无机非金属材料工程《材料工程基础》课程教学大纲

《材料工程基础》课程教学大纲一、课程基本情况课程代码：101134223002课程名称（中/英文）：材料工程基础/FundamentalsofMaterialsEngineer课程类别：专业必修课程学分：4.5总学时：72理论学时：60实验/实践学时：12适用专业：无机非金属材料工程适用对象：本科先修课程：高等数学、大学物理、工程化学、物理化学等教学环境：线下或混合式教学开课学院：材料科学与工程学院二、课程简介1.课程任务与目的《材料工程基础》是无机非金属材料工程专业重要的专业基础课与主干课程之一。本课程主要围绕无机非金属材料生产过程主要涉及到的工程问题，介绍与之相关的基础理论与研究方法。本课程内容降引入在经济发展过程中节能降耗、绿水青山就是金山银色的绿色工业思维，培养学生环保与节能意识，并介绍我国无机非金属材料行业、企业取得的成就，增强学生爱国情况。2.对接培养的岗位能力通过本课程的学习使学生掌握无机非金属材料生产过程中涉及的流体力学、传热、干燥以及燃料燃烧等方面的热工基本概念、基本理论、运算技能以及工程基础知识，具备一定的工程研究能力。三、课程教学目标1.课程对毕业要求的支撑毕业要求指标点1.4：能够利用系统思维的能力，将工程知识用于无机非金属材料领域工程问题解决方案的比较与综合，并体现本专业领域先进的技术。毕业要求指标点2.4：能运用工程基本原理，借助文献研究，并从可持续发展的角度分析无机非金属材料研发、生产与应用过程的影响因素，获得有效结论。毕业要求指标点3.2：能对无机非金属材料研发、生产与应用等过程特定需求的单元进行预设计。并能用图纸、报告或实物等形式呈现效果。毕业要求指标点3.3：能够进行无机非金属材料研发、生产与应用等过程的工艺流程设计，并在设计中体现创新意识。2.课程教学目标对应毕业要求指标点，具体内容如下：教学目标1：掌握流体力学、传热学、燃烧理论等基本原理和方法，能用来解决无机非金属材料生产、制备过程的工程问题，并具有将工程知识用于无机非金属材料领域工程问题解决方案的比较与综合分析的能力。支撑毕业要求指标点1.4。教学目标2：能运用材料工程基本原理和方法，并具有借助文献研究，从可持续发展的角度分析无机非金属材料研发、生产与应用过程的影响因素，获得有效结论的能力。支撑毕业要求指标点2.4。教学目标3：在进行无机非金属材料生产工艺等环节初步设计时，能考虑使用流体力学、传热学、燃烧理论等基本原理和理论，科学合理地进行预设计，并能用图纸、报告或实物等形式呈现分析设计效果。支撑毕业要求指标点3.2。教学目标4：在学习和工作中能应用材料工程的基本原理和方法，进行无机非金属材料研发、生产与应用等过程的生产和工艺流程等设计，并在设计中体现创新意识。支撑毕业要求指标点3.3。四、教学课时安排（一）学时分配主题或知识点教学内容总学时学时完成课程教学目标讲课实验实践主题1流体力学基础2218401、2主题2流体力学工程应用6603、4主题3传热学原理161601、2、3、4主题4干燥原理1612401、2、3、4主题5燃料及燃烧理论128401、2、3合计7260120（二）实验教学安排序号实验/实践项目名称实验/实践学时实验/实践类型实验/实践要求每组人数完成课程教学目标1阀门局部阻力的测定2综合性必做3~43、42沿程阻力系数的测定2综合性必做3~43、43干燥综合实验4综合性必做3~43、44煤的工业分析4综合性必做3~43、4五、教学内容及教学设计（一）理论教学主题1流体力学基础1.教学内容流体的概念及主要物理性质、流体力学基本概念、流体受力分析、静止流体压强分布及特性、流体静力学基本方程及应用、流体运动的描述、边界层概念、流体动力学的基础知识、流体的连续性方程、流体的动量方程、流体动力学的能量方程（伯努利方程）及应用、流体流动阻力、管路计算、不可压缩气体的流动。2.教学重点流体静力学基本方程及其应用，连续性方程，伯努利方程及其应用，管内流体流动动力，管路计算，不可压缩气体的流动。3.教学难点伯努利方程及其应用，不可压缩气体的流动4.教学方案设计采用课堂现场讲授的教学方法，在教学过程中增加与学生动手参与的环节，通过问题讨论及启发式等形式来提高学生们的学习兴趣。主题2流体力学工程应用1.教学内容工业窑炉中引导气体流动的设备（烟囱等），颗粒流体力学，风机的分类，离心式风机的结构及工作原理，离心式风机性能及工况调节，离心泵的安装高度，离心风机及泵的选型。2.教学重点烟囱的设计计算，悬浮速度，离心泵与风机的特性曲线，离心风机与泵的工作点，离心泵和风机的选用。3.教学难点烟囱的设计，离心式风机与泵的工作调节。4.教学方案设计采用课堂现场讲授的教学方法，在教学过程中增加与学生动手参与的环节，通过问题讨论及启发式等形式来提高学生们的学习兴趣。主题3传热学原理1.教学内容传热的基本概念，基本方式及特点，傅立叶定律，导热微分方程，无内热源的一维稳态传热（平壁导热、圆筒壁导热），对流换热分析，牛顿冷却定律，相似律与相似准数、准数方程、热辐射的基本概念与基本定律、黑体间的辐射的传热、灰体之间的辐射传热，气体与火焰辐射、通过间壁的综合传热（平壁传热、通过圆筒壁的传热）、强化和削弱传热过程的途径，以及采用科学的思维节能降耗。2.教学重点傅立叶定律，无内热源的一维稳态传热计算，对流换热分析，热辐射的基本概念与基本定律，灰体之间的辐射传热。3.教学难点导热微分方程、相似准数与准数方程、灰体之间的辐射传热4.教学方案设计采用课堂现场讲授的教学方法，在教学过程中增加与学生动手参与的环节，通过问题讨论及启发式等形式来提高学生们的学习兴趣。主题4干燥原理1.教学内容物料干燥方法及特点，湿空气的性质，湿-焓图的结构及其应用，干燥过程中空气状态的确定，固体物料中水分的性质，水分在气固相间的平衡，干燥速率、影响干燥速率的因素，干燥过程及特点，干燥过程的物料平衡和热量平衡。2.教学重点湿空气的性质，干燥过程及干燥速率3.教学难点湿空气性质的换算，干燥过程平衡计算4.教学方案设计采用课堂现场讲授的教学方法，在教学过程中增加与学生动手参与的环节，通过问题讨论及启发式等形式来提高学生们的学习兴趣。主题5燃料及燃烧理论1.教学内容燃料的种类，燃料的组成及其表示方法，燃料的热工性质及选用原则，理论空气量和实际空气量的计算，理论烟气量及实际烟气量及其组成的计算，过剩空气系数的概念及计算方法，燃烧温度计算，燃料燃烧机理，燃烧新技术，并考虑绿色环保、可续发展工业的思路，介绍我国建材行业企业的绿色、智能化发展。2.教学重点燃料的组成及表示，燃料的热工性质，燃料计算。3.教学难点燃烧温度计算4.教学方案设计采用课堂现场讲授的教学方法，在教学过程中增加与学生动手参与的环节，通过问题讨论及启发式等形式来提高学生们的学习兴趣。（二）实验教学实验项目1：阀门局部阻力的测定实验目的：验证局部阻力的影响因素，掌握阻力测定方法实验内容和要求：在不同流速下测定局部阻力损失系数。要求掌握局部阻力系数的内涵，局部阻力系数的影响因素。教学手段和方法：老师进行演示实验，演示结束后，同学们进行自主实验。实验项目2：沿程阻力系数的测定实验目的：验证局部阻力的影响因素，掌握阻力测定方法实验内容和要求：要测定层流状态下的水头损失，感性上了解流速等因素对阻力的影响；数据处理要求画出阻力系数和雷诺数之间的关系曲线。要求学生学会操作该实验设备，掌握沿程阻力损失的影响因素。教学手段和方法：老师进行演示实验，演示结束后，同学们进行自主实验。实验项目3：干燥实验实验目的：了解气流常压干燥设备的基本流程和工作原理，掌握物料干燥速率曲线的测定方法，了解影响干燥速率曲线的因素。实验内容和要求：测定物料（纸板或其他）在恒定干燥条件下（空气温度、湿度、流速）的干燥速率曲线，处理、分析实验数据；数据处理要求画出阻力系数和雷诺数之间的关系曲线。学会测定物料（纸板或其他）在恒定干燥条件下（空气温度、湿度、流速）的干燥速率曲线的测定方法、步骤，学会正确处理、分析实验数据。教学手段和方法：老师进行演示实验，演示结束后，同学们进行自主实验。实验项目4：煤的工业分析实验目的：通过实验正确掌握煤的工业分析原理及测试方法。实验内容和要求：包括煤样、试样容器处理，马弗炉、干燥箱的温度设置、升温制度，样品的精确称量，样品取放，实验数据处理，结果分析等。掌握煤的工业分析方法、步骤，能够对马弗炉、天平等相关设备正确的使用。教学手段和方法：老师进行演示实验，演示结束后，同学们进行自主实验。六、学生成绩评定1.课程考核方式及比例本课程考核学生获取知识的能力、应用所学知识分析问题和解决问题能力、实践动手能力和创新能力等；考核方式采用作业评测、平时阶段测验、实验和期末闭卷考试等多种形式，使学生成绩评定更加合理多样，优化课程评价体系，进一步提升课程教学效果。学生成绩考核评定办法和比例为：平时成绩占50%，其中出勤及课堂表现为5%、作业为15％、阶段测试为10%、实验占20%；期末考试占50%。学生成绩评定表考核方式平时成绩期中考试期末考试出勤作业课堂表现阶段测验答辩项目小论文实验√√√√√成绩比例%1551020502.课程教学目标考核方式评价权重本课程教学目标与考核方式评价权重如表所示：教学目标考核方式及权重课程教学目标支撑毕业要求指标点考核评价方式权重（%）过程性考核实验期末考试合计作业课堂表现阶段测验教学目标1指标点1.4102030教学目标2指标点2.455101030教学目标3指标点3.2101020教学目标4指标点3.3101020合计155102050100注：期末考试权重将依据学生的学习情况酌情微调。3.课程成绩评价标准平时成绩评定及考核标准考核环节考核结果及标准评估项目及权重优秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）课堂表现（5%）无迟到、早退、旷课现象。积极参加课堂讨论，并有自己独到的见解，能够准确回答问题，并有自己独到的见解偶尔有迟到、早退现象。较为积极参加课堂讨论，能够准确回答问题，并提出自己的见解有迟到、早退现象。能够主动参加课堂讨论，能够回答问题有迟到、早退、偶尔有旷课现象。参与课堂讨论，基本能回答相关问题迟到、早退、旷课较多。不能有效参加课堂讨论，回答不出所有问题作业（15%）能够独立完成作业，作业完成质量优秀，能够灵活运用所学知识和理论解决问题，并获得正确结论能够独立完成作业，完成质量较高，能够运用所学知识和理论解决问题，并获得正确结论能够独立完成作业，完成质量符合要求，能够运用所学知识和理论解决问题，并获得有效结论基本能够独立完成作业，部分题目解答存在抄袭现象，运用所学知识和理论解决问题的能力基本符合要求不能独立完成作业，存在明显抄袭现象，不具备运用所学知识和理论解决问题的能力阶段测验（10%）完成所有阶段测验，根据参考答案评分，总评成绩为优秀完成所有阶段测验，根据参考答案评定分，总评成绩为优良完成所有阶段测验，根据参考答案评分，总评成绩为中等完成所有阶段测验，根据参考答案评分，总评成绩为及格没有完成阶段测试，根据参考答案评分，总评成绩不及格实验（20%）实验报告能够独立完成，内容完整，数据合理，数据处理正确，图表规范。能够正确完成实验报告中提出的问题，并对实验中遇到的问题进行深入的讨论，提出自己的见解。实验报告能够独立完成，内容完整，数据合理，数据处理正确，图表基本规范。能够完成实验报告中提出的问题，并对实验中遇到的问题进行讨论，提出意见。实验报告能够完成，内容完整，数据基本合理，能够进行数据处理，图表基本规范。能够基本完成实验报告中中提出的问题，对实验中遇到的问题进行讨论。实验报告基本能够独立完成，内容完整，数据图表齐全，基本完成实验报告中提出的问题。实验报告不能独立完成，存在抄袭现象，报告中提出的问题没有或基本没有回答。课程教学目标评价标准考核环节考核结果及标准评估项目及权重优秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）教学目标1熟练掌握流体力学、传热学、燃烧理论等基本原理和方法，并具有良好将工程知识用于无机非金属材料领域工程问题解决方案的比较与综合分析的能力。准确掌握流体力学、传热学、燃烧理论等基本原理和方法，并具有一定将工程知识用于无机非金属材料领域工程问题解决方案的比较与综合分析的能力。掌握流体力学、传热学、燃烧理论等基本原理和方法，基本具有将工程知识用于无机非金属材料领域工程问题解决方案的比较与综合分析的能力。基本掌握流体力学、传热学、燃烧理论等基本原理和方法，但将工程知识用于无机非金属材料领域工程问题解决方案的比较与综合分析的能力欠缺。部分掌握流体力学、传热学、燃烧理论等基本原理，不能正确分析进行无机非金属材料生产、制备过程的工程问题。教学目标2熟练运用材料工程基本原理和方法，并具有良好分析无机非金属材料研发、生产与应用过程的影响因素进而获得有效结论的能力。准确运用材料工程基本原理和方法，并具有较好分析无机非金属材料研发、生产与应用过程的影响因素进而获得有效结论的能力。能运用材料工程基本原理和方法，并具有一定分析无机非金属材料研发、生产与应用过程的影响因素进而获得有效结论的能力。基本能运用材料工程基本原理和方法，基本具有分析无机非金属材料研发、生产与应用过程的影响因素进而获得有效结论的能力。能部分运用材料工程基本原理和方法，但缺乏分析无机非金属材料研发、生产与应用过程的影响因素进而获得有效结论的能力。教学目标3能灵活运用流体力学、传热学、燃烧理论等基本原理和理论，在进行无机非金属材料生产工艺等环节初步设计时，科学合理地进行预设计，并能很好呈现分析设计效果。能合理运用流体力学、传热学、燃烧理论等基本原理和理论，在进行无机非金属材料生产工艺等环节初步设计时，科学合理地进行预设计，并能较好呈现分析设计效果。能运用流体力学、传热学、燃烧理论等基本原理和理论，在进行无机非金属材料生产工艺等环节初步设计时，较合理地进行预设计，并能呈现一定分析设计效果。基本能运用流体力学、传热学、燃烧理论等基本原理和理论，在进行无机非金属材料生产工艺等环节初步设计时进行预设计。不能运用流体力学、传热学、燃烧理论等基本原理和理论，在进行无机非金属材料生产工艺等环节初步设计时进行预设计。教学目标4熟练运用材料工程的基本原理和方法，进行无机非金