材料性能学

《材料性能学》课程大纲

一、课程性质和目标

本课程是材料类专业的一门专业基础必修课。课程内容包括材料的力学性能和物理性能两大部分，解释金属材料、无机非金属材料及高分子材料的强度、塑性、韧性、疲劳、磨损、热学、磁学、电学等性能指标的物理意义、影响因素、测试方法和工程应用等。为研究材料性能与组织结构的关系奠定理论基础。

通过本课程的学习，要求学生达到以下目标：

知识目标：

课程目标1：解释材料力学性能与物理性能的基本概念、性能指标、物理本质及工程应用。

课程目标2：解释材料在不同力的作用下的变形和断裂失效过程，运用断裂力学理论进行断裂失效分析计算，分析材料失效类型和原因。

能力目标：

课程目标3：能使用现代工具进行文献资料查找和案例分析，具备良好的沟通表达能力。

课程目标4：解释材料的性能与材料的成分、工艺与结构间的关系，能分析材料在不同使用条件和环境下的性能变化，理解材料使用性能对社会、健康、安全、环境和社会可持续发展的影响。

二、  本课程所支撑的毕业要求

（1）本课程所能支撑的毕业要求和课程目标的对应关系

（2）本课程内容与毕业要求指标点的对应关系

三、  教学基本内容（48学时）

1. 绪论（2学时）

（1）基本要求

理解本课程的意义及在材料研究中的地位；理解本课程的教学内容，解释材料研究的核心问题及材料的成分、结构、制备与性能的关系；理解本课程教学特点与学习方法，强化发散性思维方式，提高综合分析问题能力；理解本课程的发展历史及相关教材及参考书的特点。

（2）本章教学内容

1. 本课程的大纲；

课程性质、目标、教学内容与培养目标和毕业要求的关系、教学与学习方法、教学进程、考核形式与基本要求，预期达成学习效果。

1. 材料性能的分类

（3）重点和难点

重点：课程教学与学习方法。

难点：材料的成分、结构、制备与性能的关系。

2. 材料的弹性变形（6课时）

（1）基本要求

解释金属材料的弹性变形特点，弹性模量的意义、影响因素及工程应用；解释陶瓷材料的弹性变形特点；解释高分子材料的弹性变形特点。

（2）教学内容：

1. 金属材料、无机材料和高分子材料弹性变形及其性能指标的物理意义、影响因素及工程应用；
2. 非理想弹性变形的基本概念及种类。

（3）重点和难点

重点：金属材料的弹性变形特点，弹性模量的意义、影响因素及工程应用

难点：高分子材料的弹性变形特点

3. 材料的塑性变形（6课时）

（1）基本要求

解释无机非金属材料（陶瓷）、金属材料和高分子材料的塑性变形机理；理解冷变形金属的回复与再结晶；解释屈服强度的物理意义、影响因素及工程应用；解释应变硬化、抗拉强度的物理意义、影响因素及工程应用。

（2）教学内容

1. 材料的塑性指标，塑性与强度的关系；
2. 无机非金属材料（陶瓷）、金属材料和高分子材料的塑性变形机理及特点；
3. 屈服强度、抗拉强度、应变硬化和塑性的物理意义、影响因素及工程应用。

（3）重点和难点

重点：屈服强度、抗拉强度的物理意义、影响因素及工程应用

难点：无机非金属材料（陶瓷）、金属材料和高分子材料的塑性变形机理及特点

4. 材料的断裂与断裂韧性（6课时）

（1）基本要求

运用材料断裂的类型及Griffith断裂理论及断口特征；解释线弹性条件下的断裂韧性理论，K_Ⅰc的意义、测试方法及应用；理解弹塑性条件下的断裂韧性理论；解释影响材料断裂韧性的因素及断裂韧性在工程上的应用。

（2）教学内容

1. 无机非金属材料（陶瓷）、金属材料和高分子材料断裂的类型及Griffith断裂理论及断口特征；
2. 线弹性条件下的断裂韧性理论，K_Ⅰc的意义、测试方法及应用；
3. 弹塑性条件下的断裂韧性理论；
4. 影响材料断裂韧性的因素及断裂韧性在工程上的应用。

（3）重点和难点

重点：线弹性条件下的断裂韧性理论，K_Ⅰc的意义、测试方法及应用

难点：影响材料断裂韧性的因素及断裂韧性在工程上的应用

1. 材料的扭转、弯曲、压缩性能（1课时）

   （1）基本要求

解释应力状态软性系数的基本概念；解释扭转、弯曲、压缩条件下的应力状态软性系数特点；解释扭转、弯曲、压缩试验条件下的力学性能指标的特点及工程应用。

（2）教学内容

扭转、弯曲、压缩条件下的力学性能指标的特点及工程应用。

（3）重点和难点

重点：扭转、弯曲、压缩条件下的应力状态软性系数特点

难点：扭转、弯曲、压缩试验条件下的力学性能指标的特点及工程应用

1. 材料的硬度（2课时）

   （1）基本要求

解释布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等试验方法的基本原理；运用不同材料布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等试验方法的选用。

（2）教学内容

布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等试验方法的特点及选用。

（3）重点和难点

重点：不同材料布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等试验方法的选用

难点：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等试验方法的基本原理

1. 材料的冲击韧性及低温脆性（1课时）

   （1）基本要求

   解释冲击弯曲试验与冲击韧性的意义；解释低温脆性的表示方法。

   （2）教学内容

2. 冲击弯曲试验与冲击韧性的意义；

3. 低温脆性的表示方法。

   （3）重点和难点

   重点：冲击弯曲试验与冲击韧性的意义

   难点：低温脆性的表示方法

4. 材料的疲劳性能（3学时）

   （1）基本要求

   解释疲劳破坏的规律及特点，疲劳断口的特征；解释疲劳抗力指标σ_-1、ΔK_th的意义及影响因素；理解疲劳裂纹萌生及扩展机理；解释影响材料疲劳强度的因素。

   （2）教学内容

5. 疲劳破坏的规律及特点，疲劳断口的特征；

6. 疲劳抗力指标σ_-1、ΔK_th的意义及影响因素；

7. 疲劳裂纹萌生及扩展机理，影响材料疲劳强度的因素。 

   （3）重点和难点

   重点：疲劳破坏的规律及特点，疲劳断口的特征

   难点：疲劳抗力指标σ_-1、ΔK_th的意义及影响因素

8. 材料的磨损性能（2学时）

   （1）基本要求

   解释摩擦磨损的概念及类型；理解磨损过程，解释耐磨性及测量方法。

   （2）教学内容

9. 摩擦磨损的概念及类型；

10. 耐磨性及测量方法。

    （3）重点和难点

    重点：摩擦磨损的概念及类型

    难点：耐磨性及测量方法

11. 材料的高温力学性能（1学时）

    （1）基本要求

    解释蠕变的基本概念，蠕变极限、持久强度的表示方法；理解影响蠕变性能的因素。

    （2）教学内容

    蠕变，蠕变极限、持久强度，影响蠕变性能的因素。

    （3）重点和难点

    重点：蠕变极限、持久强度的表示方法

    难点：影响蠕变性能的因素

12. 材料在环境介质作用下的腐蚀（1学时）

    （1）基本要求

    解释材料腐蚀的基本概念，解释金属材料的应力腐蚀的特点；理解氢脆产生的原因。

    （2）教学内容

    应力腐蚀、氢脆的特点。

    （3）重点和难点

    重点：金属材料的应力腐蚀的特点

    难点：氢脆的特点

13. 材料的强韧化（1学时）

    （1）基本要求

    按专业解释材料强化与韧化基本原理，材料强韧化常用方法及复合改性。

    （2）教学内容

    金属材料、无机材料和高分子材料的强化与韧化基本原理，材料强韧化常用方法及复合改性。

        （3）重点和难点

    重点：材料强韧化常用方法

    难点：材料强化与韧化基本原理

14. 材料的热学性能（6学时）

    （1）基本要求

    解释热容物理意义、本质及应用；解释热膨胀物理意义、本质及应用；解释热传导的物理意义、本质及应用；解释热稳定性的概念及表达。

    （2）教学内容

    热容、热膨胀、热传导的物理意义、本质及应用。

    （3）重点和难点

    重点：热容、热膨胀、热传导、热稳定性的物理意义

    难点：热容、热膨胀、热传导、热稳定性的物理本质及应用

15. 材料的磁学性能（4学时）

    （1）基本要求

    解释磁性及其物理本质；解释产生抗磁性与顺磁性的物理本质及影响因素；解释铁磁性与反铁磁性的物理本质及在材料科学中的应用。

       （2）教学内容

    磁性及其物理本质，抗磁性与顺磁性、铁磁性与反铁磁性的物理本质及在材料科学中的应用。

    （3）重点和难点

    重点：磁性及其物理本质

    难点：抗磁性与顺磁性、铁磁性与反铁磁性的物理本质

16. 材料的电学性能（4学时）

    （1）基本要求

    解释导电性的物理本质、影响因素及在材料科学中的应用；解释热电性能的物理本质、影响因素及在材料科学中的应用；理解介电性能的物理本质、影响因素及在材料科学中的应用。

        （2）教学内容

    导电性、热电性能、介电性能的物理本质、影响因素及在材料科学中的应用。

    （3）重点和难点

    重点：导电性、热电性能的物理本质、影响因素

    难点：介电性能的物理本质、影响因素

17. 材料的光学性质（2学时）

    （1）基本要求

    解释光的物理本质及其与材料的作用；解释材料的透光性；解释光与着色原理。

        （2）教学内容

    光的物理本质及其与材料的作用，材料的透光性，着色原理。

    （3）重点和难点

    重点：光的物理本质及其与材料的作用

    难点：着色原理

四、达成课程目标的途径和措施

1. 本课程的教学方法

本课程涉及到的教学方法有“讲授法”、“案例教学法”、“多媒体视频法”、“学生授课法”“课堂讨论法”“学生作业讲解”等，具体根据教学内容和目标不同采取更合适的教学方法。

绪论、第一章至第三章以及第十二至第十五章部分授课以“讲授法”为主，并与课堂学生讨论等互动方式配合使用。解释每一章讲授结束后，均布置课后习题，覆盖所讲内容的难点和重点。学生完成作业并自己讲解作业，进行难点问题讨论。

第四章至第十一章部分授课以“学生授课法”、“课堂讨论法”为主，要求学生课前预习自学，并下载文献视频制作讲稿PPT文件，课上以学生讲解和课堂讨论为主，增强学生学习自主性，提高学生对所学理论知识的理解。

要求学生结合自己的专业方向和兴趣，自选文献案例，进行对材料性能影响的各种因素的综合分析，作为开卷考试部分的素材资料。

2. 教学手段

本课程采用现代化的教学手段，采用“多媒体”结合“板书”的教学手段进行授课，“多媒体”可将抽象的内容生动化，将动画视频、录像及图片穿插到教学内容中，使学生“身临其境”地学习，达到课程目标要求。“板书”可用于辅助表达，二者充分发挥优势，扬长避短。

3. 课外阅读要求

推荐学生利用互联网资源、校园网资源（校园网数据库）、图书馆资源（期刊、专业文献）等多种手段获取信息，进行课前学习、课后复习和课外阅读，既能加深对教学内容的理解，又能拓展专业视野，紧跟行业发展前沿。

4.多环节训练

（1）作业（课堂讲解）

（2）课堂讨论

（3）期末考试

五、课程综合记分方法

课程考核由作业（课堂讲解/案例选题/讨论）、期末考试三部分组成，内容须覆盖全部课程目标和毕业要求指标点。

各考核环节及所占比重见下表：

（注：无故旷勤1/3者，不允许参加期末考试。）

评分标准：

1. 作业：每次作业按百分制评分，总评后折算成10分。

   作业（课堂讲解）的评分标准

1. 课堂讨论：每次课堂讨论按百分制评分，总评后折算成10分。

   课堂讨论的评分标准

3） 期末考试：期末考试成绩是通过考试的卷面成绩给出，考核内容覆盖课程知识点。按期末考试的标准答案和评分标准百分制评分，总评后折算成80分。

为了确保考核试卷的信度和效度，必须针对教学目标、把握能力层次，进行试卷蓝图设计。

试卷蓝图设计

 六、   评估方法

本课程采用基于课程目标（即预期学习成果）的评估方法，包括：1）根据课程目标设计并实施相应的学习任务和学习活动；2）收集学习活动中各种学习成果的评估资料；3）分析和评估实际的学习成果，做出正确的判断。4）写出反思和持续改进报告（包括评估过程、评估结果、教学反思和持续改进）。

课程目标1评估设计

课程目标2 评估设计

课程目标3评估设计

课程目标4评估设计

七  课程目标达成评价与持续改进机制

课程评价周期定为每2年评价一次，评价小组由教学指导委员会和专业负责人组成。评价小组依据毕业要求达成度目标值设置课程达成目标值，采用课程总评成绩分析法进行评价。依据课程评价的结果，寻找问题，持续改进课程教学质量。依据毕业要求达成度评价结果，持续改进课程体系。

2 持续改进机制

1. 建立持续改进制度

2. 成立本课程持续改进组。

3. 由课程持续改进组组长负责组织执行并监督持续改进过程。

4. 制定持续改进措施。

5. 成立本课程持续改进组

   组长：付华               

   组员：吴红亚、蒋晓军

6. 本课程持续改进方法

7. 平时成绩考核机制：根据每届学生学情，课程组教师须及时汇总统计学生平时成绩考核的各项指标，及时调整学生的状态，并做相应记录。

8. 期末考试考核机制：对期末考试试卷进行分析，统计各部分试题得分情况，将统计结果用于整体分析研究该门课程，用于课程的持续改进。

9. 本课程持续改进措施

10. 针对平时成绩考核，采取与学生讨论、与学生单独交流等措施改进。

11. 针对期末考试考核，根据学生考试出现的问题和本课程的重点内容对补考的学生采取辅导、答疑等措施改进。

     

     

    制表：吴红亚   审核：付华    批准：            发布日期：2018年