材料设计科学与工程.pdf

钱伟长学院人才培养方案 一、总体培养目标 学院致力于培养具有扎实基本功、全球视野的跨学科拔尖创新人才，造就未来的学术领 军人物。 二、培养专业方向 学院设立了材料设计科学与工程、理论与应用力学、生物工程、数学与应用数学、应用 化学、应用物理学六个专业。学生在接受共同强化基础和通识教育的基础上，可根据自己的 兴趣和特长在以上专业中选择一个进行学习。 三、主要课程模块 学院开设通识课、新生研讨课、公共基础课、高年级研讨课、学科基础课、选修课、实 践教学环节共 7 个模块。其中通识课在学校的六大模块中自由选择；学院公共基础课包括思 政、数学、物理、化学、生命和计算机等课程；选修课程包括专业选修课和任意选修课；实 践教学环节包括实习、科研实践和毕业设计等。 课程设置分类及学分比例表（表中实践教学环节不包括专业实验课程以及课程中的实验 部分） 分 类 专业 材料 117.5 公共基础课 研讨课（高年级研讨课+新生 研讨课） 54 学科基础课 选修课（专业选修+任意选修） 24 50 实践教学环节 通识课 256.5 合 计 力学 103 学 分 数学 物理 119.5 114.5 生物 化学 111 5 68 24 51 54 24 45 ~1.9 51 24 45 69 24 45 59 34 45 253.5 245.5 260 260 6 257 四、学制、授予学位及毕业要求 学制：标准学制 4 年，弹性学习年限 3-6 年。 授予学位：理学或工学学士。 专业：以修读完相应专业的教学计划为依据。 毕业要求：总学分修满指定学分，并通过毕业论文答辩。 Ⅱ-1-1 比 例 （%） ~45 ~23.2 ~9.1 ~18.5 ~2.3 100 上海大学2021级教学计划表 钱伟长学院 课 程 分 类 课程学分 课程编号 课程名称 共 计 课内 各学年、学期计划学分安排 课外 第一学年 第二学年 第三学年 第四学年 备 注 讲 实 上 其 自 项 读 其 夏 夏 夏 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 授 验 机 他 学 目 书 他 季 季 季 人文经典与文化传承 政治文明与社会建设 通 识 课 6 艺术修养与审美体验 6 详 见 附 表 6 经济发展与全球视野 科技进步与生态文明 创新思维与创业教育 新生研讨课1 1 1 16583109 形势与政策 思 00814164 思 想 想 政 00814341 政 治 00814342 治 必 理 修 00814343 论 课 课 00814377 1 1 思想道德与法治(强) 3 3 中国近现代史纲要(强) 3 3 马克思主义基本原理(强) 3 3 毛泽东思想和中国特色社会主义 理论体系概论A(强) 5 5 习近平新时代中国特色社会主义 思想概论(强) 3 3 思想政治选择性必修课（详见附表） 公 共 16584172 劳动教育理论课 基 体育 础 详见附表 课 军事理论A 67 00914006 * 3 3 3 5 3 3 3 1 ◆ 1 1 6 1 1 1 2 2 2 00814244 英语A(1)(强) 4 4 4 00814007 英语(2)(强) 4 4 4 00814008~009 英语(3-4)(强) 8 8 00814388 高级计算机语言(1)(强) 4 3 00814018~019 大学物理(1-2)(强) 10 10 00814021~022 大学物理实验(1-2)(强) 3 00814242 生命科学导论(强) 4 1 1 1 8 1 4 5 5 3 1.5 1.5 4 4 学科基础课(见续表) 高年级研讨课(见续表) 选 修 课 专业选修课(见续表) 任意选修课 ▲ 4 实践教学环节(见续表) 总计(见续表) ● 附表见Ⅱ-1-38页，建议学生跨类选修通识课，所修通识课必须包含：1. “核心通识课”至少2学分，一年级至少修读一门；2. “艺术修养与审美 体念”模块内课程至少2学分；3. “创新思维与创业教育”模块内课程至少2学分。（某门课程同时满足多个条件时，可重复认定，但所获得学 分不累计。） *1-10学期均需选修 ◆多修课程可认定为通识课（所属分类见附表中备注） ▲任意选修任何课程 ●毕业前至少修读一门全英语授课课程且成绩合格。（全英语授课课程指：1. 选课系统中标注的全英语课程。2. 国际化小学期开设的课程。3. 海外交流学分认定的课程。） Ⅱ-1-2 上海大学2021级教学计划表 钱伟长学院部分公共基础课替代关系表 原课程 替代课程 序号 课程编号 课程名称 课程学分 课程编号 课程名称 课程学分 1 00814231 工科数学分析(1)(强) 6 01015147 数学分析(1)(特) 6 2 00814232 工科数学分析(2)(强) 6 01015148 数学分析(2)(特) 6 3 00814233 工科数学分析(3)(强) 6 01015149 数学分析(3)(特) 6 4 00814097 线性代数与空间解析几何(强) 5 00814379 高等代数(Ⅰ)(强) 6 5 01014104 线性代数 3 00814097 线性代数与空间解析几何(强) 5 注：意向分流到某专业的学生，分流前请按照该专业教学计划要求的课程进行选修。各专业分流前不同公共基础 课替代关系见上表。 Ⅱ-1-3 材料设计科学与工程专业教学计划 一、培养目标和毕业要求 1. 培养目标 本专业培养学生系统掌握数理化和材料科学专业的基础知识和创新实践技能，尤其是能 将理论、计算、实验和数据等方法结合，在理解各种材料的成分、结构、工艺、性能和行为 之间关联（构效关系）及其机理的基础上，加速材料研发全流程中的优化设计、制备合成、 表征测试和服役失效的各环节，对材料基础科学和工程应用领域的发展做出贡献。具体目标 如下： 目标 1：具有国家主人翁精神、健全的人格和良好科学素养、强烈的社会责任感、公民 意识以及良好的职业道德。 目标 2：具有国际化的视野、思维和国际交流能力，具备世界舞台上的国际竞争力。具 备良好的沟通和表达能力，能够在不同学科或文化环境中团结工作。 目标 3：拥有自主探索和终生学习的习惯与能力，能够及时了解和跟踪国内外材料学科 发展与应用，不断探索创新，提升自身素质，不断适应社会科学、经济发展需要 目标 4：通过阅读国内外科技文献，了解材料领域或某种材料的发展现状和未来趋势， 了解掌握并集成使用实验、理论、计算和数据方法，低成本加速材料研发全流程中优化设计、 制备合成、表征测试和服役失效的各环节。 目标 5：根据企业和行业发展需求，选择设计合适的材料和相应工艺流程，制定有效合 理的材料技术整体解决方案。组织开展材料相关的应用研究、难题攻关、技术开发、生产组 织和管理方面的专业技术工作。进一步提高产品质量、稳定性或性能，对现有的材料和工艺 流程进行升级改造，或研发替代的新材料或新工艺。 2. 毕业要求 基于本专业的培养目标，本专业学生应达到如下要求： （1）工程知识 数理化基本理论知识：掌握深厚的数学、物理和化学基础理论和知识，尤其了解其在材 料科学与工程领域的应用。 材料科学基本理论和工程知识：掌握各种材料的成分、结构、工艺、性能和行为的描述 表达方式、及其相互关联和机制性理解。 数据信息学基本理论知识：掌握计算机技术和数据信息科学的基本理论知识。了解数据 的采集、处理、存储、管理和应用的全生命周期数据管理过程。 （2）问题分析 利用实验经验的分析问题能力：对已有的实验结果进行归纳总结，建立经验规律和模型， 用于分析材料构效关系。 利用计算模拟手段的分析问题能力：对给定的材料或工艺过程进行建模，利用从微观到 宏观的多尺度计算模拟手段分析材料构效关系。 Ⅱ-1-4 利用机器学习手段的分析问题能力：根据实验或计算数据，利用数据挖掘和机器学习的 手段进行材料构效关系的分析。 （3）设计/开发解决方案 选择和设计材料的能力：对给定的材料功能和使用要求，选择或设计开发合理的材料（含 材料的化学成分和组织结构等）和工艺过程（含热处理和压力加工工艺等）。 运用实验、计算和数据方法筛选设计新材料：利用已有的实验或计算材料数据（库），使 用计算或机器学习方法进行（高通量）筛选，并通过实验验证达到设计新材料的目的。 解决材料相关产品质量问题：针对工业生产实际中出现的材料相关的产品质量问题，利 用材料成分分析、结构表征、性能测试和模拟仿真等手段进行分析原因，提出相应的解决方 案。 （4）研究 模拟仿真实验过程和阐明机理：能够利用宏观尺度模拟方法仿真实验过程，考察材料和 工艺参数对器件性能的影响；能够利用微观尺度模拟方法研究材料实验现象和过程，尤其是 不易被实验观测记录的瞬时详细步骤，阐明外界和内禀因素的微观作用机理。 预测材料性质和设计材料：能够利用实验、计算或机器学习模型建立材料构效关系，预 测材料性质，评估外界因素（如温度、压力或气液环境等）对材料性质的影响，并以此指导 实验优化和设计新材料和新工艺。 （5）使用现代工具的能力 实验工具：掌握各种材料的成分分析、结构表征、性能测试和服役失效评估的实验方法 的理论和使用方法，尤其是高通量材料制备和表征的实验方法及其应用。 计算工具：掌握多种计算机语言（如 C++和 Python），具备基本的编程能力及其在科学 和工程数值计算方面的应用；掌握使用多种主流多尺度模拟仿真软件的原理和使用方法，包 括第一性原理、分子动力学、蒙特卡洛、相场、计算相图和有限元等。 数据工具：了解材料数据库的内容、使用方法和应用场景；掌握针对材料科学问题的机 器学习方法和流程，包含材料数据收集、预处理、数据挖掘、结果分析和知识总结等。了解 大数据时代的深度学习等现代信息学方法和工具。 （6）工程与社会 了解材料的发展史与人类文明进化史的关系。了解材料对文化道德的影响。了解材料对 现代工业社会发展的支撑作用，对民生经济和国家安全的影响。 （7）环境与可持续发展 了解保护环境生态的方针政策的重要性和时代意义，具备长远的造福后人的环保意识。 重视人类社会可持续发展的重要性。在材料的选择、设计、制备和使用过程中减少材料和能 源浪费。 （8）职业规范： 具备积极进取的人生观、价值观和世界观， 恪守职业道德，遵守职业规范。 （9）个人和团队 Ⅱ-1-5 具有开放包容的思想和心态，积极寻求合作伙伴，取长补短、互帮互助、资源共享、合 作共赢。配合团队的整体布局和分工规划，积极利用个人能力，发挥关键作用，顾全大局。 （10）沟通 口头表达能力强，具备较强的外语听、说、读、写能力。掌握科技论文写作的基本原则、 格式规范和写作技巧。能够综合运用，针对学术会议、论文发表和交流讨论等专业场景进行 有效地国际交流。普通话水平达到二级乙等以上。 （11）项目管理 了解团队管理和项目管理的基本方法和技能，具备较强的组织和领导能力，能作为团队 负责人组织团队成员高效协同、按时有序地完成规定项目。 （12）终身学习 具有不断学习和自学创新的能力，掌握深厚的基础知识和基本原理，能利用已有知识和 技能对新问题进行分析，提出创新性解决方案的能力。 二、主干学科和主干课程 1. 主干学科 材料科学与工程 2. 主干课程 数理基础课程：工科数学分析、线性代数与空间解析几何、概率论与数理统计、大学物 理、大学化学、生命科学导论、高级计算机语言 学科基础课程：材料科学基础、材料工程基础、材料基因概论、材料现代分析测试方法、 计算材料学原理、材料数据挖掘、数学物理方法、量子力学、固体物理、物理化学等 专业选修课程：包括理论计算模块和材料实验模块 3. 主要实践性教学环节 专业课程实验环节、军事技能、形势与政策(实践)、思想政治理论课(实践)(1-2)、思想道 德与法治(实践)、科学研究训练、创新实践、金工实习、专业实习、毕业设计(论文)。 三、修业年限、学分和学位 1. 修业年限 四年 2. 总学分 256.5 3. 授予学位 工学学士 Ⅱ-1-6 物理 化学 力学 材料 Ⅱ-1-7 数学 计算机 高级计算机语言 科学研究训练 Python计算 材料科学基础 材料工程基础 近代物理导论 数学物理方法 工科数学分析 概率论与数理统计 线性代数与空间解析几何 材料基因概论 材料设计的力 学基础 大学化学 大学化学实验 大学物理 大学物理实验 通识课 大学英语 工程制图与计算机 绘图基础 创新实践 计算机网络 数据结构 数据库原理与应用 数值计算方法 计算材料学原理 材料热力学与动力学 材料现代分析测试方法 材料设计综合实验 材料数据挖掘 专业实习 结构化学 应用电化学 材料设计的力学模拟计算 材料设计的固体力学 物理化学 物理化学实验 量子力学 固体物理 半导体材料 材料设计科学与工程专业课程相互关系结构图 毕业设计 智能材料 生物医用材料 光电信息材料与技术 材料失效分析 材料设计研究前沿 新能源材料 电催化材料 复合材料 电子显微镜表征实验 高通量合金制备与表 征实验 微电子材料 智能仪器控制 材料力学性能 材料固态相变 纳米材料 材料物理性能 材料制备与装备工艺 任意选修课 专业研讨课 学术英语 上海大学2021级教学计划表(材料设计科学与工程专业)(总计256.5学分) 公共基础课(50.5学分) 课程学分 课内 课程学分 课外 学 备 共 期 注 讲 实 上 其 自 项 读 其 计 授 验 机 他 学 目 书 他 课程编号 课程名称 00814231~233 工科数学分析(13)(强) 00814097 线性代数与空间解 5 析几何(强) 00814229 大学化学 A(强)(General Chemistry A) 6 00814230 大学化学实验 A(强) 2 00814020 大学物理(3)(强) 5 课程编号 课程名称 课内 课外 学 备 共 期 注 讲 实 上 其 自 项 读 其 计 授 验 机 他 学 目 书 他 1-3 00814023 大学物理实验 (3)(强) 1.5 5 2 00814234 工科数学分析 (4)(强) 5 5 4 6 3 ★ 00814031 概率论及数理统计 (强) 5 5 4 3 工程制图与计算机 绘图基础 3 2 18 18 2 5 00864096 4 1.5 1 4 4 学科基础课(54学分) 课程学分 课程编号 课程名称 课程学分 课内 课外 学 备 共 期 注 计 讲 实 上 其 自 项 读 其 授 验 机 他 学 目 书 他 课程编号 课程名称 课内 课外 学 备 共 期 注 计 讲 实 上 其 自 项 读 其 授 验 机 他 学 目 书 他 00815390 物理化学 C(1)(强)(Physical Chemistry C(1)) 4 4 4 ★ 00815329 固体物理 A(1)(强)(Solid State 3 Physics A(1)) 3 7 00815391 物理化学 C(2)(强)(Physical Chemistry C(2)) 2 2 5 ★ 00815330 固体物理A(2)(强) 3 3 8 01065083 物理化学实验B 2 4 00815250 材料数据挖掘(强) 3 3 7 00815251 材料工程基础 (强)(Basis of Materials Engineering) 3 3 7 4 8 2 00814239 数学物理方法(强) 6 6 5 00815247 材料科学基础 (1)(强)(Fundations of Materials Science (1)) 3 3 5 ★ 00815393 材料现代分析测试 方法(强) 4 00815392 量子力学 (强)(Quantum Mechanics) 4 4 6 ★ 00815332 材料设计综合实验 (1)(强) 2 2 8 00815328 材料基因概论(强) 2 2 4 材料设计综合实验 (2)(强) 2 2 9 00815248 材料科学基础 (2)(强)(Fundations of Materials Science (2)) 3 3 6 ★ 00815334 计算材料学原理 (强) 4 00815249 数据库原理与应用 4 (强) 4 6 00815333 4 ★ ★ 9 高年级研讨课(4学分) 课程学分 课程编号 课程名称 课程学分 课内 课外 学 备 共 期 注 计 讲 实 上 其 自 项 读 其 授 验 机 他 学 目 书 他 二年级适用 0081EY01 ★全英语课程 课程编号 课程名称 课内 课外 学 备 共 期 注 计 讲 实 上 其 自 项 读 其 授 验 机 他 学 目 书 他 三年级适用 专业研讨课 A(1)(强) 2 1 1 二 0081SY01 Ⅱ-1-8 专业研讨课 A(2)(强) 2 2 三 专业选修课(20学分)（第9学期（含）之后的课程可能会进行一次动态调整。） 课程学分 课程编号 课程名称 课程学分 课内 课外 学 备 共 期 注 计 讲 实 上 其 自 项 读 其 授 验 机 他 学 目 书 他 00814237 大学物理(4)(强) 4 3 00816394 材料设计的力学基 4 础(强) 00816395 课程编号 课程名称 课内 课外 学 备 共 期 注 计 讲 实 上 其 自 项 读 其 授 验 机 他 学 目 书 他 5 00816335 智能仪器控制(强) 4 2 4 6 00816258 材料力学性能(强) 4 3 材料设计的固体力 4 学(强) 4 7 00816265 材料固态相变(强) 2 2 9 00816396 材料热力学与动力 4 学(强) 4 7 00816336 纳米材料(强) 3 3 9 00816259 结构化学(强) 4 4 8 00816260 材料物理性能(强) 4 3 00816384 半导体材料(强) 4 4 材料制备与装备工 艺(强) 4 4 9 00816397 数值计算方法(强) 3 2 1 应用电化学(强) 4 4 9 00816398 数据结构(强) 4 3 1 8 00816264 材料失效分析(强) 2 2 00816399 材料设计的力学模 3 拟计算(强) 2 1 8 00816268 材料设计研究前沿 (强) 2 2 材 料 实 9 验 模 10 块 00816271 计算机网络(强) 2 2 11 00816267 新能源材料(强) 2 2 10 00816272 Python计算(强) 2 2 4 00816403 电催化材料(强) 3 2 00816389 高级计算机语言 (2)(强) 4 3 5 00816275 复合材料(强) 2 2 00816400 电子显微镜表征实 2 验(强) 2 10 材 00816404 智能材料(强) 3.5 2 1.5 10 00816401 高通量合金制备与 2 表征实验(强) 2 生物医用材料(强) 3.5 2 1.5 11 00816402 微电子材料(强) 3 2 光电信息材料与技 术(强) 3 2 1 11 00816383 学术英语(强) 4 4 1 1 1 理 9 论 00816261 计 算 7 模 00816262 块 料 实 11 00816405 验 模 11 块 00816406 2 1 1 1 7 8 9 11 11 6 注：专业选修课中专业主干课程（15学分）在本专业选修课列表中选取；导师推荐课程（5学分）由导师根据研究 方向指导选取。 Ⅱ-1-9 上海大学2021级实践性教学环节学分安排表 材料设计科学与工程专业 实践分类 实 习 编号 实践 实践 实践形式 周数 学分 集中 分散 实践环节名称 00914003 军事技能 00874008 各学年学分安排 备注 一 2 √ 2 形势与政策(实践) 1 √ 1 0081A004~005 思想政治理论课(实践)(1-2) 2 00814165 思想道德与法治(实践)(强) 1 1 √ 1 00883006 金工实习E 2 5 √ 5 0081A001 专业实习 4 8 0081A003 科学研究训练 0.5 1 00814228 创新实践(强) 3 6 √ 0081A006 毕业设计(论文) 12 24 √ 2 1 二 三 第3,6学期 1 √ √ √ 四 8 第11学期 24 第12学期 1 6 科 研 实 践 课 程 设 计 毕业设计 (论文) 共计 50 Ⅱ-1-10 10 2 6 32