《材料科学发展史》课程构想及教学纲要

论材料科学的发展史及发展趋势[摘要]本文简要的介绍了材料的史,然后介绍了一些新材料及其发展趋势。

[关键词]材料科学发展史趋势金属材料超导材料高分子材料如今，一说到材料很多人都不会感到陌生，因为我们的生活与材料是息息相关的。

如我们造房子就需要各种各样的材料，而这些材料既有无机非金属材料（如水泥、沙子）的又有金属材料（如钢筋）的。

我们所使用的各种生活用品也是由各种材料制造而成的。

还有各个领域（如航天、航空、军事）都有材料的影子。

可以这么说，人们想要发展，那就必须先发展材料科学。

在人类社会的发展过程中，材料的发展水平始终是时代进步和社会文明的标志，人类文明的发展史，就是一部如何更好地利用材料和创造材料的历史。

在当代，材料和能源、信息是构成社会文明和国民经济的三大支柱，其中材料更是科学技术发展的物质基础和技术先导。

材料科学与工程是一门实用的、直接的科学与技术，是研究材料的组成与结构、合成与制备.性质及使用性能等基本要素及其相互关系与制约规律的一门科学。

涵盖高分子材料与工程无机非金属材料工程等本科专业。

改革开放后，20 世纪 70 年代末至 90 年代，随着经济、社会和科学的发展，各种新材料的出现和广泛应用，计算机技术的发展，材料科学与材料工程之间的界线开始模糊，几大材料之间有了更多的内在联系和共性。

各学科之间的相互交叉、渗透、借鉴，材料科学技术迅速发展。

所以为了更好地学习和研究材料，我们很有必要学习一下材料科学的发展史，并了解一下材料科学今后的发展趋势。

一、材料科学发展史人类社会的发展历程,是以材料为主要标志的。

上,材料被视为人类社会进化的里程碑。

对材料的认识和利用的能力,决定着社会的形态和人类生活的质量。

材料是人类生活和生产的物质基础，是人类认识自然和改造自然的工具。

可以这样说，自从人类一出现就开始了使用材料。

材料的历史与人类史一样久远。

从考古学的角度，人类文明曾被划分为旧石器时代、新石器时代、青铜器时代、铁器时代等，由此可见材料的发展对人类社会的影响。

《材料科学发展史》课程构想及教学纲要谢盛辉（深圳大学理学院材料系广东深圳 518060）[摘 要]材料科学的发展与科学技术的演变和人类文明的进化息息相关，新材料的开发和利用直接关系到社会的发展水平。

在大学生中普及材料科学基本知识具有实际意义。

深圳大学根据客观需要，率先开设了综合选修课《材料科学发展史》。

笔者根据多年的教学经验，提出了对该课程的几点构想，并列出该课程的教学纲要，将其付诸教学实践，取得了很好的教学效果。

[关键词]材料科学发展史；教学纲要；课程构想人类从诞生的那天起，就开始开发和利用材料；而材料从被人类利用的那天起，就与我们的生活息息相关。

从最原始的石器到今天名类繁多的各种高性能新材料，其发展演变经过了一系列漫长的过程。

但是材料毕竟属于中间产品，是我们日常见到的构件和器件的基本组成部分，所以不容易被人们认识和了解。

比如我们常见的电脑，日常生活中很多人都会忽略它与材料科学之间的关系，不清楚它是由半导体材料、高分子材料、有色金属、高性能陶瓷等多类材料制成的各种器件组装而成的。

基于实际需要，深圳大学材料科学专业特创设专业选修课《材料科学发展史》，介绍材料科学的演变史和材料科学的基本知识。

让材料专业的学生了解材料科学技术的演变史，有助于他们更牢固地掌握材料学基本知识和更好地开发利用新材料；对于非材料学专业的学生来说，有助于他们对材料科学知识的初步认识，并在日常生活中正确对待和使用各类材料。

目前尚未发现有国内高校开设同类型的课程，同时本课程既要面向具有一定专业基础的本专业学生，又要面向大量非材料学专业的学生，针对这些客观现实，笔者总结几年来的教学经验，提出几点构想，列出教学纲要。

以期与学界相关专业人士探讨。

一、抓住主线、提纲契领一部人类文明史，从某种意义上说，也可以称之为一部材料科学发展史。

材料科学技术的发展在人类历史上具有重要的地位。

历史上，材料被视为人类社会进化的里程碑。

对材料的认识和利用的能力，决定着社会的形态和人类生活的质量。

材料科课程设计一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握材料科学的基本概念、原理和性质，培养学生对材料的分析、设计和应用能力。

具体目标如下：1.知识目标：•了解材料的分类和基本性质。

•掌握材料的微观结构和宏观性能之间的关系。

•熟悉材料的制备方法和工艺流程。

•了解材料的应用领域和发展趋势。

2.技能目标：•能够分析材料的性质和性能。

•能够运用材料科学的知识解决实际问题。

•具备一定的实验操作能力和数据处理能力。

3.情感态度价值观目标：•培养学生对材料的科学性和应用性的兴趣和好奇心。

•培养学生对材料科学研究的热情和责任感。

•培养学生团队合作和创新思维的能力。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.材料的基本概念和分类：材料的概念、材料的分类和特点。

2.材料的微观结构和宏观性能：材料的微观结构、材料的宏观性能和应用。

3.材料的制备方法和工艺流程：材料的制备方法、工艺流程和实验操作。

4.材料的应用领域和发展趋势：材料的应用领域、发展趋势和前景。

具体的教学大纲和教材章节如下：1.教材章节1：材料的基本概念和分类。

2.教材章节2：材料的微观结构和宏观性能。

3.教材章节3：材料的制备方法和工艺流程。

4.教材章节4：材料的应用领域和发展趋势。

三、教学方法本课程的教学方法包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。

1.讲授法：通过教师的讲解和演示，向学生传授材料科学的基本概念和原理。

2.讨论法：通过小组讨论和课堂讨论，培养学生的思考和分析能力。

3.案例分析法：通过分析实际案例，让学生了解材料的应用和解决实际问题的能力。

4.实验法：通过实验操作和数据处理，培养学生的实验技能和科学素养。

四、教学资源本课程的教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备等。

1.教材：选用权威出版的教材，提供系统性的知识框架和理论基础。

2.参考书：提供相关的参考书籍，丰富学生的知识面和深入理解。

3.多媒体资料：利用多媒体课件和视频资料，增加课堂的趣味性和互动性。

材料科学基础课程教学大纲
一、课程背景与目标
材料科学基础课程是材料科学与工程专业的一门基础性课程，旨在培养学生对材料科学基本理论和基本知识的理解和掌握，为其后续的专业学习和科研工作打下坚实的基础。

本课程通过系统地讲授材料结构、性能与应用等方面的基础知识，旨在培养学生的科学思维、分析问题和解决问题的能力。

二、教学内容
1. 材料科学基础
1.1 材料科学的发展历程
1.2 材料科学的研究方法与手段
1.3 材料科学的基本概念和专业术语
2. 材料结构与性能
2.1 材料的晶体结构与非晶体结构
2.2 材料的晶体缺陷与非晶缺陷
2.3 材料的晶体结构与性能关系
2.4 材料的物理性质与化学性质
2.5 材料的机械性能与材料强度
3. 材料制备与加工
3.1 金属材料的制备与加工
3.2 陶瓷材料的制备与加工
3.3 高分子材料的制备与加工
3.4 复合材料的制备与加工
3.5 材料制备与加工中的工艺控制与监测
4. 材料性能测试与分析
4.1 材料性能测试的基本原理与方法4.2 材料力学性能测试与分析
4.3 材料热学性能测试与分析
4.4 材料电学性能测试与分析。

《材料科学基础》课程教学大纲一．课程名称：材料科学基础二．课程代码：MS101三．学时：48学时（3学分）四．授课对象：本科生五．前置课程：无六．课程性质：专业基础课七．课程目标：1．使学生了解材料科学的基本概念和基本原理。

2．培养学生运用材料科学知识解决实际问题的能力。

3．激发学生对材料科学研究的兴趣。

八．教材与参考书：参考书：九．教学内容和要求：1．材料科学概述1.1材料科学的定义和研究内容1.2材料科学的发展历程1.3材料分类和材料选择原则1.4材料的性能和结构1.5材料科学与工程应用2．材料结构与组成2.1原子结构与结晶2.2晶体缺陷与非晶态材料2.3材料的组织和相变3．材料工艺与加工3.1材料的制备过程3.2材料的加工方法和加工工艺3.3材料表面处理和改性4．材料性能与评价4.1材料的物理性能4.2材料的力学性能4.3材料的化学性能4.4材料的热学性能4.5材料的电学性能4.6材料的光学性能4.7材料的磁学性能4.8材料的导热性能5．材料选型与应用5.1材料的优化设计5.2材料的可持续发展5.3材料在能源领域的应用5.4材料在医药领域的应用5.5材料在环境保护领域的应用5.6材料在信息技术领域的应用十．教学方法：1．理论教学通过课堂讲授，结合多媒体和实例分析，引导学生理解材料科学的基本概念和原理。

2．实验教学开展相关实验，使学生通过自己动手操作和观察结果，加深对材料科学的理解。

3．课外阅读鼓励学生参考相关专业书籍和论文，加强对材料科学知识的深入了解。

十一．考核方式：1．平时成绩（20%）包括课堂表现和实验报告的评分。

2．期中考试（30%）涵盖了课程的基本概念和原理。

3．期末考试（50%）对整个课程的知识和理解进行综合考察。

十二．教学进度安排：教学周数主题内容第1周材料科学概述材料科学的定义和研究内容第2周材料分类和材料选择原则材料的分类和选用原则第3周材料的结构和组成材料的原子结构和结晶第4周材料的组织和相变材料的组织和相变第5周材料的制备过程材料的制备方法和工艺第6周材料的加工方法和加工工艺材料的加工方法和工艺第7周材料表面处理和改性材料表面处理和改性方法第8周期中考试第9周材料的物理性能材料的物理性能和测试方法第10周材料的力学性能材料的力学性能和测试方法第11周材料的化学性能材料的化学性能和测试方法第12周材料的热学性能材料的热学性能和测试方法第13周材料的电学性能材料的电学性能和测试方法第14周材料的光学性能材料的光学性能和测试方法第15周材料的磁学性能材料的磁学性能和测试方法第16周材料的导热性能材料的导热性能和测试方法第17周材料的优化设计材料的优化设计方法第18周材料的可持续发展材料的可持续发展原则第19周材料在能源领域的应用材料在能源领域的应用第20周材料在医药领域的应用材料在医药领域的应用第21周材料在环境保护领域的应用材料在环境保护领域的应用第22周材料在信息技术领域的应用材料在信息技术领域的应用第23周复习第24周期末考试十三．补充说明：本课程注重理论与实践相结合，通过实验教学和课外阅读，培养学生的实际操作能力和科学研究能力。

浅述材料科学发展史材料是人类生活和生产的物质基础，是人类认识自然和改造自然的工具，材料的历史与人类史一样久远。

从考古学的角度，人类文明曾被划分为旧石器时代、新石器时代、青铜器时代、铁器时代等，由此可见人类社会的发展历程,是以材料为主要标志的，材料也被视为人类社会进化的里程碑。

任何工程技术都离不开材料的设计和制造工艺，一种新材料的出现，必将促进当时社会文明的发展和技术的进步。

也就是说，对材料的认识和利用的能力,决定着社会的形态和人类生活的质量。

从人类的出现到20世纪的今天，人类的文明程度不断提高，材料及材料科学也在不断发展。

在人类文明的进程中，材料大致经历了以下五个发展阶段：1．使用纯天然材料的初级阶段在原古时代，人类只能使用天然材料（如兽皮、甲骨、羽毛、树木、草叶、石块、泥土等），也就是人们通常所说的旧石器时代。

这一阶段，人类所能利用的材料都是纯天然的，在这一阶段的后期，虽然人类文明的程度有了很大进步，在制造器物方面有了种种技巧，但是都只是纯天然材料的简单加工。

2．人类单纯利用火制造材料的阶段这一阶段横跨人们通常所说的新石器时代、铜器时代和铁器时代，也就是距今约10000年前到20世纪初的一个漫长的时期，并且延续至今，它们分别以人类的三大人造材料为特征，即陶、铜和铁。

这一阶段主要是人类利用火来对天然材料进行煅烧、冶炼和加工的时代。

例如人类用天然的材料来烧制陶器、砖瓦和陶瓷，以后又制出玻璃、水泥，加上从各种天然矿石中提炼铜、铁等金属材料以及无机非金属材料等等。

金属材料金属材料的制造和使用标志着人类文明的一个重大进步。

从青铜到钢铁，再到当今形形色色的合金材料，人类在自身不断进步的同时，从未放松过对金属材料的研究和开发。

金属材料科学主要是研究金属材料的成分组织、结构、缺陷与性能之间内在联系的一门学科。

金属材料科学与工程的工作者还要研究各种金属冶炼和合金化的反应过程和相的关系,金属材料的制备方法和形成机理,结晶过程以及材料在制造及使用过程中的变化和损毁机理。

《材料科学基础》教学大纲课程名称：材料科学基础学时：48学时学分：3学分课程目标：本课程旨在培养学生对于材料科学的基础知识与理解。

通过学习材料分类、结构、性能以及材料制备和表征的基本原理，学生将掌握材料科学基础知识，为进一步深入学习高级材料科学课程打下坚实的基础。

教学内容：第一章：材料科学概论（2学时）1.1材料科学的发展历程1.2材料在人类社会中的作用和意义1.3材料科学的研究内容和方法第二章：材料结构与性能（10学时）2.1材料的结构层次2.2结晶与非晶材料2.3晶体结构与晶格常数2.4材料的缺陷与缺陷对材料性能的影响2.5材料的力学性能、热学性能、电学性能等基本性能第三章：材料制备与处理（12学时）3.1材料的物质相与相图3.2材料的熔融法制备3.3材料的溶液法制备3.4材料的气相法制备3.5材料的固相反应制备3.6材料的表面处理与改性第四章：材料表征与分析（12学时）4.1材料的显微结构表征4.2材料的物理性能测试与测量4.3材料的化学成分分析4.4材料的表面形态与性质分析4.5材料的晶体结构表征第五章：新材料的发展与应用（12学时）5.1金属材料和合金的发展与应用5.2无机非金属材料的发展与应用5.3有机高分子材料的发展与应用5.4先进功能材料的发展与应用教学方式：本课程采用多种教学方法，包括课堂讲授、案例分析、小组讨论和实验室实践等。

通过理论与实践相结合的教学方式，促进学生对材料科学的深层次理解和应用能力的培养。

考核方式：课程考核主要包括平时成绩和期末考试。

平时成绩占总成绩的30%，包括课堂表现、小组讨论和实验报告等；期末考试占总成绩的70%，考查学生对于课程内容的理解和应用能力。

参考教材：1.王晓琪、李大鹏.材料科学基础[M].高等教育出版社.2.张安生、张雄飞、常凤祥.材料科学概论[M].高等教育出版社.3.陈传锋、郭晓义、沈宏.材料科学与工程导论[M].高等教育出版社.备注：本课程以培养学生的材料科学基础知识和理解能力为主要目标。

《材料的发展》讲义一、引言材料，是人类文明发展的基石。

从远古时代的石器、青铜器，到现代的高分子材料、纳米材料，材料的发展见证了人类社会的进步和科技的飞跃。

二、材料发展的历程1、天然材料时代在人类文明的早期，人们主要依赖天然材料，如石头、木材、兽皮等。

石头被用来制作工具和武器，木材用于建造房屋和制作家具，兽皮则提供了保暖的衣物。

这些天然材料虽然简单，但满足了人类基本的生存需求。

2、金属材料时代随着人类对火的掌握和冶金技术的发展，金属材料逐渐登上历史舞台。

最早被广泛使用的金属是铜，随后是铁。

青铜器的出现标志着人类进入了青铜时代，它在农业、手工业和军事等领域发挥了重要作用。

铁的出现则带来了更强大的工具和武器，促进了社会生产力的大幅提升。

3、合成材料时代19 世纪以来，化学工业的兴起使得合成材料得以诞生。

塑料、橡胶、纤维等合成材料以其优异的性能和广泛的应用，逐渐取代了部分传统材料。

塑料具有轻便、耐腐蚀、易加工等特点，广泛应用于包装、电子、汽车等行业。

橡胶则用于制造轮胎、密封件等。

合成纤维如尼龙、聚酯等，改变了人们的衣着方式。

4、新型材料时代20 世纪中叶以后，随着科技的迅猛发展，一系列新型材料不断涌现。

半导体材料的出现推动了电子信息技术的革命，使计算机、手机等电子产品成为可能。

复合材料结合了多种材料的优点，在航空航天、汽车等领域展现出卓越的性能。

纳米材料因其独特的物理化学性质，在生物医药、能源等领域有着广阔的应用前景。

三、材料发展的驱动力1、科学技术的进步科学理论的不断突破和技术手段的日益创新，为材料的研发和改进提供了强大的支持。

例如，量子力学的发展促进了半导体材料的研究，材料加工技术的进步使得材料的性能能够得到更精准的控制。

2、社会需求的变化人类社会的发展和需求的不断增长，推动着材料的发展。

例如，随着人口的增长和城市化进程的加速，对建筑材料的性能和环保要求越来越高；为了应对能源危机和环境问题，对新能源材料和可降解材料的研发迫在眉睫。