《材料热力学》教学大纲课程名称：材料热力学课程类别（必修/选修）：必修课程英文名称：ThermodynamicsofMaterials总学时/周学时/学分：32/2/2其中实验/实学时：0先修课程：高等数学、大学物理、大学化学等后续课程支撑：材料科学基础、金属学及热处理、金属凝固理论授课时间：1-16周星期二1-2节授课地点：松山湖校区6A-402授课对象：2022级金属2班开课学院：材料科学与工程学院任课教师姓名/职称：陈肯/讲师答疑时间、地点与方式：1.每次上课的课间和课后，采用一对一的问答方式：2.通过电子邮件等联系方式答疑。课程考核方式：开卷（）闭卷（）课程论文（）其它（）使用教材：《物理化学》上册第六版天津大学物理化学教研室高等教育出版社教学参考资料：《材料热力学》第二版郝士明蒋敏李洪晓化学工业出版社课程简介：《材料热力学》课程是材料类专业本科生的重要基础课程。材料热力学是热力学基本原理在材料科学研究中的应用，其与动力学、品体学及固体物理和固体化学等共同组成了材料科学的学科基础。材料热力学的主要任务是揭示材料中相和组织的形成规律，确定相稳定性、相变方向及相变驱动力等。应用材料热力学基本原理可以阐明和预测相图、相变以及材料的其他物理现象。本课程的主要任务是培养学生应用基本热力学原理解决材料研究中具体问题及解释材料科学中热力学现象的能力。课程主要讲述内容包括：热力学三大定律、溶液模型、相图热力学及相变热力学等。通过该课程的学习，要求学生掌握热力学基本定律，理解热力学定律是如何通过热力学函数应用到材料科学研究领域而形成材料热力学规律的。课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑：毕业要求课程教学目标支撑毕业要求指标点1
1 《材料热力学》教学大纲 课程名称：材料热力学 课程类别（必修/选修）：必修 课程英文名称：Thermodynamics of Materials 总学时/周学时/学分：32/2/2 其中实验/实践学时：0 先修课程： 高等数学、大学物理、大学化学等 后续课程支撑： 材料科学基础、金属学及热处理、金属凝固理论 授课时间： 1-16 周 星期二 1-2 节 授课地点：松山湖校区 6A-402 授课对象： 2022 级金属 2 班 开课学院： 材料科学与工程学院 任课教师姓名/职称： 陈肯/讲师 答疑时间、地点与方式： 1.每次上课的课间和课后，采用一对一的问答方式；2.通过电子邮件等联系方式答疑。 课程考核方式：开卷（）闭卷（√）课程论文（）其它（ ） 使用教材：《物理化学》上册 第六版 天津大学物理化学教研室 高等教育出版社 教学参考资料：《材料热力学》第二版 郝士明 蒋敏 李洪晓 化学工业出版社 课程简介：《材料热力学》课程是材料类专业本科生的重要基础课程。材料热力学是热力学基本原理在材料科学研究中的应用，其与动力学、晶体学及 固体物理和固体化学等共同组成了材料科学的学科基础。材料热力学的主要任务是揭示材料中相和组织的形成规律，确定相稳定性、相变方向及相变驱 动力等。应用材料热力学基本原理可以阐明和预测相图、相变以及材料的其他物理现象。本课程的主要任务是培养学生应用基本热力学原理解决材料研 究中具体问题及解释材料科学中热力学现象的能力。课程主要讲述内容包括：热力学三大定律、溶液模型、相图热力学及相变热力学等。通过该课程的 学习，要求学生掌握热力学基本定律，理解热力学定律是如何通过热力学函数应用到材料科学研究领域而形成材料热力学规律的。 课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑： 课程教学目标 支撑毕业要求指标点 毕业要求
目标1：理解热力学基本概念，掌握热力学第一定律，理解自发过2.1具有综合运用所学的数学，自然科程，掌握热力学第二定律，理解摘与克劳修斯不等式，掌No.2问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学和工程科学的基本原理分析解决金握热力学第三定律，掌握自由能函数与判据，掌握热力学学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析属材料制备、加工领域的复杂工程问基本关系，理解溶液定义，理解偏摩尔量，掌握化学势，金属材料领域的复杂工程问题，以获得有效结论。题：理解相律，掌握典型相图，理解相变分类，掌握形核、相变驱动力，理解调幅分解。目标2：5.1能够开发、选择及使用现代专业检No.5使用现代工具：能够针对金属材料的设计、制掌握功的计算，热的计算，理解第一定律的实际应用，掌测设备、资源及技术来分析金属材料工备、加工等问题，开发、选择与使用恰当的技术、握摘变的计算，掌握自由能的计算，掌握不同体系中化学程中涉及合金设计与制备、产品加工等资源、现代工程工具和信息技术工具，对金属材料势的计算，掌握相图分析，形核、理解相变驱动力计算。方面的复杂工程问题，并能够理解其局工程领域复杂问题进行预测与模拟，并能够理解其限性。局限性。目标3：培养学生具有主动参与、积极进取、崇尚科学、探究科学12.1具有自主学习和终身学习的意识，的学习态度和思想意识：养成理论联系实际、科学严谨、No.12终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。认真细致、实事求是的科学态度和职业道德，积极落实人有不断学习和适应发展的能力。才培养计划，使学生成为出色的、受社会所欢迎的工程技术人才。2
2 目标 1： 理解热力学基本概念，掌握热力学第一定律，理解自发过 程，掌握热力学第二定律，理解熵与克劳修斯不等式，掌 握热力学第三定律，掌握自由能函数与判据，掌握热力学 基本关系，理解溶液定义，理解偏摩尔量，掌握化学势， 理解相律，掌握典型相图，理解相变分类，掌握形核、相 变驱动力，理解调幅分解。 2.1 具有综合运用所学的数学，自然科 学和工程科学的基本原理分析解决金 属材料制备、加工领域的复杂工程问 题； No.2 问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科 学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析 金属材料领域的复杂工程问题，以获得有效结论。 目标 2： 掌握功的计算，热的计算，理解第一定律的实际应用，掌 握熵变的计算，掌握自由能的计算，掌握不同体系中化学 势的计算，掌握相图分析，形核、理解相变驱动力计算。 5.1 能够开发、选择及使用现代专业检 测设备、资源及技术来分析金属材料工 程中涉及合金设计与制备、产品加工等 方面的复杂工程问题，并能够理解其局 限性。 No.5 使用现代工具：能够针对金属材料的设计、制 备、加工等问题，开发、选择与使用恰当的技术、 资源、现代工程工具和信息技术工具，对金属材料 工程领域复杂问题进行预测与模拟，并能够理解其 局限性。 目标 3： 培养学生具有主动参与、积极进取、崇尚科学、探究科学 的学习态度和思想意识；养成理论联系实际、科学严谨、 认真细致、实事求是的科学态度和职业道德，积极落实人 才培养计划，使学生成为出色的、受社会所欢迎的工程技 术人才。 12.1 具有自主学习和终身学习的意识， 有不断学习和适应发展的能力。 No.12 终身学习：具有自主学习和终身学习的意识， 有不断学习和适应发展的能力
理论教学进程表支撑教学周次教学主题搜课教师教学模式学时敬教学内容（重点、难点、课程思政融入点）学生学习预期成果作业安排课程方法目标课程思政作热力学的基本内涵，发展历史，任务业：要求学1，理解热力学的基重点：热力学的基本任务线上，优学院，生每人至少本内涵：2，了解材讲授+班级码：目标1阅读一篇与难点：热力学的发展历史料热力学的发展历小组绪论陈肯243882150热力学发展目标3史及基本内容。讨论课程思政融入点：运用辩证法，讨论经有关的文章典热力学的特点，培养学生的辩证看待或书籍，并事物的思维习惯。做摘要。1，理解理想气体微理想气体微观模型及其状态方程：，热力观模型及其状态方学的基本概念：热力学第一定律：理想程：：2，理解并掌混合式，优学气体不同条件下的热力学能、焰及功的握热力学的基本概讲授+院，班级码：目标1热力学第计算2-4陈肯小组课后习题6念：3，理解并掌握43882150一定律目标2重点：热力学基本概念。讨论热力学第一定律：4，理解并掌握体积难点：热力学第一定律、功和热的计算。功的概念及功的计算3
3 理论教学进程表 周次 教学主题 授课教师 学时数 教学内容（重点、难点、课程思政融入点） 学生学习预期成果 教学模式 教学 方法 作业安排 支撑 课程 目标 1 绪论 陈肯 2 热力学的基本内涵，发展历史，任务 重点：热力学的基本任务 难点：热力学的发展历史 课程思政融入点：运用辩证法，讨论经 典热力学的特点，培养学生的辩证看待 事物的思维习惯。 1，理解热力学的基 本内涵；2，了解材 料热力学的发展历 史及基本内容。 线上，优学院， 班级码： 43882150 讲授+ 小 组 讨论 课程思政作 业：要求学 生每人至少 阅读一篇与 热力学发展 有关的文章 或书籍，并 做摘要。 目标 1 目标 3 2-4 热力学第 一定律 陈肯 6 理想气体微观模型及其状态方程；,热力 学的基本概念；热力学第一定律；理想 气体不同条件下的热力学能、焓及功的 计算 重点：热力学基本概念。 难点：热力学第一定律、功和热的计算。 1，理解理想气体微 观模型及其状态方 程；；2，理解并掌 握热力学的基本概 念；3，理解并掌握 热力学第一定律； 4，理解并掌握体积 功的概念及功的计 算 混合式，优学 院，班级码： 43882150 讲授+ 小 组 讨论 课后习题 目标 1 目标 2
1，理解并掌握自发过程的定义；2，理自发过程的定义及其共同特征：热力学解并掌握热力学第第二定律文字表达：摘的定义、判据及二定律：3，理解热课程思政作摘变的计算：不可逆过程的本质及的力学第二定律4，理混合式，优学微观意义。业：阅读薛讲授+解并掌握炳判据及院，班级码：目标1热力学第定湾《生命重点：热力学第二定律。5-6陈肯小组4变的计算：5，理43882150二定律是什么》第6目标3讨论难点：摘的引出、摘判据。解不可逆过程的本章，并做摘质及摘的微观意要。课程思政融入点：从马克思主义认识论义：6，理解并掌握的理论联系实际的出发，引导学生将摘热力学第三定律。判据与实际中的现象联系。1，理解并掌握A定A定义及判据：G定义及判据：△G和义及判据2，理解并AA的计算：热力学基本关系式的推导、混合式，优学课堂掌握G定义及判据：热力学函使用条件及应用院，班级码：目标1讲授+3，理解并掌握AG7-8陈肯课后习题数及其基4重点：自由能的计算。43882150小组目标2和△A的计算：4，本关系式讨论难点：热力学基本关系的推导。理解并掌握热力学基本关系式的推导、使用条件及应4
4 5-6 热力学第 二定律 陈肯 4 自发过程的定义及其共同特征；热力学 第二定律文字表达；熵的定义、判据及 熵变的计算；不可逆过程的本质及熵的 微观意义。 重点：热力学第二定律。 难点：熵的引出、熵判据。 课程思政融入点：从马克思主义认识论 的理论联系实际的出发，引导学生将熵 判据与实际中的现象联系。 1，理解并掌握自发 过程的定义；2，理 解并掌握热力学第 二定律；3，理解热 力学第二定律 4，理 解并掌握熵判据及 熵变的计算；5，理 解不可逆过程的本 质 及 熵 的 微 观 意 义；6，理解并掌握 热力学第三定律。 混合式，优学 院，班级码： 43882150 讲授+ 小 组 讨论 课程思政作 业：阅读薛 定谔《生命 是什么》第 6 章，并做摘 要。 目标 1 目标 3 7-8 热力学函 数及其基 本关系式 陈肯 4 A 定义及判据；G 定义及判据；ΔG 和 ΔA 的计算；热力学基本关系式的推导、 使用条件及应用 重点：自由能的计算。 难点：热力学基本关系的推导。 1，理解并掌握 A 定 义及判据 2，理解并 掌握G定义及判据； 3，理解并掌握ΔG 和ΔA 的计算；4， 理解并掌握热力学 基 本 关 系 式 的 推 导、使用条件及应 混合式，优学 院，班级码： 43882150 课 堂 讲授+ 小 组 讨论 课后习题 目标 1 目标 2
用摩尔量、化学势、理想溶液、稀溶液、1，理解依数性产生活度、活度系数等概念的含义：偏摩尔混合式，优学课堂的原因，3,掌握化学量的求和公式、化学势公式院，班级码：目标1溶液的热讲投+势公式及标准态含祝闻2重点：化学势。43882150力学性质小组目标2义。讨论难点：拉尔定律和亨利定律。拉乌尔定律、亨利定律、依数性产生的原因，化学势对传质过程的决定性作用。课程思政作2，理解依数性产生课堂业：要求学重点：化学势。混合式，优学目标1讲授+生利用化学溶液的热的原因，3,掌握化学10陈肯2院，班级码：难点：拉乌尔定律和亨利定律。力学性质小组势公式及标准态含势判据来解目标243882150讨论课程思政融入点：从理论联系实际的观义。释生活中的现象。点出发，讲授应用化学势解决实际溶液中的热力学问题，深化学生对知行合一的理解。混合式，优学相的概念和相平衡条件：相图中点、线、1，理解相的概念和课堂8011-13相平衡陈肯课后习题目标1面的含义，能够分析相图：各种基本相院，班级码：讲授+相平衡条件：2，理5
5 用 9 溶液的热 力学性质 祝闻 2 摩尔量、化学势、理想溶液、稀溶液、 活度、活度系数等概念的含义；偏摩尔 量的求和公式、化学势公式 重点：化学势。 难点：拉乌尔定律和亨利定律。 1，理解依数性产生 的原因，3,掌握化学 势公式及标准态含 义。 混合式，优学 院，班级码： 43882150 课 堂 讲授+ 小 组 讨论 目标 1 目标 2 10 溶液的热 力学性质 陈肯 2 拉乌尔定律、亨利定律、依数性产生的 原因，化学势对传质过程的决定性作 用。 重点：化学势。 难点：拉乌尔定律和亨利定律。 课程思政融入点：从理论联系实际的观 点出发，讲授应用化学势解决实际溶液 中的热力学问题，深化学生对知行合一 的理解。 2，理解依数性产生 的原因，3,掌握化学 势公式及标准态含 义。 混合式，优学 院，班级码： 43882150 课 堂 讲授+ 小 组 讨论 课程思政作 业：要求学 生利用化学 势判据来解 释生活中的 现象。 目标 1 目标 2 11-13 相平衡 陈肯 8 相的概念和相平衡条件；相图中点、线、 面的含义，能够分析相图；各种基本相 1，理解相的概念和 相平衡条件；2，理 混合式，优学 院，班级码： 课 堂 讲授+ 课后习题 目标 1
小组目标2图的特点，能够根据相图分析体系相变解相图中点、线、43882150讨论过程：相图构成规律。面的含义，能够分析相图：3，掌握各重点：相图分析种基本相图的特难点：相律的推导点，能够根据相图分析体系相变过程：1，掌握通过自由能判据分析纯物质相自由能判据：理想溶液和实际溶液自由平衡的方法：2，掌能公式，自由能最小原理及公切线法则握理想溶液和实际在二组分体系相平衡分析中的应用，能混合式，优学溶液自由能公式，课堂通过分析自由能曲线，确定相平衡状院，班级码：目标1相图热力掌握规则溶液模型讲授+态：由化学势相等条件计算两相平衡浓14-15陈肯2课后习题43882150学自由能公式，并理小组目标2度的方法。讨论解各项含义：3，掌重点：自由能最小原理及公切线法握自由能最小原理难点：分析自由能曲线，确定相平衡状及公切线法则在二态组分体系相平衡分析中的应用。2目标116陈肯课后习题相变热力一级相变和二级相变的定义及特点：形掌握一级相变和二混合式，优学课堂6
6 图的特点，能够根据相图分析体系相变 过程；相图构成规律。 重点：相图分析 难点：相律的推导 解相图中点、线、 面的含义，能够分 析相图；3，掌握各 种 基 本 相 图 的 特 点，能够根据相图 分 析 体 系 相 变 过 程； 43882150 小 组 讨论 目标 2 14-15 相图热力 学 陈肯 2 自由能判据；理想溶液和实际溶液自由 能公式，自由能最小原理及公切线法则 在二组分体系相平衡分析中的应用，能 通过分析自由能曲线，确定相平衡状 态；由化学势相等条件计算两相平衡浓 度的方法。 重点：自由能最小原理及公切线法 难点：分析自由能曲线，确定相平衡状 态 1，掌握通过自由能 判据分析纯物质相 平衡的方法；2，掌 握理想溶液和实际 溶液自由能公式， 掌握规则溶液模型 自由能公式，并理 解各项含义；3，掌 握自由能最小原理 及公切线法则在二 组分体系相平衡分 析中的应用。 混合式，优学 院，班级码： 43882150 课 堂 讲授+ 小 组 讨论 课后习题 目标 1 目标 2 16 相变热力 陈肯 2 一级相变和二级相变的定义及特点；形 掌握一级相变和二 混合式，优学 课 堂 课后习题 目标 1
学讲授+目标3级相变的定义及特院，班级码：核驱动力的计算方法及图示表示：相变小组时驱动力的图示表示：Spinodal分解的点：2，掌握形核驱43882150讨论特点及其热力学原因。动力的计算方法及图示表示：3，掌握重点：合金形核-生长驱动力的计算方法相变时驱动力的图难点：Spinodal分解。示表示4，理解Spinodal 分解的特点及其热力学原因32 合计：课程考核权重(%)评价依据及成绩比例（%）序号课程目标考核内容出勤学案及作业小组竞赛考试目标1：1.热力学基本概念，热力学第一定理解热力学基本概念，掌握热力学第一律，自发过程，热力学第二定律，摘定律，理解自发过程，掌握热力学第二与克劳修斯不等式，热力学第三定律定律，理解摘与克劳修斯不等式，掌握2.自由能函数与判据，热力学基本热力学第三定律，掌握自由能函数与判15103055/C关系，溶液定义，偏摩尔量，化学势据，掌握热力学基本关系，理解溶液定3.相律，典型相图，相变分类，形义，理解偏摩尔量，掌握化学势，理解核、相变驱动力，调幅分解。相律，掌握典型相图，理解相变分类掌握形核、相变驱动力，理解调幅分解。7
7 学 核驱动力的计算方法及图示表示；相变 时驱动力的图示表示；Spinodal 分解的 特点及其热力学原因。 重点：合金形核-生长驱动力的计算方法 难点：Spinodal 分解。 级相变的定义及特 点；2，掌握形核驱 动力的计算方法及 图示表示；3，掌握 相变时驱动力的图 示 表 示 4 ， 理 解 Spinodal 分解的特 点及其热力学原因 院，班级码： 43882150 讲授+ 小 组 讨论 目标 3 合计： 32 课程考核 序号 课程目标 考核内容 评价依据及成绩比例（%） 权重（%） 出勤 学案及作业 小组竞赛 考试 1 目标 1： 理解热力学基本概念，掌握热力学第一 定律，理解自发过程，掌握热力学第二 定律，理解熵与克劳修斯不等式，掌握 热力学第三定律，掌握自由能函数与判 据，掌握热力学基本关系，理解溶液定 义，理解偏摩尔量，掌握化学势，理解 相律，掌握典型相图，理解相变分类， 掌握形核、相变驱动力，理解调幅分解。 1. 热力学基本概念，热力学第一定 律，自发过程，热力学第二定律，熵 与克劳修斯不等式，热力学第三定律 2. 自由能函数与判据，热力学基本 关系，溶液定义，偏摩尔量，化学势 3. 相律，典型相图，相变分类，形 核、相变驱动力，调幅分解。 0 15 10 30 55
目标2：1,功的计算，热的计算，第一定律的实际应用掌握功的计算，热的计算，理解第一定律的实际应用，掌握炳变的计算，掌握2.摘变的计算3023.自由能的计算，不同体系中化学势520自由能的计算，掌握不同体系中化学势0的计算的计算，掌握相图分析，形核、理解相变驱动力计算。4.相图分析，形核、相变驱动力计算。目标3：培养学生具有主动参与、积极进取、崇尚科学、探究科学的学习态度和思想意1.主动参与、积极进取、探究科学识：养成理论联系实际、科学严谨、认的学习态度和思想意识351550真细致、实事求是的科学态度和职业道2.理论联系实际、科学严谨、认真德，积极落实人才培养计划，使学生成细致的科学态度为出色的、受社会所欢迎的工程技术人才。合计202550100备注：1）根据《东莞理工学院考试管理规定》第十二二条规定：课3（或6课生不得套加该课程的期终者核。2）各项考核标准见附件所示，大纲编写时间：2023年8月26日8
8 2 目标 2： 掌握功的计算，热的计算，理解第一定 律的实际应用，掌握熵变的计算，掌握 自由能的计算，掌握不同体系中化学势 的计算，掌握相图分析，形核、理解相 变驱动力计算。 1.功的计算，热的计算，第一定律的 实际应用 2.熵变的计算 3.自由能的计算，不同体系中化学势 的计算 4.相图分析，形核、相变驱动力计算。 0 5 5 20 30 3 目标 3： 培养学生具有主动参与、积极进取、崇 尚科学、探究科学的学习态度和思想意 识；养成理论联系实际、科学严谨、认 真细致、实事求是的科学态度和职业道 德，积极落实人才培养计划，使学生成 为出色的、受社会所欢迎的工程技术人 才。 1. 主动参与、积极进取、探究科学 的学习态度和思想意识 2. 理论联系实际、科学严谨、认真 细致的科学态度 5 5 5 0 15 合计 5 25 20 50 100 备注：1）根据《东莞理工学院考试管理规定》第十二条规定：旷课 3 次（或 6 课时）学生不得参加该课程的期终考核。2）各项考核标准见附件所示。 大纲编写时间：2023 年 8 月 26 日
系（部）审查意见：我系已对本课程教学大纲进行了审查，同意执行。系（部）主任签名：日期：2023年9月3日9
9 系（部）审查意见： 我系已对本课程教学大纲进行了审查，同意执行。 系（部）主任签名： 日期： 2023 年 9 月 3 日
附录：各类考核评分标准表考勤评分标准评分标准权重（%）教学目标要求0100上课迟到、早退、旷课超过2次准时上下课目标3：培养学生具有主动参与、积极进取、崇尚科学、探究科学的学习态度和思想意识：养成理论联系实际、科学严谨、认真细致、5实事求是的科学态度和职业道德，积极落实人才培养计划，使学生成为出色的、受社会所欢迎的工程技术人才。（支撑毕业要求指标点12.1）10
10 附录：各类考核评分标准表 考勤评分标准 教学目标要求 评分标准 权重（%） 0 100 目标 3： 培养学生具有主动参与、积极进取、崇尚 科学、探究科学的学习态度和思想意识； 养成理论联系实际、科学严谨、认真细致、 实事求是的科学态度和职业道德，积极落 实人才培养计划，使学生成为出色的、受 社会所欢迎的工程技术人才。 （支撑毕业要求指标点 12.1） 上课迟到、早退、旷课超过 2 次 准时上下课 5