《材料工程基础A》课程教学大纲

《材料工程基础A》课程教学大纲课程代码080107L课程名称中文名：材料工程基础A英文名：BasisofMaterialsEngineeringA课程类别专业课修读类别必修学分3.0学时48（理论32+实验8+设计8）开课学期第6学期开课单位无机非金属材料系适用专业无机非金属材料工程专业先修课程高等数学、普通物理、理论力学等后续有关专业课程和教学环节无机非金属材料工艺学，无机非金属材料生产设备，毕业设计（论文）主讲教师／职称孔丽娟/副教授、韩玉芳/副教授、罗永会/副教授考核方式及各环节所占比例作业+实验成绩+课程设计+期末考试（10%）+（20%）+（20%）+（50%）教材及主要参考书（1）《材料热工基础》（教材），张美杰主编，冶金工业出版社，2008（2）《热工基础及设备》，李启云主编，南京工学院出版社，1988（3）《硅酸盐工业热工基础》，孙晋涛主编，武汉工业大学出版社，2006（4）《流体力学基础、泵与风机》，王宇清主编，中国建筑工业出版社，2005

一、课程性质和目标《材料工程基础》A课程属无机非金属材料工程专业的一门专业基础课，内容上注重宏观的物理现象，侧重理论、公式以及概念的理解和应用，旨在使学生认识能量转换所用工质状态及基本参数，气体状态方程，认识流体静压强分布规律，深刻理解能量方程及其应用，阻力损失的计算方法；认识传热的三种方式及其规律，混凝土及制品生产过程中存在热介质的流动、热量的传递以及机械能的转换过程，更好地将热工理论应用于混凝土及制品生产中去，提高混凝土及制品生产过程中的热效率，节约能源，提高技术经济效益。通过本课程的理论教学，使学生具备相应的知识和能力，课程的具体课程目标如下：知识目标：课程目标1：能够利用流体力学、热力学及传热学的基本概念和原理，分析工质状态函数，能量转化和平衡的有关计算。课程目标2：能够利用流体能量损失及热量传递的相关计算，分析流体在管路系统及窑炉结构中的能量及热量损失。课程目标3：能根据基本流体设备以及干燥与养护传统设备基本技术参数，合理选择热工设备。课程目标4：能够综合运用基本理论进行热工分析及计算，并具有初步设计能力。课程目标5：能够对湿空气和水蒸汽的基本状态参数以及材料的导热系数进行测量和数据处理分析，物料干燥和构件加热养护过程中的热平衡计算。能力目标：课程目标6：具备与设计小组成员之间就不同设计方案进行有效沟通和表达的能力。课程目标7:具备初步通过热工设计，选择高效能，低能耗设计方案的能力，培养学生保护环境，建立可持续发展理念。

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：序号毕业要求指标点毕业要求指标点具体内容课程目标1毕业要求2-1能够应用数学、自然科学和工程基础等知识，分析材料合成与制备过程中的复杂工程问题，识别与判断影响产品质量的关键因素。课程目标12毕业要求2-2能够应用工程科学的基本原理，分析影响材料生产工况的关键问题，并能进行故障分析。课程目标1、2、33毕业要求2-4能够正确表达材料复杂工程问题的解决方案，并分析其合理性，以获得有效结论。课程目标54毕业要求3-1无机非金属材料产品、工艺流程及生产装备全周期和全流程的基本设计和技术方法，能够根据用户需求确定设计目标和技术方案，认识影响设计目标和技术方案的各种因素。课程目标4、65毕业要求3-2能够针对任务需要，进行并完成单元装备设计和工艺计算课程目标2、3、46毕业要求3-3能够结合安全、健康、法律、文化及环境等现实约束条件，对设计方案进行可行性论证。课程目标6、77毕业要求3-4.能够集成单元过程进行工艺流程设计，对流程设计方案进行优选，体现创新意识.课程目标3、4、58毕业要求4-3能正确解读测试信息，分析和解释实验过程和实验结果，通过信息综合得到合理有效的结论。课程目标59毕业要求7-2针对复杂无机非金属材料工程问题的工程实践，能够站在环境保护和可持续发展的角度思考专业工程实践的可持续性，能正确评价材料生产、使用和废弃可能对人类和环境造成的损害和隐患。课程目标7

（2）本课程内容与课程目标、毕业要求指标点的对应关系教学内容课程目标毕业要求指标点理论教学1.绪论课程目标7毕业要求3-3、7-22.工程流体力学课程目标1、2毕业要求2-1、2-2、3-23.工程热力学课程目标1、2毕业要求2-1、2-2、3-24.传热学课程目标1、2毕业要求2-1、2-2、3-25.干燥过程与设备课程目标3、4、5毕业要求2-2、3-2、3-46.热养护过程与设备课程目标3、4、5毕业要求2-2、3-2、3-4实验教学1.流体粘度实验课程目标5毕业要求4-32.流体能量转换实验课程目标5毕业要求4-33.热工测量仪器示范课程目标5毕业要求4-34.材料导热系数测量实验课程目标5毕业要求4-3课程设计隧道式热养护窑设计课程目标4、6、7毕业要求3-1、3-3、3-4、7-2

三、教学内容及安排（一）理论教学内容（32学时）1.绪论（1学时）(1)基本要求通过介绍本课程主要教学内容，使学生认识本课程在无机非金属材料工程专业中的地位和作用。课程要求流体力学、工程热力学及传热学基本定律和能量转换基本原理，理解流体和热工设备在实际工程中的适用范围和达到最佳效率的条件。通过实验环节、简单的窑体设计的训练，加强对材料、结构、工质状态、能量平衡等方面知识的深入理解和综合应用，实现毕业要求的相应目标值。(2)教学内容本课程在专业中的地位和作用；混凝土制品热工设备的发展简介；教学大纲解读（教学内容，目标、对毕业要求的支撑、考核方法等）。(3)重点重点：混凝土制品热工设备的分类。2.工程流体力学（9学时）(1)基本要求要求学生流体的基本物理性质、静力学基本方程及应用；连续性方程、伯努利方程及应用；流动损失及管路计算。(2)教学内容流体的物理性质（1学时）：流体的密度、压缩性、膨胀性和粘性；流体静力学基础（1学时）：作用在流体上的力、流体静压强及其特性、流体静力学基本方程式及其应用、压力的度量及计算基准；流体动力学基础（3学时）：流体动力学基本概念、连续性方程、理想流体能量方程式、实际流体伯努利方程及其应用；流体阻力及管路计算（3学时）：雷诺试验、流体流动性质的判别、流体阻力及能量损失的类型、流体在流动时能量损失的计算、管路计算；泵和风机（1学时）：风机和泵的构造及工作原理、风机在管路中的工作特性、泵的安装及气蚀现象。重点：实际流体伯努利方程的计算分析。3.工程热力学（8学时）要求学生工质状态参数及状态方程；比热的概念和热量的计算；稳定流动的能量方程式；水蒸汽的状态参数及其运动规律；湿空气状态参数及计算。(2)本章教学内容(1)基本要求难点：流体在管路中流动时的能量损失分析。(3)本章的重点和难点气体的热力性质（1学时）：热力系统的基本概念、工质的热力状态及基本参数、理想气体状态方程；热力学第一定律（1学时）：热力过程、系统与外界的能量交换、系统储存能、闭口系统与开口系统热力学第一定律能量方程；水蒸气（2学时）：水蒸气的基本概念和产生过程、水蒸气状态参数的确定及其热力学性质图表。湿空气（2学时）：湿空气的状态参数、露点温度和湿球温度、湿空气的h-X图及其应用。燃料及小型锅炉（2学时）：燃料的种类及成分、锅炉构造及参数、锅炉热平衡及锅炉选型。重点：锅炉热平衡计算。4.传热学（10学时）要求学生稳定导热、对流换热、辐射换热、综合换热的基本概念和计算。(2)本章教学内容(1)基本要求难点：系统与外界热量和功量的计算、水蒸气与湿空气状态参数的确定。(3)重点和难点稳定导热（2学时）：导热的基本概念、傅里叶导热定律、导热微分方程、平壁与圆筒壁的稳态导热。对流换热（4学时）：对流换热的基本概念、定律与影响因素、对流换热微分方程组及单值性条件、对流换热过程相似理论、对流换热准数方程、不同情况的对流换热系数计算。辐射传热（3学时）：辐射传热的本质及特点、黑体辐射的基本定律、实际物体的辐射和吸收、基尔霍夫定律、角系数的概念及性质、两个黑体间的辐射传热、灰体间的辐射传热。综合传热（1学时）：一种流体通过平壁传热给另一种流体、一种流体通过圆筒壁传热给另一种流体。重点：稳定导热的相关计算、两个灰体间的辐射传热计算。5.干燥过程与设备（2学时）要求学生认识理论干燥与实际干燥过程的区别；干燥过程的热平衡计算。(2)本章教学内容(1)基本要求难点：角系数、系统黑度的计算。(3)重点和难点干燥过程的物料与热量平衡；建材制品及干燥器。重点：干燥方法与干燥设备。6.热养护过程与设备(2学时)要求学生混凝土制品热养护过程中涉及到的热质交换以及热养护制度，认识混凝土制品厂常用的热养护设备。1)热养护过程中的热质交换；3)热养护设备。重点：热养护制度。（二）实验教学内容（8学时）难点：热养护过程中的热质交换。(3)重点和难点2)热养护制度；(2)教学内容(1)基本要求难点：干燥过程的热量平衡计算。(3)重点和难点序号实验项目实验要求实验内容实验性质学时1流体粘度实验要求学生认识流体产生粘滞性的本质，牛顿内摩擦定律在实际中的应用。根据牛顿内摩擦定律而设计的旋转式粘度计的测量理论及使用方法1）旋转粘度计的操作及注意事项；2）选择1~2种不同的牛顿流体进行测定；3）测试不同转速n下扭矩值M，；4）计算速度梯度du/dy和和切应力5）对实验数据分析并绘制-du/dy曲线，求得粘度综合性22流体能量转换实验要求学生观察流体流动时的各种形式机械能相互转换现象，验证不可压缩流体的机械能守恒方程（伯努利方程）。1）雷诺装置的结构及工作原理；2）阀门全闭、开大及全开时各测压管液位高度及体积流量的测定记录。3）阀门改变时动压头、静压头及压头损失的计算；4）流体在管内流动时，管径与流速以及各水头关系的分析。验证性23热工测量要求学生认识常用热工测量仪表的种类及原理，热工测量仪器的操作。1）流量测量仪、温度测量仪、压力测量仪的结构和工作原理；2）通过4块示教板的工作原理图，配合部分仪表和模型的动态演示，不同结构与不同类型测试仪器使用方法。3）记录示范演示实验过程中所测试的流量、压力及温度与湿度数据，并填写实验记录并进行数据处理。演示实验24材料导热系数测量实验要求学生测定材料导热系数的实验方法和技能。1）根据提供的实验设备仪器材料，合理设计实验步骤；2）调整电位器，改变加热板之间的电压，并测试在热功率不变的条件下，试样两侧的温差。3）由试样面积、厚度、主加热板的电阻、电压、上表面温度获得试样的导热系数。；4）改变热功率，重复测试多个温度下的导热系数。5）材料导热系数与温度关系曲线的绘制。综合性2

（三）课程设计内容（8学时）序号设计环节基本要求主要内容学时1任务布置要求学生认识混凝土制品领域常用热养护设备的种类及特点、合理确定题目难题程度、工作量大小及进度计划。1）下达课程设计任务书；2）确定设计内容、步骤和方法。12设计计算与绘图要求学生本专业常用分析、设计、计算、绘图的正确方法，具备方案论证、分析比较、规范撰写和绘图能力。1)隧道式养护窑主要尺寸设计计算；2)隧道式养护窑的热工计算；3)锅炉选型及燃料耗量的计算。4）撰写设计说明书和绘图。63答辩要求学生具备语言表达、思辨能力，阐述观点准确、回答问题清楚的能力。学生在论文答辩过程中，需要自述本人所完成的工作，创新点及完成的情况，指导教师给予必要点评。1

四、达成课程目标的途径和措施1.教学方法本课程涉及到的教学方法有“讲授法”、“讨论法”及“直观演示法”，具体根据教学内容和目标不同采取更合适的教学方法。理论部分主要采用“讲授法”与“讨论法”相结合，通过课堂讲授，使学生工程流体力学、工程热力学以及传热学的基本概念和计算方法，干燥及热养护过程涉及到的相关基础理论知识，认识干燥及热养护设备的构造以及工作原理。此外在课堂上与学生通过讨论等互动方式，培养学生用专业基础知识分析和解决复杂工程问题的能力。在授课中还会穿插习题课内容，讲解一些有代表性的习题，帮助学生所学知识。在每章讲授结束后，均布置3-5道课后习题，作业面覆盖所讲内容的难点和重点，以便于学生巩固所讲内容及考试复习。对于作业中发现的问题会及时向学生讲解，并帮助改进同学的学习方法。实验部分主要采用“讲授法”与“直观演示法”相结合，通过在实验室对仪器设备的讲解以及实验步骤的示范性操作，使学生认识流体粘性、机械能守恒以及热工测量仪表的种类和原理，流体粘度、常用热工仪表及材料导热系数的测定方法，增强学生对所学知识的理解和实践动手能力。实验课程的开设是对理论课程的有益补充，可加深学生对所学理论知识的理解。设计部分主要采用“讲授法”与“讨论法”相结合，通过课堂讲授指导学生进行混凝土制品热养护窑的设计，使学生能够运用基本理论进行热工分析及计算，将热工理论应用到混凝土制品的生产中去，提高混凝土制品生产过程中的热效率，节约能源，提高技术经济效益。此外针对重难点部分内容，在教师引导下让学生进行充分讨论，确保学习效果。在具体实施过程中，教学内容应紧跟混凝土制品热养护设备发展动态，及时补充新方法、新技术、新材料等内容，并根据每届学生的特点，对不同内容根据需要调整课堂组织和讨论内容，提高整体学习效果，培养学生具备初步设计和技术改造（尤其是节能改造）的能力。2.教学手段本课程利用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，“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，进行课外阅读。通过课外阅读，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（2）实验（3）课程设计（4）期末考试五、课程综合记分方法课程考核由作业、实验、设计和期末考试四部分组成，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：考核环节比重（%）作业10实验20课程设计20期末考试50总计100（注：无故旷勤1/3者，不允许参加期末考试。）各个环节的评分标准如下：作业每次作业必须在正式上课前交，迟交作业或作业不满足下列要求，均以零分计。每次作业按百分制评分，总评后折算成10分。作业的评分标准观测点85～100分75～84分60～74分<60分完成进度（权重0.1）严格按照作业要求并及时完成基本按照作业要求并及时完成

不能按照作业要求，未及时完成不能按照作业要求未及时完成概念清楚（权重0.2）概念清晰概念基本清晰概念不清晰概念错误计算能力（权重0.5）完全正确基本正确部分错误完全错误分析或结论有效性（权重0.2）分析正确，结论有效分析基本合理，结论基本有效分析不合理

未给出分析

实验实验成绩根据实验报告成绩以及实验课上的操作表现及实验预习情况综合进行评定。每次实验按百分制评分，总评后折算成20分。实验的评分标准过程控制关注点80-100分60-79分0-60分实验预习权重0.2对实验目的和原理的熟悉程度完成预习报告，回答问题正确完成预习报告，回答问题基本正确能基本回答问题实验操作权重0.3实验态度按时参加实验原始数据记录完整按时参加实验原始数据记录基本完整实验课迟到原始数据记录不完整操作技能实验过程熟练，操作的规范，动手能力强实验过程较熟练，能完成基本操作需在指导下完成基本操作协作精神主动做好分配任务，并能协助同组成员完成分配任务，能与同组成员配合被动参与实验实验报告权重0.5数据分析处理能力数据整理规范，计算结果正确数据整理规范，计算结果基本正确数据整理和结果均有明显错误综合应用知识能力能综合实验数据分析规律，结论正确结论基本正确但缺乏实验数据综合分析结论有错误

3.课程设计课程设计成绩是根据设计计算说明书、图纸及答辩表现三方面综合给出。按百分制评分，总评后折算成20分。课程设计的评分标准考察点占比例80-100分60-79分0-60分设计图工艺参数计算工艺方案40图设计正确参数计算正确工艺方案适当图设计基本正确参数计算基本正确工艺方案基本可行图设计有误参数计算有误工艺方案不可行设计说明书30说明书完整，格式规范说明书基本完整，格式较为规范说明书不够完整，格式不规范PPT讲解15陈述的逻辑性强问题表达清晰结论准确合理陈述的逻辑性强问题表达清晰结论准确合理陈述的逻辑性强问题表达清晰结论准确合理提问交流15思路清晰，回答问题正确，思路基本清楚，回答问题基本正确思路不清晰，回答问题不太正确

4.期末考试期末考试成绩是通过闭卷考试的卷面成绩给出，考核内容覆盖课程所讲的流体力学、工程热力学、传热学、干燥及热养护过程等知识点。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50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。试卷蓝图设计课程目标把握能力层次（对应试题）目标分值百分比（%）认识理解应用11688323228121232323228121244481616522488

各项分值322840

百分比（%）322840

100

六、评估方法每学期课程结束后进行课程评估。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的评估设计学习成果学习任务、过程和观测预期学习成果细化的预期学习成果及实施准则预设的学习任务观测点1、能进行流体流动时能量损失和管路计算流体静力学和动力学方程作业11-1、1-2题完成情况流体流动状态的判定作业21-5题完成情况伯努利方程的意义及适用范围期末考试

2、能够利用热力学第一定律方程进行计算热力学第一定律能力方程作业32-1题完成情况水蒸气状态参数的确定期末考试

湿空气状态参数的确定期末考试

3、能够利用传热学基本定律进行计算傅立叶导热定律及平壁和圆筒壁导热计算。期末考试

对流换热系数的计算作业43-5、3-10题完成情况黑体及灰体之间的辐射换热计算期末考试

课程目标2的评估设计学习成果学习任务、过程和观测预期学习成果细化的预期学习成果及实施准则预设的学习任务观测点1、能利用流体伯努利方程进行计算连续性方程、理想流体能力方程和实际流体伯努利方程及应用作业5

1-11题完成情况2、能利用热量传递的过程进行计算分析传导、对流、辐射以及综合传热过程中有关热量传递和边界温度的计算应用作业6作业2-11、2-12、2-13题完成情况课程目标3的评估设计学习成果学习任务、过程和观测预期学习成果细化的预期学习成果及实施准则预设的学习任务观测点1、能分析风机和泵在管路中的工作特性设备的构造及工作原理、技术参数、在管路中的工作特性。作业7作业2-11、2-12、2-13题完成情况2、能选用常用干燥和热养护设备物料在干燥过程中的物料平衡和热平衡计算；混凝土制品长常用的热养护设备作业8作业3-5、3-65-1、5-2；6-1、6-2、6-3题完成情况课程目标4的评估设计学习成果学习任务、过程和观测预期学习成果细化的预期学习成果及实施准则预设的学习任务观测点能够综合运用基本理论进行热工分析及计算，并具有初步设计能力养护窑主要尺寸设计计算；热工计算、锅炉选型及燃料耗量计算；设计说明书的撰写和绘图。课程设计期末考试设计参数的过程依据；理论计算参数选择；设备选型；窑体结构选择；热平衡计算；绘图质量。课程目标5的评估设计学习成果学习任务、过