材料结构与性能 Structure and Properties of Materials

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1 材料结构与性能 Structure and Properties of Materials

2 一、课程基本介绍 1.材料性能与材料物理的基本原理，结合近年来材料研究前沿成果，构成本课程
2.前修课程：物理化学、固体材料结构基础、大学物理。 3.平行课程：材料科学基础；材料工艺；测试方法。 4.专业核心必修课，56学时（40+16），40学时的理论课，教师讲解20学时，学生读书报告、讨论、交流20学时。

3 二、 《材料结构与性能》教学设计 成立第四届材料性能研讨会组委会 每个班级设立分会及分会主席
以研讨会为主线，采用任务驱动式个人自主、探索性学习，写出单元读书报告 小组讨论、分会（班级）研讨 年级报告交流，教师做好重点、难点的讲解指导 课程结束，举办一次材料性能研讨会

4 1.问题激发策略 教师提出每个单元要解决的问题 学生带着问题去查阅资料，学习基本概念、原理，尝试解决材料领域或者生活中遇到的问题，写出读书报告。 每篇读书报告必须参考2部以上教材，1-3篇科技论文。

5 2.合作与讨论策略 每一单元两周时间、采用三级讨论。
2.1第一次开展小组讨论，由小组长主持进行，在讨论的基础上完善自己的读书报告，给出成绩，并推荐出1-2名代表； 2.2第二次开展班级报告讨论，由分会主席主持进行，教师参加讨论。各班推荐1-2名参加整个年级的报告，给出优秀的成绩。 2.3第三次开展年级报告交流讨论，由教师主持进行，教师给出指导建议，进行重点难点讲解，解决存在的问题 布置下一单元的学习任务，确定本单元的成绩

6 三、读书报告要点 1.基本知识：名词术语、主要公式、基本原理是否体现出来。
2.课外阅读：前沿知识是否有体现，例如从近期的专业期刊上摘取的显微结构照片及其与所学内容的联系说明。 3.解决问题的能力：利用所学基本原理解释、解决了生活或者生产中的实际问题。逆向思维是否有体现。 4.合作学习：在小组讨论中积极发言，对其中某一个问题解释的通俗易懂、有意思。 善于倾听别人的意见，能发现自己的问题，进行修改提高 5.诚实守信，不抄袭。 6.规范列出参考文献，不遗漏。 7.报告后附成绩评定表，用于自我评定。

7 四、读书报告成绩评定表 1.根据材工09级的学习状态以及以往的成绩，每个小组评定成绩的分布比例初步定为：
优秀5-10%、良好10-30%、中等20-40%、及格10-20%、不及格0-10%。 各小组严格掌握，不能打人情分，否则，扣除诚信分。 抄袭者记为0分，并给出警告，拒不改正者，取消该门课成绩。 2.小组个人报告、讨论后，按照上述比例评定成绩，评定1-2名准优秀，到班级分会上作报告。

8 3.每项评定内容所占分数： 3.1基本知识 30分 3.2前沿知识10分 3.3解决问题的能力 30分 读书报告成绩表.doc 3.4合作学习与诚信20分 3.5专业表达能力10分。 每一项按照A0.9、B0.8、C0.7、D0.6、E0.5计算，例如： 甲同学 基本知识 为B ，即为30×0.8=24分，其他类推。

9 4.成绩自我评定要对自己负责任，对每一项认真填写，低分数弱项正是自己在学习过程中需要改进提高之处
不能掩盖自己的不足，错过了提高的机会

10 五、考核方式 1. 期末闭卷考试占35分，读书报告与研讨会占45分，实验占15分，考勤5分。 2.期末闭卷考试取自读书报告
由名词解释、简答题、基础计算题和论述题组成。 3.读书报告与研讨会论文 课程的学习由6份读书报告与一份论文组成 要求1500字左右，制作PPT文档进行交流

11 4.实验 力学性能、介电学性能和磁学性能 实验报告 5.考勤 请假一次扣1分，旷课一次扣2分 旷课3次取消考试资格。
6.自己撰写的论文，体现出自己的学习能力和创新精神，作为研讨会及考试的一部分。

12 7.为了鼓励、培养特别有个性的学生 对学术思想活跃、思维独特的学生 可以自己选择一种学习方式 例如针对教材中某一物理性能阐述得不正确，通过理论推导或查资料的方式进行论证说明。 要求独立思考，具有一定创新性。 此种方式不受上述考核方式的限制，成绩在85以上。 采用传统的闭卷考试

13 学习本课程后达到的目标 1.建立专业自信，能解释一些常见现象
例如为什么陶瓷与玻璃一摔就碎？为什么玻璃透明而金属不透明？本领域的基本问题：例如三点、四点抗弯强度、拉伸强度的比较等。 2.掌握专业名词术语 保证在专业交流时不说外行话，例如KIC的读法等。 3.分析、解释专业领域的一些基本问题 4.自主学习能力有一定提高 5. 善于合作学习、逆向思维、富有创新精神

14 第一单元 材料结构与力学性能 第一章 材料的结构与形变 1.基本知识 应力σ下标的含义
第一单元 材料结构与力学性能 第一章 材料的结构与形变 1.基本知识 应力σ下标的含义 弹性形变、滞弹性、粘弹性、应变蠕变、应力弛豫、塑性形变、超塑性、滑移系统 2.对弹性模量的理解与应用 3.为什么常温下陶瓷材料易碎而金属材料摔不碎？ 4.显微结构对蠕变的影响

15 第二章材料的脆性断裂与强度 1. 理解记忆σth、σc、KΙc 公式;硬度表示法 2.高强材料的特征； 实际强度与理论强度为什么有差异？
强度的尺寸效应； 强度的分散性 3.显微结构对强度的影响 4.断裂韧性在设计选材方面的应用 5.提高陶瓷材料强度的案例（SEM、TEM) 6.提高陶瓷断裂韧性的案例

16 第二单元 材料的结构与热学性能 第三章 1.基本知识
第二单元 材料的结构与热学性能 第三章 1.基本知识 晶格热振动 声频支 光频支 声子 声子的平均自由程 热应力 热稳定性 抗热冲击断裂性 抗热冲击损伤性 热应力因子 临界淬冷温差 2.理解热膨胀机理 低膨胀材料的结构特征 如何设计零膨胀材料 3.分析比较同组成例如SiO2晶体、陶瓷及玻璃的热导系数大小

17 第二单元 问题 1. 陶瓷杯受到冷热急变时会出现什么情况？ 陶瓷、玻璃生产时为什么要控制冷却速度？ 2.如何提高陶瓷材料的抗热震性能
第二单元 问题 1. 陶瓷杯受到冷热急变时会出现什么情况？ 陶瓷、玻璃生产时为什么要控制冷却速度？ 2.如何提高陶瓷材料的抗热震性能 3.热应力怎样产生的？ 4.能描述裂纹长度、淬冷温差及应力与强度的关系

18 第三单元 材料的结构与磁学性能 第四章 1.基本知识 物质的磁性来源
第三单元 材料的结构与磁学性能 第四章 1.基本知识 物质的磁性来源 磁化强度、磁导率、磁化率、抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性、磁畴、畴壁、矫顽力、剩磁、软磁、硬磁 2.基本理论 封闭磁畴的形成、交换作用理论、超交换作用理论

19 3.基本计算 孤立原子磁矩的计算、分子磁矩的计算 4.物理效应 磁声、光、电、电阻、温差效应

20 第四单元 材料的结构与电学性能 5.1载流子，霍尔效应，电解效应，迁移率和电导率表达式
5.2离子电导，载流子浓度，离子迁移率，离子电导率，能斯特爱因斯坦方程，固体电解质的结构与性能 5.3电子电导，电子迁移率，载流子浓度，能带结构简图的解释，本征半导体，杂质半导体，半导体能带结构简图，电子电导率，半导体材料结构与性能

21 5.4玻璃态电导，压碱效应，双减效应 5.5多晶多相陶瓷材料的电导，空间电荷效应，电化学老化 5.6晶界效应，压敏效应，PTC效应，表面效应，半导体吸附气体时电导率的变化，西贝克效应，p-n结能带结构，查阅一种太阳能材料的结构与性能 5.7超导体，完全抗磁性，完全导电性，临界温度，临界磁场，临界电流，同位素效应，BCS理论简介，两类超导体的基本特征，高温超导体，超导隧道效应，约瑟夫逊效应