析讨论，不使得H1.WJft实51.tt为40%)实我报告能够独立完成.内容完整教据理.敝据处理正确.图求规范.能郎正杭完成实验报告中提出的向磔，并对实验中遇到的问眶进行深入的对论.提出自己的见解.实验报告能够独立完成内容完整数推以为合理.我处理正碇.图衣M木双花，能修较好的完成笑脸报告中提出的问理并对实验中遇到的问跣进行讨论.提出fi.文臆报告便婚独力先成,内容党彳数抓基本介理.傥第进行数据处理.图表魅本赛愆，能修M本完成实的报告中提出的问星.帐对实验中18到的何跣进行讨论.实给报告基本能移独立完
12、成内容完S-数据图表齐全,姑本完成实验枇告中提出的问国.实给报告不能独立完成.存在按袋现象,报由中提出的门题没有或拓本没行回答.八、教学费实验指导书：贾利晓闫红彦主编.材料科学基础实3金指导书，2022参考书目：(I)胡鹿祥主编.材料科学葩础,上海交通大学出版社，2000(2)张联盟主编.材料科学础.武汉理工大学出版社，20(“石福河主编.材料科学基础(第3板).机械工业出版社,2023奥要文胱(专业期刊)：(I)金属学升n(2)金属材料与冶金工程期刊(3)金属热处理期刊课程网络资源：(I)热处理学会：(2)热处理之家热处理论坛：hup:WWW，材料科学基础H课程教学大纲一、第程基本情况课程代
13、码：101134223502课程名称:材料科学基础IVFundamcnta1.sofMateria1.sScienceI1.邨程类别：专业必修课程学分：2.5总学时：40理论学时：32实整实践学时：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：多探体教室/实脸室开课学院：材料科学与工程学院二、课程简介1,课程任务与目的T材料科学基础Wi是金出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.在本课程材料性能陆介环节，介绍当前材料发展与基础挥论研究进
14、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，激发投入羟济建设一线建功立业的热情。2.对接培萍的向位能力通过本课程的学习,使学生掌樨金属合金三元相图的基本知识,金属与合金的扩散、凝周、阴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卜R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 .第程对毕业寰求的支撑毕业要求指标点1.2能盛绘介运用数学、自然科学和工程狭础理论和知识分析金属材科J1.程领域相关的复杂工程问四.毕业要求指标点2.1能够运用自然科学和金M材料J：程科学的基本保理,识别金属材科领域更杂工
15、程问题，毕业要求指标点3.1能够运用数学抽象、计獴、建帙等知识，针对金属材料工程熨杂工程问题，设计满足特定需求的方案或工艺流程。2 .课程U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，掌槐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.了解犷散方程的应用，掌握影响原子扩做的主要因素以及扩散的明动力。分析金属材料工程颖域相关的城杂工程问题,（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变性变形的一般规律.位错运动和组态与多晶体里性变形的特点,安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
16、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，具有淙合运用材料科学础的理论知识，进行新材料的研发与应用.能峪甘对金属材料工程的实际向遨，设计满足使用褥求的工艺方案，并具有不断学习和推广新技术的进取精神.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（4-5IO6401、2、3主题或知识点2材料的凝固与气相沉积IO8201,2、3主遨或知识点3扩散与固态相变88001,2、3主璃或知识点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
17、性能44002合计403280二）实.出实践教与E安排序号实脸/实践项目名称实验/实践学时实打/实践类型实验,实戕要求句1人数3注I硬度的测定方法与设备2嫁合性必做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嫁合性必做34金属也性变形与再结晶组织观察2综合性必做I五、教学内容及教学设计主题成知识点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V元匀品相图和三元共品相图中某一点合佥的结晶过程分析。为新材料的开发与应用提供理论艇础.2 .教学困点：.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
18、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依法则确定成分三角形内一点的成分祖成;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救学,结合多媒体授课,同时授课过程中采用问他讨论式、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，晶体材料解液凝固的范本规律，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
19、热力学条件，过冷现象，结晶的一殷过程，液、固界面的微观结构，固溶体的凝固，共品合金的;城固，成分过冷及其对晶体长大形状的影响，共晶体的形态，凝固组织及其拄制，晶粒尺寸的控制，特锭组织及其控制，铸馁的缺陷.气相沉积的方法和应用.3 .教学难点均匀形核的临界品核半径和形核功,液固界面姑构和液固界面前沿液体温发分布对晶体形态影响.成分过冷及其对晶体长大形状的影晌.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扩散与固态相交1 .教学内容了解扩散的现象及在相变中的应用.掌握扩侬方程的应用，扩散方程的应用
20、，扩散的机制和影响因素.结合扩散的利与弊,引入环境污染问起.激发学生可挣续发展意识,绿色制造.2 .教学重点扩散现象及扩敢方程，非克第一定律，非克第二定律，扩放方程的应用，柯泞达尔效应，扩敖的俄观机制，间隙扩散机制，空位扩敌机制，扩散系数，扩饮激活能，扩放加动力和影响扩放的因索。固态相变的种类和特戊。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Ie或知识点4材料变形与断裂1 .教学内容了解金期变形概述,掌握听!性变形的机理.理解金蟠的强化的方法和应
21、用.将型性变形看作生活中的压力和困难,树立学生在生活中善于变压力为动力的信念，塑造不屈不挠、勇于进取的个性特征.2 .教学IR点金磔变形概述，单晶体的裁性变形，施密特定律，多晶体的塑性变形，晶界和晶体位向对照性变形的影响,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,因溶强化,低碳期的屈服和应变时效.第二相对合金变形的影响,冷变形金应的组织与性能.冷变形金属的回复,回境阶段性能与组织的变化,回焚机制.冷变形金网的再结晶.再结晶的形核，影响再结品的因泰，再结晶后的晶粒长大.3 .教学玳点照性变形机制，各种避化措施的位错理论解徉，回发与再结晶对冷变形金属组税、性能的影响，回复机制和再
22、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感讨论式、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J解材料的电子结构与物理性能.埋解半导体的应用.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 .教学季点固体的能带理论，半:导体与绝缘体的能带结构与导电性。华导体的特点，材料的超导特性，材料的介电性，材料的魁性和光学性能，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 .教学方窠设计(含教学方法、教学手段采用混合式教学，结合
23、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即能力和创新能力等: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。学生成缄评定表考核方式平时成绩期中考试期末考试出勤作业课空衣现阶段测s项H小论文实抬成绩比例%515101020402 .课程目标考核方式评价权本课程教学目标与考核方式评价权重.如我所示:课程教学目标与考核方式评价权重课程帙学目标支撑毕业要求指标点考核评价方式权
24、*(%)过程性考犊实舱期末考试ii-出勤及课堂表现作业阶段评验教学目标I指标点1.25424712-203171教学目标2指标点21554-68I(M630-38教学目标3指标点3.1563-5512-1830-38合计15151020401各注：各致芋目标及评价方法的权支技师可以根据实标诜况选疔微调。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及权优秀19（MOO分）良好（8089分）中等（7079分）及格（6069分）不及格（能第独立完成作业,作业完成所猿优为，能够灵活运用所学知识和瑰论解决问题,并姣得正确结论能够独立完成作业.完成旗量较豳,能够运用所学知双和理论解决问国
25、，并获得正确结论饶舔!也克成作业,完成所出符合要求,能防运用所学知识和理论第决ja.并援符在效站论延本能够独立完成作业,部分题目斛件存在抄说现象.匕用所学知识和理论解决何JB的健力延本符合霹未心舱独立完成作业,存在明显抄袭现象，不具备运用所学知识和理论解决“虺的能力阶段测试（1.（）%）完成税上阶段飘试,根据参考拧案评分，总评成绩为优秀完成线上阶段测试.根据咨考答案评定分，总评成绩为此好完成速上阶段测试,根据参与答案押分，总理成绩为中等完成魏上阶段刈试,根据参考答案算分,总评成绩为及格完成妙上阶段同i.根据卷号答案评分，总评成境不及格实验（20%实粕报告能够独立完成,内容完整.教抓合理.教粼处
26、理正确,图我规范.能处正碇完成实验报告中提出的问麴，并对实验中遇到的何咫进行深入的讨论,提出自己的见解.女脸报告假婚独觉完成,内容完整，ftIKA-S.数据处理正现.图发基本规莅.能终完成文验报告中提出的HSS井对女脸中遇到的何圆进行讨论提出意.实姐报告能够完成，内容完整，散据塔本合理.能够进行数据处理.图&移小斓范“能送总木完成文验报告中提出的何圆,对实验中遇到的何IS进行讨论.文验报告桂本能够独立完成,内容充接.故搦图茨齐全.携木完成实验报侣中亮出的削K.次敢报告不能独立完成，存在秒袭现象报告中提出的何鹿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Jt优秀（9
27、0-100分）良好（80-89分）中等（70-79分）及格（60-69分）不及格（60分）Bawi熟练掌捱三无合金相国的分析方法纯金属焙品的一般班律，以及冏体中Ki子犷fit的宏观规律和微规过程.以准确掌捉三元合金相图的分析方法、她金属结餐的一般规律,以及因体中魄于扩散的宏观规律和微观过科.以能第理解三元合金相图的分析方法.炖金IW拮跖的做现冲,以及冏体中燎子扩散的宏观规悔和微观过程.以基本掌握三元合金相图的分析方法、纯金属结鼻的一般W.以及固体中Ki子扩敢的宏观规律和微猊过程.以不能常18三元合金相图的分析方法、炖金属站修的般现小.以及冏体中原子扩散的宏观规律和危现过程,以及彰哂原干扩敏的主
28、要四案.能够分折金属材料工程领城相关的较红朵工何JS.及杉响原子扩般的主要四来.能够分析金属材料工程第境相关工程何愿.及影响朦Frifiw主要因*.健邯分析金肮材料工程领现相关工程向JB.及影哂Ki子扩敏的主要因米.能终分析金属材料工程领段相关工程问磔.及彰峋原子技收的要因求.不能运用材制的性能分析金属材料工程叙域相关工程何甥.教学目标2热援常知附品体和多晶体材科果性变形的规怵.以及冷变形金税在退火过程中的性能,结构变化双律，能够用合运用忖料科学基础的知识常决工程实际何的.能够正确的品体和多晶体材料塑性变形的规律.以及冷变形金H在退火过程中的性优、结构变化规律.能够综合运用材料科学建心的知识解
29、决工程实际问虺.能修掌握的花体和多晶体M料取性变形的规律,以及冷殳形金属在:退火过片中的性低、结构变化规律。能够练合运用材料科学浜W1.的知识解决工程实际问题.机木拿握中晶体和多晶体材料亵性变形的规律.以及冷变彩金幽在退火过程中的性能、结构变化炫律.能够练合运用村村科学基础的知识解决工程实际问叩.不住掌握的品体和多圈体材料巾性变形的规律.以及冷变形金属在退火过ft!中的性能.结构变化规律,不能解令运用材料科学蜃W的知识解决工程实际门虺.教学目标？姆煤运用材料科学基础的理论知识,进行新材料的研发与应用.徒够针对金属材料工程的实际问J8,设计满足使用需求的工艺方案,并具有不断学习和推广秋技术的进取
30、相神.能够正确运用材料科学基砒的理论知识,进行新材料的研发与应用.他然针对金属材料工程的实际问期,设计满足使用需求的工2方案并具有不新学习和推广新技术的进取精樽,88修运用材料科学些砒的理论知识.进行新材料的M发与应用.能够计对金词村科工程的实际何阻，设计满足使用U求的工艺方案.并具行不断学习和推广新技术的进取精神.可以运用材料科学基他的理论知识.进行新材料的研发与应用.俄第针对金属材料工程的实际向JS,ift计箱足使用需求的工艺方案.并共有不断学习和推广狱技术的进取林神.不能运用材料科学基础的理论知识.进行新材科的用发与IS用.不能针对金属材料工程的实际何科设计满足使用需求的工艺方案.七、假材、参考书目、要文献以及课程网络资（教材：石制珂1%.材料科学材琳第3版）.机械Iw.出版H.2023参考书目1（I）胡麋祥主编.材料科学基础.上海交通大学出版社，2000（2）张联盅主编.材料科学聪础.武汉理工大学出版社，2004潘金生主编.材料科学基础.清华大学出版社，1998重要文献（专业期刊）：（I）金属学报（2）金属材料与冶金工程期刊A（3）金属热处现期刊3课程网络资源；（I）热处理学会：（2）热处理之家、热处理论坛：hup:WWW
