一、   基本情况

中文名称：材料科学基础

英文名称：Fundamentals of Materials Science

学时数：64学时

二、  授课思想

       该课程是材料类专业最主要的技术基础课。在授课过程中将系统、全面地介绍材料基础理论知识，诸如材料的结合键、材料的晶体结构、晶体结构缺陷、材料的相结构与相图、材料的凝固、材料中的扩散，材料塑性变形与强化、材料的亚稳态。着眼于材料基本问题、从材料的基本理论出发，将金属材料、高分子聚合物材料、陶瓷材料、复合材料等结合在一起。通过理论教学与实验教学，使学生不仅能掌握基本理论，善于分析解决问题，探索新知识的能力。

三、   课程地位

       材料科学与工程主要是研究材料的结构（structure）、制备（processing）、性能（property）以及使役行为（performance）四者之间相互关系和变化规律的一门应用基础学科。《材料科学基础》这门课的主要任务是提供其中最为重要的材料结构与性能关系的基础知识， 它是学生在学完基础课程后，进入专业课程学习前必须学习的一门课程。因为基础课与工程实际有较大的距离，而专业课程则紧密结合工程实际。这两者之间在思维方式上有较大的差别，因此需要有一个过渡，同时也需要在知识上作进一步的准备。学生通过“材料科学基础”课程，除了学习材料基础的、共性的具体知识外，更重要的是学会如何分析、解决实际问题，建立基本的工程思维方式，这对于培养一个合格的工程师或研究人员是非常重要的。

四、   教学内容

本课程以金属材料、陶瓷材料、高分子材料及复合材料为对象，从材料的电子、原子尺度入手，介绍了热力学、动力学理论及纳观、微观尺度组织、细观尺度断裂机制及宏观性能。授课过程中以材料成分-组织结构-制备工艺-性能之间的关系作为主线，提炼出材料的共性规律，建立起微观原理与宏观现象之间的桥梁关系。

课程基本内容大体上分为三个部分：晶体学基础、形变及强化基础、相图及相变基础。 

1. 晶体学基础

现代使用的金属和非金属材料，大多数都是晶体，因此，材料科学基础知识的学习首先要熟悉晶体的特征及其描述方法。这不仅是学习本课程的先导，也是学习后续知识的基础，如材料分析方法课程中的X射线衍射、电子衍射等相关内容。实际晶体中，由于晶体形成条件、原子热运动及其它条件的影响，往往存在偏离了理想晶体结构的区域，即存在晶体缺陷。晶体缺陷不仅是晶体学基础的重要组成部分，也是深入认识和理解材料形变和相变的重要概念。因此，应熟练掌握所介绍的晶体学的相关知识。

这部分包括：

第1章 原子结构与键合

第2章 材料的晶体结构

第3章 晶体缺陷

在“晶体学基础”中将介绍原子结构与结合键、晶体结构、合金相、晶体缺陷等基础知识，其中第3章中的位错内容是学习“形变及强化基础”的重要基础，需要注意知识之间的衔接。

2. 形变及强化基础

形变是材料最基本的特性，只要是固体材料，在受力时都会产生变形。材料的变形有弹性变形和塑性变形，其中塑性变形不仅是改变组织和性能的途径，也是材料加工成所需的各种形状和尺寸的核心关键，位错是理解塑性变形的重要概念。材料变形后在温度作用下的回复和再结晶行为是其基本特性，也是许多工艺制定的依据。相关内容的学习和理解是清晰认识塑性变形机理、材料强化方式和机理的基石，也是继续学习材料力学性能、材料成型制备技术等课程的基础。

这部分内容包括：

第5章 材料的变形和再结晶 

本部分介绍塑性变形机理、影响塑性变形的因素以及材料强化的主要方式及机理，以及变形金属回复及再结晶的基本现象和相关机理。 

3. 相图及相变基础

相图是用于描述给定材料系中材料的成分、温度（压力）与其组织状态之间关系的图形，依据相图，可以了解各种成分材料的凝固过程和凝固后的组织转变。研究相变过程，是制定材料加工工艺的重要依据。材料凝固的许多知识点是与相图交融在一起的，而扩散是固体材料中物质迁移的主要途径，是学习相变、特别是固态相变的基础。可以说，相图及相变是整个材料科学的核心，对认识材料精彩世界具有举足轻重的作用。

这部分包括：

第4章 固体中原子及分子的运动

第6章 单组元相图及纯晶体的凝固

第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理

第8章 三元相图

这一部分首先介绍了相图的基本知识、相图的热力学基础以及典型的几种二元相图，这是需要重点掌握的内容，也是认识复杂相变过程的基础。由于工程材料大多由数种组元构成，因此，需要认识并掌握三元甚至多元相图的知识，这是分析更为复杂相图的基础。材料凝固一章中的许多知识点与二元相图是交融在一起的，扩散机理与晶体缺陷有紧密的关系，又是继续学习固态相变的基础，因此，注意在学习过程中知识点的贯通和相互之间的联系。

此外，紧跟学科发展，将材料科学的发展前沿知识与最新科研成果融入课堂，及时补充到《材料科学基础》课程教学内容中。

知识目标：掌握与职业发展相适应的材料科学、材料工程等理论基础知识；掌握与专业运用相适应的材料成分、加工、结构、性质和使用效能间的关系及其规律等专业基础知识。

能力目标：具备开发应用材料、合理选择材料和使用材料、正确确定加工方法，合理制定工艺路线的能力；具备较好动手能力、验证理论、探索新知识的能力；为后续有关课程的学习奠定必要的材料学基础。

素质目标：具有自主学习的习惯与能力、自我控制与管理能力；不仅能掌握基本理论，还善于分析和解决问题，探索新知识，同时具有终身学习的意识。

情感目标：树立正确的人生价值观；有较强的工作责任心和良好的职业道德；有刻苦研究、勇于创新的科学品质。

本课程考核分为两个部分，线上考核、课内实验及线下考试

1.线上考核主要指形成性考核。形成性考核的内容包括视频观看、平时作业、章节测试、自主学习笔记等多种形式。对形式的形成性考核制定量化考核标准，要求学生及时提交平时作业，根据考核标准给出成绩，并总结学生平时作业的完成情况，对其中存在的共性问题通过课堂辅导和网络等途径对学生进行讲解，巩固学生所学知识。 具体线上成绩权重设定为：最终得分（100）=视频（30）+作业（30）+测验（30）+讨论（10）。

2.课内实验：完成课内实验，提交相关实验报告，结合平时表现及报告完整性评定成绩。

3.线下考试：做好考前辅导，要求学生认真复习，并组织对该课程进行集中面授串讲，巩固和强化学生的学习效果。

该课程学生的最终成绩=线上考核成绩*30%+课内实验成绩*10%+线下考试成绩*60%

高等数学、线性代数、大学物理、工程化学、理论力学等

课程教材：

（1）胡赓祥 , 蔡珣 , 戎咏华. 材料科学基础（第二版）. 上海交通大学出版社. 2010年

主要参考资料：

（1）赵杰主编.材料科学基础（第二版）. 大连理工大学出版社, 2015年

（第二版教材在第一版教材基础上有较多的修订和补充）

（2）王章忠主编，材料科学基础，机械工业出版社，2005年

（3）余永宁编著.金属学原理. 冶金工业出版社, 2011年

（4）W. D. Jr. Callister. Materials Science and Engineering– An Introduction. John Wiley & Sons. Inc. 2007

（5）Robert W. Cahn and Peter Haasen. Physical Metallurgy (Fourth Edition). North Holland. 1996 

建议同学能够多涉猎国内外相关教材，以进一步扩充视野，对材料科学基础有更为全面和系统的认识。