《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）：必修课英文名称：ThermodynamiesofMaterials其中实验/实贱学时：0总学时/周学时/学分：32/2/2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、金属凝固理论授课地点：松山湖校区6C-201授课时间：1-16周星期一3-4节授课对象：2023级金属1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》上册第七版天津大学物理化学教研室高等教有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：毕业要求支撑毕业要求指标点课程教学目标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 星期一 3-4 节 授课地点：松山湖校区 6C-201 授课对象： 2023 级金属 1 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 第七版 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间题，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215.1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、程中涉及合金设计与制备、产品加工等握摘变的计算，掌握自由能的计算，掌握不同体系中化学资源、现代工程工具和信息技术工具，对金属材料势的计算，掌握相图分析并应用于合金设计，形核、理解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。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，掌握相图分析并应用于合金设计，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授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：要求学重点：热力学的基本任务1，理解热力学的基生每人至少线上，优学院，讲授+目标1本内涵：2，了解材阅读一篇与难点：热力学的发展历史小组绪论陈肯2班级码：料热力学的发展历热力学发展目标3讨论课程思政融入点：运用辩证法，讨论经88478548有关的文章史及基本内容。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，理解理想气体微观模型及其状态方理想气体微观模型及其状态方程：热力程：2，理解并掌握学的基本概念：热力学第一定律：理想热力学的基本概混合式，优学讲投+气体不同条件下的热力学能、始及功的目标1热力学第2-4陈肯小组课后习题6念：3，理解并掌握院，班级码：计算一定律目标2讨论热力学第一定律：88478548重点：热力学基本概念。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 ： 88478548 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： 88478548 讲授+ 小 组 讨论 课后习题 目标 1 目标 2
1，理解并掌握自发自发过程的定义及其共同特征：热力学过程的定义：2，理第二定律文字表达：摘的定义、判据及解并掌握热力学第课程思政作摘变的计算：不可逆过程的本质及摘的二定律：3，理解热混合式，优学业：阅读薛微观意义。力学第二定律：4，讲授+院，班级码：目标1定《生命热力学第重点：热力学第二定律。5-6陈肯小组4理解并掌握摘判据88478548二定律是什么》第6目标3及摘变的计算；5，讨论难点：摘的引出、摘判据。章，并做摘理解不可逆过程的要。课程恩政融入点：从马克思主义认识论本质及炳的微观意的理论联系实际的出发，引导学生将摘义：6，理解并掌握判据与实际中的现象联系。热力学第三定律。1，理解并掌握A定义及判据2，理解并A定义及判据：G定义及判据：AG和掌握G定义及判据：混合式，优学课堂AA的计算：热力学基本关系式的推导、热力学函3，理解并掌握AG院，班级码：目标1讲授+使用条件及应用和△A的计算：4，课后习题7-8数及其基陈肯488478548小组目标2本关系式理解并掌握热力学重点：自由能的计算。讨论基本关系式的推难点：热力学基本关系的推导。导、使用条件及应用X
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： 88478548 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 用 混合式，优学 院，班级码： 88478548 课 堂 讲授+ 小 组 讨论 课后习题 目标 1 目标 2
摩尔量、化学势、理想溶液、稀溶液、1，理解依数性产生课堂活度、活度系数等概念的含义：偏摩尔混合式，优学目标1溶液的热讲授+的原因：2,掌握化学量的求和公式、化学势公式陈肯2院，班级码：9力学性质势公式及标准态含小组目标2重点：化学势。88478548义。讨论难点：拉乌尔定律和享利定律。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1，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生利用化学溶液的热的原因：2,掌握化学讲授+10陈肯2院，班级码：难点：拉乌尔定律和享利定律。力学性质势公式及标准态含小组势判据来解目标288478548课程思政融入点：从理论联系实际的观讨论义。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。1，理解相的概念和混合式，优学相的概念和相平衡条件：相图中点、线、课堂相平衡条件：2，理院，班级码：目标1面的含义，能够分析相图：各种基本相讲授+陈肯11-13相平衡8课后习题解相图中点、线、88478548图的特点，能够根据相图分析体系相变小组目标2面的含义，能够分讨论过程：相图构成规律。析相图：3，掌握各5
5 9 溶液的热 力学性质 陈肯 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；2,掌握化学 势公式及标准态含 义。 混合式，优学 院，班级码： 88478548 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。 1，理解依数性产生 的原因；2,掌握化学 势公式及标准态含 义。 混合式，优学 院，班级码： 88478548 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 图的特点，能够根据相图分析体系相变 过程；相图构成规律。 1，理解相的概念和 相平衡条件；2，理 解相图中点、线、 面的含义，能够分 析相图；3，掌握各 混合式，优学 院，班级码： 88478548 课 堂 讲授+ 小 组 讨论 课后习题 目标 1 目标 2
重点：相图分析种基本相图的特点，能够根据相图难点：相律的推导分析体系相变过程：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陈肯14-152课后习题88478548学小组自由能公式，并理度的方法。目标2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。1，掌握一级相变和一级相变和二级相变的定义及特点：形混合式，优学课堂二级相变的定义及核驱动力的计算方法及图示表示：相变院，班级码：目标1相变热力讲授+特点：2，掌握形核时驱动力的图示表示：Spinodal分解的陈肯课后习题16288478548学小组目标3驱动力的计算方法特点及其热力学原因。讨论及图示表示：3，掌重点：合金形核-生长驱动力的计算方法握相变时驱动力的6
6 重点：相图分析 难点：相律的推导 种 基 本 相 图 的 特 点，能够根据相图 分 析 体 系 相 变 过 程； 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： 88478548 课 堂 讲授+ 小 组 讨论 课后习题 目标 1 目标 2 16 相变热力 学 陈肯 2 一级相变和二级相变的定义及特点；形 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 1，掌握一级相变和 二级相变的定义及 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 混合式，优学 院，班级码： 88478548 课 堂 讲授+ 小 组 讨论 课后习题 目标 1 目标 3
图示表示4，理解难点：Spinodal分解。Spinodal分解的特点及其热力学原因合计：32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考试出勤学案及作业小组竞赛目标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，理解与克劳修斯不等式，掌握自由能函数与判据，热力学基本2.热力学第三定律，掌握自由能函数与判1030101555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。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，掌握筛变的计算，掌握2.摘变的计算5220300自由能的计算，掌握不同体系中化学势3.自由能的计算，不同体系中化学势的计算的计算，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。7
7 难点：Spinodal 分解。 图示表示 4，理解 Spinodal 分 解 的 特 点及其热力学原因 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 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
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51550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2520501005备注：1）根据《东葬理工学院专试管理规定》集土二条规定：广课3次（或6课时）学生不得参加该课程的期终专核。2）各项专核标准见附件所示。大纲编写时间：2024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：2024年9月3日d
8 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：2024 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： 2024 年 9 月 3 日
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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、15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