《材料科學(xué)基礎(chǔ) (1)》課程教學(xué)大綱

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱課程代碼：ABCL0202課程中文名稱:材料科學(xué)基礎(chǔ)課程英文名稱：PhysicalchemistryofInorganicmaterials課程性質(zhì)：必修課程學(xué)分數(shù)：4課程學(xué)時數(shù)：64授課對象：無機非金屬材料工程專業(yè)本課程的前導(dǎo)課程：基礎(chǔ)化學(xué)、物理化學(xué)等一、課程簡介《無機材料科學(xué)基礎(chǔ)》是無機非金屬材料、材料化學(xué)、材料物理等專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)理論課程。它闡述了與無機材料的組成、結(jié)構(gòu)、工藝和性能之間密切相關(guān)的一系列基礎(chǔ)理論，在基礎(chǔ)課（如大學(xué)物理、無機化學(xué)、物理化學(xué)等）與專業(yè)課（日用陶瓷工藝學(xué)、建筑陶瓷工藝學(xué)、特種陶瓷工藝學(xué)、玻璃工藝學(xué)等）之間起著承前啟后的橋梁和紐帶作用，是從事無機材料科學(xué)研究和工程制造的科技人員必須具備的專業(yè)基礎(chǔ)知識。本課程也是無機材料專業(yè)碩士研究生入學(xué)考試必考科目之一。二、教學(xué)基本內(nèi)容與要求2.1要求《無機材料科學(xué)基礎(chǔ)》是一門專業(yè)基礎(chǔ)理論課，是無機材料專業(yè)必修的主干課程。其目的和任務(wù)是闡述本學(xué)科領(lǐng)域中的基本理論、基本概念；揭示材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系；探討過程變化的規(guī)律及如何利用這些規(guī)律來分析、解釋基本問題；為學(xué)習(xí)工藝知識等后續(xù)課程及從事無機材料工程技術(shù)和科學(xué)研究工作打下基礎(chǔ)。因此，通過本課程的學(xué)習(xí)可掌握無機材料方面的基本理論，基本概念；了解從原料到成品的物理化學(xué)過程及變化規(guī)律；了解材料的組成、結(jié)構(gòu)及性能間的相互關(guān)系；了解高溫過程對材料結(jié)構(gòu)的影響及材料顯微結(jié)構(gòu)的形成規(guī)律。為學(xué)習(xí)工藝知識等后續(xù)課程及從事無機材料工程技術(shù)和科學(xué)研究工作打下基礎(chǔ)。該課程的教學(xué)目標是：1、掌握無機材料方面的基本理論，基本概念；2、了解從原料到成品的物理化學(xué)過程及變化規(guī)律；3、了解材料的組成、結(jié)構(gòu)及性能間的相互關(guān)系；4、了解高溫過程對材料結(jié)構(gòu)的影響及材料顯微結(jié)構(gòu)的形成規(guī)律；5、通過完成規(guī)定的作業(yè)和實驗，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際和分析、解決問題及動手能力、實踐能力。2.2課程教學(xué)內(nèi)容（一）課程提綱1．物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)2．晶體學(xué)基礎(chǔ)3．幾何結(jié)晶學(xué)4．非晶態(tài)結(jié)構(gòu)5．固體表面與界面6．相平衡及相圖7．擴散8．材料制備中的固相反應(yīng)9．材料中的相變10．燒結(jié)11．熱力學(xué)基礎(chǔ)（二）課程的知識體系知識領(lǐng)域1：無機材料的結(jié)構(gòu)知識單元1.1、物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（1學(xué)時）知識單元1.2、晶體化學(xué)基礎(chǔ)（4學(xué)時）知識單元1.3、晶體結(jié)構(gòu)（14/6學(xué)時）知識單元1.4、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)（5/2學(xué)時）知識領(lǐng)域2：固體表面與界面知識單元2.1、固體表面與界面（8/2學(xué)時）知識領(lǐng)域3：相平衡及相圖知識單元3.1、相平衡及相圖（13/3學(xué)時）知識領(lǐng)域4：過程動力學(xué)知識單元4.1、擴散（4學(xué)時）知識單元4.2、材料制備中的固相反應(yīng)（4/2學(xué)時）知識單元4.3、材料中的相變（5/3學(xué)時）知識單元4.4、燒結(jié)（6學(xué)時）知識領(lǐng)域5：熱力學(xué)基礎(chǔ)知識單元5.1、熱力學(xué)基礎(chǔ)（4學(xué)時）（三）課程涵蓋的知識單元序號知識領(lǐng)域核心知識單元（參考學(xué)時）選修知識單元（參考學(xué)時）1無機材料的結(jié)構(gòu)1.1（2）、1.2（12/6）、1.3（16/6）、1.4（9/2）、2固體表面與界面2.1（10/2）3相平衡及相圖3.3（13/3）4過程動力學(xué)4.1（4）、4.2（6/2）、4.3(8/3)、4.4（6）5熱力學(xué)基礎(chǔ)5.1（4）（四）知識單元的描述知識單元1.1、物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（核心）參考學(xué)時：1學(xué)時知識點：物質(zhì)的組成、狀態(tài)及材料結(jié)構(gòu)物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)（量子力學(xué)基礎(chǔ)、原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)）原子之間的相互作用和結(jié)合（化學(xué)鍵結(jié)合、物理鍵結(jié)合、原子間距和空間排列）學(xué)習(xí)目標：(1)掌握物質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成狀態(tài)及材料結(jié)構(gòu)。(2)掌握物質(zhì)的基本組成單位原子之間的相互作用和結(jié)合狀態(tài)。(3)從原子角度理解材料的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。知識單元1.2、晶體化學(xué)基礎(chǔ)（核心）參考學(xué)時：4學(xué)時知識點：晶體中的結(jié)合鍵緊密堆積原理影響離子晶體結(jié)構(gòu)的因素鮑林規(guī)則同質(zhì)多晶晶體場理論和配位場理論學(xué)習(xí)目標：掌握等徑球的堆積規(guī)律；(2）了解影響離子晶體結(jié)構(gòu)的因素；(3）掌握鮑林規(guī)則分析離子晶體結(jié)構(gòu)；知識單元1.3、晶體結(jié)構(gòu)（核心）參考學(xué)時：14/6學(xué)時知識點：晶體結(jié)構(gòu)（單質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)、金屬晶體結(jié)構(gòu)、無機化合物結(jié)構(gòu)、硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)）晶體結(jié)構(gòu)缺陷（點缺陷、線缺陷、面缺陷、固溶體、非化學(xué)計量化合物）學(xué)習(xí)目標：(1)掌握各種類型晶體結(jié)構(gòu)特點與性能之間的對應(yīng)關(guān)系。(2）掌握缺陷化學(xué)反應(yīng)表示法及熱缺陷濃度計算。(3)掌握固溶體的形成條件、固溶體的類型。(4）掌握非化學(xué)計量化合物類型，非化學(xué)計量化合物與固溶體的異同。知識單元1.4、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)（核心）參考學(xué)時：5/2學(xué)時知識點：典型非晶態(tài)結(jié)構(gòu)（熔體的結(jié)構(gòu)、玻璃的結(jié)構(gòu)）學(xué)習(xí)目標：(1)掌握熔體結(jié)構(gòu)聚合物理論、聚合物形成過程等。(2）掌握熔體的性質(zhì)與玻璃形成的結(jié)晶化學(xué)條件。(3）了解玻璃的通性、玻璃的結(jié)構(gòu)、常見玻璃類型。知識單元2.1、固體表面與界面（核心）參考學(xué)時：8/2學(xué)時知識點：表面自由能與表面張力界面行為固體表面與吸附膠體分散系表面活性劑及其應(yīng)用學(xué)習(xí)目標：(1）了解固體表面結(jié)構(gòu)特性。(2）掌握晶體表面結(jié)構(gòu)即雙電層的形成對表面性質(zhì)的影響。(3)掌握粘土水系統(tǒng)的膠體化學(xué)，特別是粘土顆粒帶電的原因和陽離子吸附交換特性，以及吸附離子對粘土水系統(tǒng)膠體化學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律。知識單元3.1、相平衡及相圖（核心）參考學(xué)時：13/3學(xué)時知識點：相平衡及其研究方法單元系統(tǒng)相圖二元系統(tǒng)相圖及應(yīng)用舉例三元系統(tǒng)相圖及應(yīng)用舉例三元系統(tǒng)相圖應(yīng)用舉例四元系統(tǒng)相圖（選修）學(xué)習(xí)目標：(1）培養(yǎng)學(xué)生掌握分析認讀相圖的知識與能力，重點掌握三元系統(tǒng)分析相圖的規(guī)則方法。(2)一元系統(tǒng)主要掌握多晶轉(zhuǎn)變點的類型與特點及介穩(wěn)態(tài)。(3)二元系統(tǒng)主要掌握凝聚系統(tǒng)相圖的基本類型。(4)元系統(tǒng)重點掌握濃度三角形的性質(zhì)，分析三元相圖的規(guī)則，結(jié)晶路程的分析方法及結(jié)晶過程中各相量和各相組成的變化。(5)了解四元系統(tǒng)相圖。知識單元4.1、擴散（核心）參考學(xué)時：4學(xué)時知識點：擴散動力學(xué)方程—Fick定律、Fick定律的應(yīng)用固體擴散機構(gòu)與擴散系數(shù)影響擴散的因素學(xué)習(xí)目標：(1)重點掌握擴散的宏觀規(guī)律與微觀機構(gòu)及影響擴散的因素。(2)了解擴散理論及固體中的擴散。知識單元4.2、材料制備中的固相反應(yīng)（核心）參考學(xué)時：4/2學(xué)時知識點：固相反應(yīng)機理固相反應(yīng)動力學(xué)影響固相反應(yīng)的因素學(xué)習(xí)目標：(1)了解固相反應(yīng)的特點、過程及動力學(xué)關(guān)系。(2)重點掌握擴散動力學(xué)方程及影響因素。知識單元4.3、材料中的相變（核心）參考學(xué)時：5/3學(xué)時知識點：相變分類、相變條件液相一固相的轉(zhuǎn)變液相一液相的轉(zhuǎn)變有序一無序轉(zhuǎn)變再結(jié)晶和晶粒長大學(xué)習(xí)目標：(1)主要掌握液固相相變過程中晶核形成與晶體生長的熱力學(xué)與動力學(xué)條件以及析晶過程的控制及影響因素。(2)了解相變的分類方法、幾種主要相變類型及液液相變概念與現(xiàn)象。知識單元4.4、燒結(jié)（核心）參考學(xué)時：6學(xué)時知識點：燒結(jié)的基本類型、燒結(jié)過程及機理固相燒結(jié)液相燒結(jié)非常規(guī)燒結(jié)影響燒結(jié)的因素學(xué)習(xí)目標：(1)重點掌握燒結(jié)的傳質(zhì)機理以及各種因素對燒結(jié)的影響。(2)掌握抑制晶粒生長與防止二次重結(jié)晶的措施。(3)了解與燒結(jié)相關(guān)的基本概念及特種燒結(jié)原理。知識單元5.1、熱力學(xué)基礎(chǔ)（選修）參考學(xué)時：4學(xué)時知識點：熱力學(xué)在凝聚體系中應(yīng)用的特點熱力學(xué)應(yīng)用計算方法熱力學(xué)應(yīng)用舉例學(xué)習(xí)目標：本單元內(nèi)容做一般性了解。三、教學(xué)方法與手段本課的特點：三多一少。即基本理論多、概念多、問題多（為什么多），計算的內(nèi)容少。為了實現(xiàn)課程的教學(xué)目標，本課程采用抓住“組成-結(jié)構(gòu)-性能”這一主線，貫穿突出重點、難點的原則，使學(xué)生對本課程能較全面的掌握。為了實現(xiàn)這一教學(xué)方法，采用“板書+多媒體”復(fù)合式的教學(xué)手段，并配以其他教學(xué)手段。使學(xué)生掌握理解材料各物理性能間的共性規(guī)律及核心本質(zhì)，達到較好的學(xué)習(xí)效果。本課程以課堂教學(xué)為主。教師在教學(xué)過程中，針對課程較難理解的概念適時提問，用提問、討論等方法促使學(xué)生思維，調(diào)動學(xué)生積極主動思考的能動性，以加深學(xué)生對課程內(nèi)容的理解，提高學(xué)習(xí)興趣。在描述物理性能時，盡量避免復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，而注重數(shù)學(xué)關(guān)系式的物理意義，注重理論聯(lián)系實際。內(nèi)容深入淺出、容易理解。當每堂授課結(jié)束后，適當設(shè)置疑難問題，布置作業(yè)或思考題，在下次課前和學(xué)生進行交流。采用多媒體教學(xué)手段，結(jié)合使用課件，以形象化資料激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強教學(xué)效果。在課堂教學(xué)中，充分利用多媒體教學(xué)手段，結(jié)合課件內(nèi)容設(shè)計的有助于理解課程內(nèi)容的動畫，幫助學(xué)生理解概念，提高教學(xué)效果。本課程的學(xué)習(xí)方法是：（1）掌握各體系的結(jié)構(gòu)是學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)；（2）理解基本概念和理論是手段；（3）用理論解釋各種現(xiàn)象，分析“為什么”是目的；因本課程給定的學(xué)時少，教學(xué)內(nèi)容較多，在課堂教學(xué)中暫不安排討論課。教師在教學(xué)過程中，針對課程較難理解的概念適時提問，用老師提問、學(xué)生解答、老師針對性補充的方法促使學(xué)生思維，調(diào)動學(xué)生積極主動思考的能動性，以加深學(xué)生對課程內(nèi)容的理解，提高學(xué)習(xí)興趣。課外作業(yè)是鞏固理論、強化概念及培養(yǎng)分析問題和獨立思考能力的重要環(huán)節(jié)，是檢驗教與學(xué)的手段之一。習(xí)題應(yīng)包括概念題、計算題、綜合分析題等各種類型。例如硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)類型判別，熱缺陷濃度的計算，玻璃結(jié)構(gòu)學(xué)說的討論以及三元相圖析晶路程分析等。習(xí)題一次不宜過多過難，應(yīng)由易到難，由淺到深。課外作業(yè)以教材上的習(xí)題為主，適度增加一些自編習(xí)題及思考題。每講授完相關(guān)的知識單元后，布置相應(yīng)的習(xí)題與思考題。每次布置3-5道必做作業(yè)題，并認真批改。提高學(xué)生自學(xué)能力和獲取知識能力是重要環(huán)節(jié)，要適當布置學(xué)生自學(xué)的內(nèi)容。本課程的教學(xué)課件已掛在校園網(wǎng)上，學(xué)生可利用校園網(wǎng)，延伸了課堂教學(xué)的時空領(lǐng)域，提供了課外學(xué)習(xí)服務(wù)。學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)課堂進行自學(xué)、復(fù)習(xí)、個性化學(xué)習(xí)。網(wǎng)站平臺可以提供在線提問，答疑系統(tǒng)、交流平臺，教師可以答疑學(xué)生問題。本課程各章節(jié)內(nèi)容既密切相關(guān)又相對獨立，涉及面廣，學(xué)習(xí)難度較大，根據(jù)學(xué)生的掌握情況還應(yīng)及時輔導(dǎo)答疑。課外指導(dǎo)主要是切實做好課后對學(xué)生輔導(dǎo)答疑和質(zhì)疑。原則上規(guī)定每講授完一章，輔導(dǎo)答疑1次。輔導(dǎo)答疑時間可安排在晚上學(xué)生自習(xí)時間，解答學(xué)生本章學(xué)習(xí)存在的問題，如有普遍性問題可集體輔導(dǎo)。四、教學(xué)學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容講授學(xué)時討論課習(xí)題課物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)1晶體化學(xué)基礎(chǔ)4晶體結(jié)構(gòu)14非晶態(tài)結(jié)構(gòu)5固體表面與界面8相平衡及相圖13擴散4材料制備中的固相反應(yīng)4材料中的相變5燒結(jié)6熱力學(xué)基礎(chǔ)（4）合計64五、考核方式與成績評定標準1、考核方法本課程為考試課程，學(xué)生的成績評定綜合考試成績及平時成績，各項成績的按比例評分。2、成績評定課程成績=考試成績×80%+平時成績×20%（百分制）六、教學(xué)參考資源1、參考書目：（1）胡志強等編.無機材料科學(xué)基礎(chǔ).