《材料科学与工程专业技能训练》课程教学大纲

《材料科学与工程专业技能训练》课程设计教学大纲一、课程基本信息中文名称：专业技能训练英文名称：ProfessionalSkillsTraining课程代码：19047102课程性质：以周开设的独立实践教学环节学分：4总学时：4周适用学院及专业：材料科学与工程学院材料科学与工程专业先修课程：工厂工艺设计模块：机械图学B、机械设计基础B、机械设计基础课程设计、材料工程基础、无机材料工艺学、无机材料机械与热工设备、新材料科学现状与文献检索、工厂工艺设计概论A材料性能模拟计算模块：大学计算机、材料科学基础A、无机材料物理性能、新材料科学现状与文献检索、计算材料学基础、材料专业计算机应用新材料开发设计模块：材料科学基础A、材料科学基础实验、无机材料物理性能、材料现代研究方法、材料现代研究方法实验、无机材料工艺学、无机结构与功能材料、新材料科学现状与文献检索、材料科学与工程专业英语、材料专业计算机应用开课单位：材料科学与工程学院材料工程系材料科学与工程教研室二、课程设计性质、目的课程设计性质：专业技能训练是材料科学与工程专业培养复合型工程技术人才和创新能力培养的重要专业实践教学环节，学生可选择其中任一模块。通过本课程设计的学习，使学生在后续的毕业实习、毕业设计（论文）等环节，对于无机材料工厂工艺的设计、无机材料性能设计及模拟计算或新材料的开发设计有较全面的了解和掌握，从而使学生获得工厂工艺设计/材料性能模拟计算/新材料开发设计，以及设计说明书撰写能力的训练，为分析和解决实际工程问题奠定坚实的基础。课程设计目的：通过专业技能训练，加强学生对所学知识的综合利用能力，加深对本专业的了解与热爱，增强专业信心，提高专业素质；能够增强学生的工程实践能力和创新能力的培养，提高对工匠精神的感悟和民族自豪感；同时达到巩固所学专业知识，并通过查阅和应用有关文献资料，从技术与经济的统一观点出发，拟定合理设计方案，以达到以下目的：工厂工艺设计模块：使学生理解工厂工艺在生产和基本建设中的地位与作用，掌握无机材料工厂设计中的工艺设计和设备选型，提高分析和解决问题的能力；能够综合利用所学知识，结合具体实际应用，对课程设计中的主要关键技术，提出独立见解或创新性解决思路，提高学生的创新素质和能力；熟悉无机材料工厂工艺设计所涉及的相关国家标准、法规，充分理解工厂工艺设计对社会、健康、安全等方面的影响；通过课程设计说明书的撰写，培养和提高学生的计算能力和科技写作能力；通过绘图训练，提高学生的AutoCAD绘图能力，初步掌握用图纸表示复杂工程。材料性能模拟计算模块：使学生理解材料性能模拟计算在材料设计、制备和应用中的地位与作用，掌握MaterialsStudio中的CASTEP模块，ANYSIS等计算软件，提高分析和解决问题的能力；能够综合利用所学知识，结合具体实际应用，对课程设计中的主要关键技术，提出独立见解或创新性解决思路，提高学生的创新素质和能力；掌握无机材料的物理性能的影响因素，并通过计算参数的调整优化无机材料的物理性能；通过课程设计说明书的撰写，培养和提高学生的计算能力和科技写作能力；通过计算软件的学习和训练，提高学生的数值模拟计算能力，初步掌握采取合理的技术手段避免不利的复杂工程问题。新材料开发设计模块：使学生理解新材料开发设计在材料制备和应用中的地位与作用，掌握材料组成、结构和性能之间的关系，提高分析和解决问题的能力；能够综合利用所学知识，结合具体实际应用，通过文献检索，设计开发新材料，提出独立见解或创新性解决思路，提高学生的创新素质和能力；掌握无机材料的制备、性能测试和分析方法，综合利用专业知识进行新材料的开发设计，并对其性能进行检测和分析；能够在设计过程中充分考虑无机材料的制备和应用对社会、健康、安全等方面的影响；通过课程设计说明书的撰写，培养和提高学生的新材料开发能力和科技写作能力，初步掌握采取合理的技术手段避免不利的复杂工程问题。三、课程设计教学目标本课程支撑毕业要求指标点3.2、4.2、4.3、5.1、6.2、7.2、9.1、9.2、10.1通过本课程设计，学生应具备以下能力：目标1：能够综合运用本专业工程基础知识，针对无机材料制备工艺设计与产品制造及质量控制系统复杂工程问题提出解决方案，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。（支撑毕业要求指标点3.2）目标2：能够综合运用本专业理论基础和相关专业知识制定实验或设计方案、开展实验或设计、正确采集实验或计算数据，并对实验或计算结果进行处理、分析和解释，得出合理有效的结论。（支撑毕业要求指标点4.2、4.3）目标3：能够针对无机材料制备及质量控制系统复杂工程问题，选择和使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，进行预测与模拟，能够在实践过程中理解相关方法及工具的局限性。（支撑毕业要求指标点5.1）目标4：能够基于工程相关背景知识分析与评价无机材料制备过程和产品应用对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，理解应承担的责任。（支撑毕业要求指标点6.2）目标5：能够从环境保护和可持续发展的角度考虑无机材料制备过程和产品应用过程可能对人类和环境造成的损害和隐患，并提出合理的解决方案。（支撑毕业要求指标点7.2）目标6：在实践过程中，能够理解团队合作的重要性，与其他成员进行有效沟通、分工和协作，在项目中承担相应的角色，并完成需求承担相应的任务。（支撑毕业要求指标点9.1、9.2）目标7：能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计说明书、陈述发言、清晰表达或回应指令。（支撑毕业要求指标点10.1）课程教学目标与毕业要求的关系矩阵教学目标毕业要求指标点达成途径考核方式目标13.2对技术问题解决方案进行分析、论证，确定方案的合理性；同时考虑社会与环境、安全与健康、法律与文化等因素，对方案进行经济性和可行性评价。典型案例分析、查阅相关资料或上网查阅相关资料出勤、平时表现、设计能力、回答问题、设计计算说明书、设计图纸的质量目标24.2能够根据实验方案构建实验系统，安全开展实验，并正确采集实验数据；4.3能够对实验结果进行处理、分析和解释，并能把实验结果、理论分析和文献研究相结合，得出合理有效的结论。目标35.1理解材料工程领域常用的信息技术工具、现代分析测试技术、工程工具和模拟软件的使用原理和方法，并理解其局限性。典型案例分析、上网查阅相关资料、查阅国家相关规定和行业规范。目标46.2能够合理分析与评价材料工程实践和复杂工程问题的解决方案与社会、健康、安全、法律、文化方面的相互制约与影响，并理解应承担的社会、道德和法律责任。目标57.2理解环境保护和可持续发展的理念和内涵，并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对环境和社会可持续发展的影响，评价产品周期中可能对人类和环境造成的损害和隐患，并提出合理的解决方案。目标69.1理解团队合作的重要性，具有在不同的位置上各尽所能、与其他成员协调合作的团队精神和能力，能够在团队合作中进行分工与协作，正确处理个人与团队的关系。9.2了解多学科技术背景和技术特点，能够在多学科背景下的项目中承担个体、团队成员以及负责人角色，并能够按照需求承担相应任务。典型案例分析、课程设计成果目标710.1能够以口头、文稿，图表、多媒体等方式，针对材料复杂工程问题的解决方案、过程和结果，正确表达自己的观点，回应质疑。四、课程设计内容与要求工厂工艺设计模块：设计内容：无机材料类工厂的设计（1）根据选址原则确定厂址。（0.4周，支撑毕业要求指标点3.2、6.2）（2）查阅文献和资料，了解国内外的无机材料的新工艺、新设计思路和动向；根据课程设计任务要求，参照国内外先进的生产工艺以及同类工厂的实际生产数据、经验和设计思路，提出合理的设计方案。（0.4周，支撑毕业要求指标点4.2、4.3、5.1、6.2、7.2、9.1、9.2）（3）进行物料平衡及相关计算。（1.5周，支撑毕业要求指标点4.2、4.3、5.1、9.1、9.2）（4）绘制厂区总平面图、工艺流程图、车间工艺布置图等。（1周，支撑毕业要求指标点5.1、9.1、9.2）（5）撰写设计说明书。（0.5周，支撑毕业要求指标点10.1）（6）答辩。（0.2周，支撑毕业要求指标点9.1、9.2、10.1）材料性能模拟计算模块：设计内容：热传导问题的有限元分析（1）选择稳态或瞬态热分析问题；（0.4周，支撑毕业要求指标点3.2、6.2）（2）查阅文献和资料，分析某一确定问题的热力学过程，推导热传导微分方程，结合边界条件的热传导问题进行数值分析；（0.4周，支撑毕业要求指标点4.2、4.3、5.1、6.2、7.2、9.1、9.2）（3）定义单元类型和材料属性，进行数学建模；（1.5周，支撑毕业要求指标点4.2、4.3、5.1、9.1、9.2）（4）在实体模型或单元模型上施加热分析载荷并求解实际问题；（1周，支撑毕业要求指标点5.1、9.1、9.2）（5）给出分析结果，撰写设计说明书。（0.5周，支撑毕业要求指标点10.1）（6）答辩。（0.2周，支撑毕业要求指标点9.1、9.2、10.1）新材料开发设计模块：设计内容：新材料工艺开发设计（1）查阅文献和资料，了解国内外的某一无机材料的主要制备方法；（0.4周，支撑毕业要求指标点3.2、6.2）（2）根据材料的性能要求设计开发该材料的制备工艺，制定合理的设计开发方案；（0.4周，支撑毕业要求指标点4.2、4.3、5.1、6.2、7.2、9.1、9.2）（3）根据开发设计的实验方案，完成相关实验，并收集、处理相关实验数据。（1.5周，支撑毕业要求指标点4.2、4.3、5.1、9.1、9.2）（4）通过性能测试验证设计方案的合理性；（1周，支撑毕业要求指标点5.1、9.1、9.2）（5）撰写设计说明书；（0.5周，支撑毕业要求指标点10.1）（6）答辩。（0.2周，支撑毕业要求指标点9.1、9.2、10.1）课程要求：学生任选一模块，并根据课程设计指导书完成专业技能训练实践环节，在实践过程中应充分考虑无机材料在制备和应用过程中对环境和可持续发展的影响，增强社会责任感和专业意识；通过文献检索，了解国内外相关领域的发展现状和学科前沿，树立强国意识、践行工匠精神，坚守持之以恒、锲而不舍的科研态度。五、考核和成绩评定方式工厂工艺设计模块：考核内容包括：出勤、平时表现、设计完成情况、设计说明书、设计图纸等。本课程设计成绩评定方式按学校有关规定执行。课程设计成绩分五部分：出勤、平时表现、设计完成情况、课程设计说明书和设计图纸质量，分值分别占10%，10%，20%，30%、30%，总成绩百分制录入。材料性能模拟计算模块：考核内容包括：出勤、平时表现、设计完成情况、设计成果、设计说明书等。本课程设计成绩评定方式按学校有关规定执行。课程设计成绩分五部分：出勤、平时表现、设计完成情况、设计成果、设计说明书等，分值分别占10%，10%，20%，30%、30%，总成绩百分制录入。新材料开发设计模块：考核内容包括：出勤、平时表现、设计完成情况、样品性能、设计说明书等本课程设计成绩评定方式按学校有关规定执行。课程设计成绩分五部分：出勤、平时表现、设计完成情况、样品性能、设计说明书，分值分别占10%，10%，20%，30%、30%，总成绩百分制录入。六、指导书和参考文献1．指导书自编课程设计指导书2．主要参考教材和参考文献工厂工艺设计模块：[1]吴建锋主编，无机非金属材料工厂设计概论（第1版），武汉，武汉理工大学出版社，2013[2]宋晓岚主编，无机材料工厂工艺设计概论（第1版），北京，冶金工业出版社，2008[3]曹文聪，杨树森主编，普通硅酸盐工艺学（第1版），武汉，武汉理工大学出版社，2010[4]吴晓东主编，陶瓷厂工艺设计概论（第1版），武汉，武汉理工大学出版社，2010[5]王宙主编，玻璃工厂设计概论（第1版），武汉，武汉理工大学出版社，2010[6]金容容主编，水泥厂工艺设计概论（第1版），武汉，武汉理工大学出版社，1993[7]中国硅酸盐学会陶瓷分会建筑卫生陶瓷专业委员会，中国建材咸阳陶瓷研究设计院编著，现代建筑卫生陶瓷技术手册（第1版），北京，中国建材工业出版社，2010[8]王承遇，陶瑛主编，玻璃性质与工艺手册（第1版），北京，化学工业出版社，2014[9]聂春生，主编，实用玻璃组分（第1版），天津科学技术出版社，2002[10]严生，常捷，程麟主编，新型干法水泥厂工艺设计手册（第1版），北京，中国建材工业出版社，2007材料性能计算模块：[1]曾攀，有限元基础教程，北京，高等教育出版社，2009[2]朱伯芳，有限单元法原理与应用（第四版），水利水电出版社，2018[3]张洪信，管殿柱，有限元基础理论与ANSYS18.0应用，机械工业出版社，2018[4]莫维尼著，李继荣等译，有限元分析——ANSYS理论与应用（第四版），电子工业出版社，2015新材料开发设计模块：[1]朱继平，李家茂，罗派峰，材料合成与制备技术（