工程材料教学大纲

PAGEPAGE11《工程材料》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称工程材料课程编号310040026课程性质专业选修课课程类别专业课开课单位材料成型教研室授课学期第三学期学分/学时2/32课内学时32理论授课28上机学时0课内实践0实验学时4课外学时0适用专业车辆本是否双语否先修课程工程力学、材料力学、后续课程机械设计理论二、课程简介《工程材料》课程是车辆类专业的一门专业选修课，为理论性较强的一门课程。学生通过本课程的学习，熟悉工程材料的概念和各种材料特点。初步具有选择材料和分析材料加工工艺的原因及其防止缺陷办法的能力。了解金属塑性加工变形的简单机理,熟悉材料加工方法特点及金属零件的生产工艺过程,具有初步设计良好结构件的能力。本课程对金属材料的基本特征、常用材料加工的基本原理、特点及应用。熟悉相图的基本概念,掌握热处理“四把火”的原理及其特点,晶体凝固的原理及特点，金属材料分类及成分等知识进行理论讲授及实验验证，阐明其原理、规律及控制途径，全面考核学生对知识的掌握和运用，培养学生了解金属材料的基本概念、基本理论，讨论问题，设计和选择加工工艺及设备的能力，分析解决实际工程材料问题。提升学生的学习、分析问题和解决问题能力，引导学生树立和践行高度责任心与职业素质、良好安全生产意识的核心价值观和行为规范。是工科院校机械大类专业学生所必修的一门综合技术基础课。是研究材料基础知识的一门学科。其任务是使学生了解常用材料方法及其不同特点的基础知识。具有综合运用知识，分析材料方法及工艺的初步能力，了解与本课程有关的新工艺、新技术及其发展趋势。为学习其它有关课程,并为以后从事机械设计和制造方面的工作奠定必要的焊接工艺基础。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标通过本课程的学习，使学生达到以下目标：课程目标1（知识传授）1、阐释晶体缺陷的定义、缺陷的特征、对材料的影响以及不同维度的缺陷、组织与性能之间的联系。（1）描述过冷度的本质、特征；结晶过程，推断铸件组织的产生及特点；（2）归纳成分和温度对相图的影响、二元相图；匀晶反应、共晶反应、共析反应特征。（3）分析塑性变形对组织和性能的影响、加工硬化及细晶强化。2、应用相图知识，通过分析热处理加热和冷却方式，探讨促进钢铁性能，提高工件质量和减少氧化。3、将不同金属材料的成分、加工工艺特点、使用性能等知识结合实际工程结构。课程目标2（能力培养）1、综合运用学科基础知识正确理解工程材料的本质和规律，根据焊接场景不同，选择合适的焊接方法等，初步具备选用常用焊接方法的基本能力，培养焊接设计开发意识。2、评价热处理方法特点及应用场景，对比材料使用性能，结合实际工程特点，具备分析和选择热处理方法的基本能力，培养材料工程师意识。课程目标3（素质培养）1、解析热处理工艺与设备的重要性，辩证理解实用性、安全性、工艺性与艺术性之间关系，传承高度责任心和职业素质的材料工程师精神；2、领会工程材料工艺的重要性，材料加工设备使用性能与材料设计关联，树立良好的安全生产意识，能够自觉按规章操作，领会精益求精的大国工匠精神。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标1指标点1-4：综合应用所学知识进行简答工程材料问题解决方案的设计与改进。指标点2-2：能够将相关基础理论和基本原理综合应用于复杂工程材料问题的表述，对复杂工程材料问题的解决途径进行分析、对比并试图改进。2-问题分析课程目标2指标点1-4：综合应用所学知识进行复杂工程材料问题解决方案的设计与改进。指标点2-2：能够将相关基础理论和基本原理综合应用于复杂工程材料问题的表述，对复杂工程材料问题的解决途径进行分析、对比并试图改进。1-工程知识2-问题分析课程目标3指标点3-1：学习工程材料工艺和设备选用、调整原则和要求，了解影响工程材料目标和技术方案的各种因素。3-设计/开发解决方案四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一单元晶体学（学时数：6学时）1.课程主要内容（1）记忆“晶格”、“晶胞”和“点阵”等重要概念。（2）理解晶体缺陷的特点，对晶体的影响。（3）点缺陷中空位、置换原子和间隙原子的特征，产生原因及影响。（4）线缺陷、位错的特征，产生原因及影响。、（5）面缺陷、晶界的特征，产生原因及影响。。2.重点和难点（1）晶体缺陷（2）点阵晶胞晶格3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明课程与教学基本原理，丰富学生课程与教学的基本知识结构，培养学生晶体缺陷的知识；（2）让学生运用课堂学习到的基础知识，根据不同的金属材料成分，服役环境，选择合适的材料与加工工艺，加深对课程内容的理解。通过案例分析，强调理论与实践相结合，促进学生知识整合，培养学生能够运用所学知识解决材料问题；（3）通过不同材料比较，融合实际车辆工程中不同工程材料的特点，引入具体情况具体分析的思政教学内容，提高学生的辨别能力、分析能力、思考决策能力、解决复杂材料的问题，培养学生职业规范，树立安全生产责任心，精益求精。4.学生学习预期成果完成本章学习后，学生能够理解工程材料基本特征，了解晶体缺陷的原理，根据工程实际要求进行加工方法、工艺选择，运用所学知识解决进行选择材料、加工方法、组织及性能。对于实际工程问题学会具体情况具体分析，培养学生严谨的治学态度，对机械工程师的职业素养有一定认知。5.支撑课程目标（1））讲授晶体缺陷、原子排列、点阵类型等内容，从微观科学角度阐释工程材料的地位（知识传授）。（2）以工程材料知识为主线，讲授晶体特征，探究晶体本质，培养学生设计开发意识、工程师严谨意识（能力培养）。（3）分享工程材料相关标准、文献、思政案例，拓宽学生专业视野，树立学生机械结构设计的责任心与工程安全意识、精益求精的大国工匠精神（素质培养）。本单元知识、教学方式支撑的课程目标1、课程目标2和课程目标3。第二单元材料的凝固与结晶（学时数：2学时）1.课程主要内容（1）凝固与结晶的基本概念、影响因素。（2）铸件基本概念、不同组织产生原因、分布特征、影响因素。（3）合金结晶，形核和长大2.重点和难点（1）凝固与结晶。（2）合金结晶过程。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明课程与教学基本原理，丰富学生课程与教学的基本知识结构，培养学生的工程知识；（2）以图像和动画形式向学生展示合金结晶过程，使学生理解晶核尺寸对结晶过程的影响；4.学生学习预期成果完成本章学习后，学生能够基本理解晶体凝固的特征，理解结晶与成分的影响。对于实际工程问题，能够判断结晶过程与晶体组织的基本情况，制定合理的结晶工艺，具备一定的凝固工程设计能力。培养学生面对复杂问题时，抓住关键，化繁为简，抓住主要矛盾的能力，体现责任心与安全性。5.支撑课程目标（1）讲授晶体结晶的基本概念、热力学原因、组织分布特征、影响结晶的因素，从工程角度阐释控制结晶的重要作用（知识传授）。（2）讲授晶粒度与晶体性能、结晶工艺的相互关系，培养学生晶体工艺设计的基本能力，培养设计开发意识与工程意识（能力培养）。（3）讲授结晶不良组织和粗晶的危害，拓展铸件新工艺新方法，传承高度责任心和树立良好的安全生产意识（素质培养）。本单元知识、教学方式支撑的课程目标1、课程目标2和课程目标3。第三单元材料的变形断裂与强化机制（学时数：6学时）1.课程主要内容（1）塑性变形的特征、优势、影响因素、应用场景。（2）断裂的的特征、机理，对于构件质量的影响。（3）材料强化机制。2.重点和难点（1）塑性变形机制及其影响因素。（2）断裂机制及防治措施。（3）塑性变形及细晶强化机制。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明课程与教学基本原理，丰富学生课程与教学的基本知识结构，培养学生的工程材料知识；（2）采用融合问题分析的创新方法，结合生活生产中常见的塑性变形，培养学生快速确认问题，总结问题发生的共性，发现问题根本矛盾所在的能力；（3）通过课堂讨论的方法，结合塑性变形实例，引入位错迁移理论，提高学生在未来工程设计中的安全理念以及负责任态度，培养学生的安全思维。4.学生学习预期成果完成本章学习后，学生能够掌握塑性变形的影响因素与位错产生机制；根据实际服役环境和塑性变形对象分析塑性加工工艺的合理性，选择合理的工程材料，尺寸和模具。对于实际塑性加工问题，能够判断塑性变形工艺和断裂机制，对塑性加工设备选择和塑性加工工艺的合理性进行判断。培养学生机械工程师的安全思维。5.支撑课程目标（1）讲授塑性变形的形态特征、产生原因、影响因素（知识传授）。（2）讲授塑性和变形工艺因素的综合分析方法，分享塑性变形案例，培养塑性变形工艺设计能力，树立学生工程意识（能力培养）。（3）讲授加工硬化的原理，在过程中探索工程中的应用案例，传承高度责任心和树立良好的安全生产意识（素质培养）。本单元知识、教学方式支撑的课程目标1、课程目标2和课程目标3。第四单元铁碳合金相图（学时数：2学时）1.课程主要内容（1）铁碳合金相图定义、相区、等温转变。（2）铁素体、奥氏体、渗碳体含义。（3）铁碳合金相图应用。2.重点和难点（1）铁碳合金相图不同的相。（2）铁碳合金相图转变。（3）铁碳合金相图相变在加工中的应用。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明课程与教学基本原理，丰富学生课程与教学的基本知识结构，培养学生的工程知识；（2）采用融合问题分析的创新方法，结合生活生产中常见的相图，培养学生快速确认问题，总结问题发生的共性，发现问题根本矛盾所在的能力；（3）通过课堂讨论的方法，结合相图实例，引入相变理论，提高学生在未来材料设计中的安全理念以及负责任态度，培养学生的安全思维。4.学生学习预期成果完成本章学习后，学生能够掌握相图的影响因素与相变机制；根据实际环境和加工对象分析加工工艺的合理性，选择合理的铸造工艺。对于实际加工问题，能够判断加工方法，对加工材料成分选择和铸造、焊接工艺的合理性进行判断。培养学生机械工程师的安全思维。5.支撑课程目标（1）讲授铁碳合金相图的形态特征、不同相的分布、相变（知识传授）。（2）讲授铁碳合金相图和加工工艺因素的综合分析方法，分享加工案例，培养铁碳合金相图设计能力，树立学生工程意识（能力培养）。（3）讲授铁碳合金相图的原理及应用，在过程中探索工程中的应用案例，传承高度责任心和树立良好的安全生产意识（素质培养）。本单元知识、教学方式支撑的课程目标1、课程目标2和课程目标3。第五单元钢的热处理（学时数：6学时）1.课程主要内容（1）钢的热处理的特征、优势劣势、影响因素、。（2）钢的热处理的分类、原理、应用场景。（3）特殊的钢的热处理。2.重点和难点（1）淬火、退火、回火、正火原理及组织变化。（2）特殊热处理组织变化。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明课程与教学基本原理，丰富学生课程与教学的基本知识结构，培养学生的工程知识；（2）采用融合问题分析的创新方法，结合生活生产中常见的热处理，培养学生快速确认问题，总结问题发生的共性，发现问题根本矛盾所在的能力；（3）通过课堂讨论的方法，结合热处理实例，讲解淬火、退火、回火、正火，提高学生在未来热处理中的安全理念以及负责任态度，培养学生的安全思维。4.学生学习预期成果完成本章学习后，学生能够掌握热处理的影响因素与产生机制；根据实际热处理环境和热处理对象分析热处理工艺的合理性，选择合理的热处理设备和工艺。对于实际热处理问题，能够判断热处理方法，对热处理设备选择和热处理工艺的合理性进行判断。培养学生热处理工程师的安全思维。5.支撑课程目标（1）讲授热处理特征、相变原因、影响因素（知识传授）。（2）讲授热处理工艺因素，讲授相变机制，培养热处理工艺设计能力，树立学生工程意识（能力培养）。（3）讲授热处理的工艺措施与设计方法，在过程中探索热处理工程中的应用案例，传承高度责任心和树立良好的安全生产意识（素质培养）。本单元知识、教学方式支撑的课程目标1、课程目标2和课程目标3。第六单元钢铁材料（学时数：4学时）1.课程主要内容（1）钢铁材料的特点、优势劣势、应用场景。（2）钢铁材料的分类，成分。2.重点和难点（1）合金成分的影响。（2）材料分类及应用。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明课程与教学基本原理，丰富学生课程与教学的基本知识结构，培养学生的工程知识；（2）采用融合问题分析的创新方法，结合生活生产中常见的钢铁材料，培养学生快速确认问题，总结问题发生的共性，发现问题根本矛盾所在的能力；（3）通过课堂讨论的方法，结合钢铁材料实例，讲解钢、铸铁的应用，提高学生在未来工件设计中的安全理念以及负责任态度，培养学生的安全思维。4.学生学习预期成果完成本章学习后，学生能够掌握钢铁材料的不同成分与强化机制；根据实际服役环境和要求分析钢铁材料的合理性，选择合理的钢铁材料成分和工艺。对于实际钢铁材料问题，能够对钢铁材料设备和焊接工艺的合理性进行判断。培养学生焊接工程师的安全思维。5.支撑课程目标（1）讲授钢铁材料的形态特征、产生原因、影响因素（知识传授）。（2）讲授钢铁材料和成分因素，讲授碳素钢、工具钢、弹簧钢、耐热钢、不锈钢的区别，树立学生工程意识（能力培养）。（3）讲授钢铁的合金成分的作用，在过程中探索工程中的应用案例，传承高度责任心和树立良好的安全生产意识（素质培养）。本单元知识、教学方式支撑的课程目标1、课程目标2和课程目标3。第七单元材料实验（学时数：4学时）1.课程主要内容通过“铁碳合金平衡组织观察”实验和“常见材料显微组织观察”实验，要求学生理解不同加工方法对材料组织的影响；认识温度对平衡组织、钢铁材料和有色金属的组织的影响规律；掌握金相显微镜的基本方法和绘图工具的使用。2.实验方法a.观察不同金相组织；b.描述不同的组织分布；c.根据所学知识，解释组织变化原因及对性能的影响。3.实验要求a.掌握金相试样观察准备工作；b.掌握不同温度、成分对组织影响；c.解释组织对性能的影响具体见实验指导书及实验报告册要求。（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排课内课外学时比例第一单元材料性能讲授法、案例教学、随堂研讨课程目标1、2、32第二单元材料结构讲授法、案例教学、随堂研讨课程目标1、2、34第三单元材料凝固与结晶讲授法、案例教学、对比课程目标1、2、33第四单元材料变形与强化讲授法、案例教学、对比课程目标1、2、33第五单元铁碳相图讲授法、案例教学、对比课程目标1、2、34第六单元钢的热处理讲授法、案例教学、对比课程目标1、2、36第七单元钢铁材料讲授法、案例教学、对比课程目标1、2、36第八单元课内实验实验课程目标1、2、34合计32五、课程考核及对课程目标的支撑（一）课程考核课程的考核以考核学生能力及培养目标的达成与否为主要目的，以检查学生对各知识点的掌握程度和应用能力为重要内容，形成性考核评价体系包括平时成绩、实践成绩和期末考试成绩三个部分，占比分别为30%、10%、60%。其中平时成绩包括作业（70%）、随堂小测试（20%）、课堂表现（10%）3个环节，而课堂表现囊括学习通主题讨论、随堂练习、课堂互动等环节；期末考试包括提现工程知识的基础掌握试题（40%）、体现分析设计能力的综合运用试题（50%）和拓展创新试题（10%）三种多元化试题类型。课程总评成绩由三个考核模块中各个环节成绩加权而成，成绩均为百分制。考核模块中各个环节所占分值比例可根据具体情况进行调整，建议值及考核细则如下。课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节目标分值考核/评价细则平时成绩30%作业（百分制）70静载强度计算、应力原理与控制，断裂、疲劳、应力腐蚀、高温蠕变、焊接结构设计等基础知识。本门课程4-6次作业，主要考核学生对各单元知识点的理解和掌握程度；每次测试按100分制单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节最终成绩。作业评分的具体标准为作业正确率。目标分值=0.7*作业平均成绩随堂小测试（百分制）20本门课程课堂随机4-6次测试，每次1-3个选择或者填空类小题。主要加强学生对各单元知识点的理解和掌握程度；每次测试按100分制单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节最终成绩。测试评分的具体标准为测试正确率。目标分值=0.2*作业平均成绩课堂表现（百分制）10参与学习通主题讨论、随堂练习、课堂互动等课程活动获得相应分数，主要考核学生对基础知识的提升和拓展能力，掌握和应用知识的程度。出勤不单独计分，1次无故未出勤扣2分，3次无故未出勤，本门课程不及格。目标分值=0.1*作业平均成绩实践成绩10%实验（百分制）100课内实验。参加实验并完成实验指导书。实验成绩100分。未参加实验，此环节0分。评分标准按照实验数据采集准确性、指导书工整性、回答问题准确性进行评分。目标分值=1*指导书平均成绩期末考试60%知识40卷面成绩100分，以卷面成绩的60%计入课程总评成绩。主要考核各章节知识掌握和综合运