《工程材料設計創(chuàng)新》教學大綱

《工程材料設計創(chuàng)新》教學大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：03174021課程性質(zhì)：學科基礎創(chuàng)新課程學分：2學分學時：32學時（其中：理論12學時，實踐20學時）先修課程：材料成型導論、大學物理（1）、機械制圖（2）、材料科學基礎A等后續(xù)課程：材料加工創(chuàng)新、材料成型技術綜合創(chuàng)新等適用專業(yè)：材料成型及控制工程開課單位：材料科學與工程學院一、課程說明《工程材料設計創(chuàng)新》是一門以培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識、啟發(fā)創(chuàng)新思維和介紹創(chuàng)新方法的學科基礎創(chuàng)新課。以材料成型導論、機械制圖（2）、大學物理（1）、材料科學基礎A等先修課程為基礎，通過綜合運用和總結(jié)歸納學生先修課的有關知識，結(jié)合新技術、新思路、新方法啟發(fā)學生的思維過程，為學生后期深入學習專業(yè)知識、從事科學研究、開展專業(yè)創(chuàng)新和綜合創(chuàng)新打下基礎。本課程始終圍繞提高學生創(chuàng)新能力這一目標而展開，通過材料研究中的典型案例由淺入深，逐步培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生樹立創(chuàng)新理念和思維模式，積累創(chuàng)新動力和本領，培養(yǎng)學生成為具有獨立思考、勇于創(chuàng)新的人才。二、課程教學目標課程目標1：掌握工程材料相關的科研技能，熟悉創(chuàng)新意識與專業(yè)技能的整合；熟練掌握材料成分、材料成型工藝、材料最終性能三者之間的交互作用。課程目標2：掌握運用工程材料解決實際工程問題的能力；具備綜合利用材料成分、組織特征對材料的性能進行創(chuàng)新和設計的能力；具備新材料設計開發(fā)的能力。課程目標3：加強學生的愛黨、愛國、愛民的愛國主義精神；樹立學生的民族自信、文化自信、科技自信；使學生擁有大國的工匠精神、科技報國的家國情懷、為祖國建設奉獻的使命擔當。三、課程目標與畢業(yè)要求《工程材料設計創(chuàng)新》課程教學目標對材料成型及控制工程專業(yè)畢業(yè)要求的具體支撐見表1。表1課程教學目標與畢業(yè)要求關系畢業(yè)要求指標點課程目標支撐強度3.設計/開發(fā)解決方案3.3能將優(yōu)選和創(chuàng)新設計意識，用于解決方案的制定環(huán)節(jié)。課程目標1：掌握工程材料相關的科研技能，熟悉創(chuàng)新意識與專業(yè)技能的整合；熟練掌握材料成分、材料成型工藝、材料最終性能三者之間的交互作用。M5.使用現(xiàn)代工具5.2能夠開發(fā)、選擇與使用現(xiàn)代工程工具和信息技術工具對材料成型專業(yè)復雜問題進行輔助設計、預測和模擬，并理解其局限性。課程目標2：掌握運用工程材料解決實際工程問題的能力；具備綜合利用材料成分、組織特征對材料的性能進行創(chuàng)新和設計的能力；具備新材料設計開發(fā)的能力。M9.個人和團隊9.1具備良好的團隊意識，能夠理解團隊不同角色的責任和作用，并能與其它學科成員協(xié)作互補。課程目標3：加強學生的愛黨、愛國、愛民的愛國主義精神；樹立學生的民族自信、文化自信、科技自信；使學生擁有大國的工匠精神、科技報國的家國情懷、為祖國建設奉獻的使命擔當。M注：表中“M（中）”表示課程與相關畢業(yè)要求的關聯(lián)度。四、教學內(nèi)容、基本要求與學時分配1.理論部分理論部分的教學內(nèi)容、基本要求與學時分配見表2。表2教學內(nèi)容、基本要求與學時分配教學內(nèi)容教學要求，教學重點難點理論學時對應的課程目標1.基礎項目1.1化學成分對材料組織及性能的影響1.2工藝對金屬材料組織及性能的影響教學要求：了解工程材料常見的研究方法；掌握工程材料成分、工藝、組織、性能之間的規(guī)律。重點：材料成分、工藝、組織與性能之間關系。難點：工藝對材料組織、性能的影響。41、2、32.綜合項目2.1熱處理對金屬件組織的優(yōu)化2.2熱處理對金屬件性能的優(yōu)化教學要求：結(jié)合工程零件使用性能要求，能夠提出組織及性能優(yōu)化方案，擬定工藝參數(shù)，開展實驗研究。重點：工程零件組織性能綜合分析。難點：熱處理工藝的變化對零件組織和力學性能影響。41、2、33.拔高項目3.1典型零件失效分析3.2典型金屬材料熱處理過程模擬及參數(shù)優(yōu)化教學要求：能夠合理分析零件機械失效的原因，針對使用性能要求，開展成分、工藝優(yōu)化設計及模擬仿真。重點：工程材料綜合知識的應用。難點：參數(shù)優(yōu)化對材料組織和性能影響。41、2、3合計122.實踐部分實踐部分的教學內(nèi)容、基本要求與學時分配見表3。表3實踐項目、實踐內(nèi)容與學時實踐項目實踐內(nèi)容和要求實踐學時對應的課程目標1.基礎項目教學要求：以項目為切入點，了解開展科學研究的基本過程，掌握數(shù)據(jù)的采集、處理和分析方法。重點：實驗數(shù)據(jù)的采集、處理和分析。難點：采用多種手段對數(shù)據(jù)進行分析。61、32.綜合項目教學要求：能夠采用創(chuàng)新性的方法或手段開展項目，能夠?qū)?shù)據(jù)進行深入分析。重點：采用創(chuàng)新性的方法或手段開展項目。難點：數(shù)據(jù)深入分析。61、2、33.拔高項目教學要求：針對一般工程問題，能夠獨立開展相關研究工作，能夠使用計算機模擬等手段。重點：計算機模擬等手段的應用。難點：計算機模擬技術的應用。81、2、3合計20學生選擇項目后，老師進行有針對性的講解，剩余項目學生課下自主完成。具體項目設計項目名稱如下：基礎項目：（1）低碳鋼成分組織性能分析；（2）中碳鋼成分組織性能分析；（3）高碳鋼成分組織性能分析；（4）鑄鐵成分組織性能分析；（5）鋁合金成分組織性能分析。綜合項目：（1）退火工藝對材料影響；（2）正火工藝對材料影響；（3）淬火工藝對材料影響；（4）鋁合金固溶處理分析；（5）焊接件組織性能分析。拔高項目：（1）鋼的淬火模擬及參數(shù)優(yōu)化；（2）鋼的端淬熱處理模擬及應用；（3）鋼的滲碳熱處理模擬及參數(shù)優(yōu)化；（4）鋼的回火熱處理模擬及參數(shù)優(yōu)化；（5）鋁合金熱處理模擬及參數(shù)優(yōu)化。五、教學方法及手段項目教學貫穿整個基礎創(chuàng)新教學環(huán)節(jié)，項目難度由易到難，第一個項目老師帶領、第二個項目老師指導、第三個項目學生獨立完成。本課程在教學過程中，將充分發(fā)揮學生主動性，老師在全面聽取學生方案的基礎上，與學生開展討論，引導學生對方案進行優(yōu)化。積極采用啟發(fā)式、探究式、討論式和參與式教學，注重培養(yǎng)學生的批判性和創(chuàng)造性思維，增強學生創(chuàng)新意愿，培育創(chuàng)新能力，挖掘創(chuàng)業(yè)潛能。以解決企業(yè)生產(chǎn)過程中遇到的工程材料相關的技術難題為出發(fā)點，采用學生分組細化教學、項目化教學、線上線下教學等多種教學手段，結(jié)合虛擬實驗平臺，計算機模擬仿真等多種形式的教學方法，使學生掌握解決工程材料應用過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。本課程將創(chuàng)新理念和思政元素融入整個教學環(huán)節(jié)，并遵循理論先行、應用驗證、服務創(chuàng)新大賽的教學思路。培養(yǎng)學生自主學習能力、實際動手能力，激發(fā)學生的創(chuàng)新能力。六、課程資源1.推薦教材（1）高紅霞.工程材料實驗與創(chuàng)新.北京：機械工業(yè)出版社.2019.2.參考書（1）創(chuàng)新設計發(fā)展戰(zhàn)略研究項目組.材料創(chuàng)新設計.杭州：浙江大學出版社，2018.（2）朱和國，尤澤升，劉吉梓，黃鳴.材料科學研究與測試方法.南京:東南大學出版社,2019.（3）王順興.金屬熱處理原理與工藝.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社，2019.3.期刊（1）金月仙.現(xiàn)代冷琺瑯工藝與其他材料融和的創(chuàng)新設計[J].藝術品鑒,2021(33):13-15.（2）王慧遠,李超,李志剛,徐進,韓洪江,管志平,宋家旺,王珵,馬品奎.納米增強體強化輕合金復合材料制備及構(gòu)型設計研究進展與展望[J].金屬學報,2019,55(06):683-691.（3）宮聲凱,尚勇,張繼,郭喜平,林均品,趙希宏.我國典型金屬間化合物基高溫結(jié)構(gòu)材料的研究進展與應用[J].金屬學報,2019,55(09):1067-1076.（4）王志強,賀毅,尹磊,代文平.復合材料制品在鐵路牽引供電系統(tǒng)中的應用[J].電氣時代,2021(11):48-49.（5）郭劍橋,虞寧,虞金衛(wèi).功能性粉末涂料的研究進展[J].化工管理,2021(21):52-53.（6）吳祚勝.鑄鐵消失模涂料綜述[J].廣東化工,2019,46(14):114-115.（7）YoonSW,ChangWP.Laminateddesignfortheapplicationofcompositematerialsforshipradarmast[J].InternationalJournalofModernPhysicsB,2021,35:14-16.（8）NikolenkoSV,KhimukhinSN,GordienkoPS.AlumoMatrixCompositeMaterialsforElectroSparkDepositiononCarbonSteel[J].SolidStatePhenomena,2021,316:745-751（9）ChabbiL,HaslerS,RoelofsH,etal.ChallengesandInnovationinSteelWireProduction[J].MaterialsScienceForum,2017,892:3-9.4網(wǎng)絡資源（1）陳光等.材料與文明、創(chuàng)新與發(fā)展./course/NJUST-1001752019（2）全國大學生金相技能大賽./（3）梁紅波等.大學生創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)./course/PYVTC-1206996809（4）徐林紅等.金屬材料及熱處理./course/CUG-1001632002（5）晁敏等.涂料與粘合劑./course/（6）北京科技大學.金屬材料成分、工藝、組織和性能一體化設計虛擬仿真平臺./details/2020?id=6520&isView=true（7）江蘇大學.高強韌鋁基納米復合材料成分設計與性能調(diào)控虛擬仿真平臺./details/2020?id=7248&isView=true七、課程考核對課程目標的支撐課程成績由過程性考核成績和期末綜合大作業(yè)成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關系見表4。表4課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細則課程目標123過程性考核作業(yè)評介18（1）主要考核學生對創(chuàng)新項目的理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績；（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√√6102階段測試12（1）主要考核學生創(chuàng)新項目相關知識和技能的理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次測試單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績；（3）以測試成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√66分組任務15（1）以小組為單位考核學生對各個創(chuàng)新模塊的理解以及創(chuàng)新方法的掌握，滿分100分；（2）分組任務包括但不限于研究報告、創(chuàng)新方案設計、模擬仿真結(jié)果分析等；每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以小組為單位完成的作業(yè)，小組成員共享本次作業(yè)成績。（4）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√√582互動表現(xiàn)15（1）根據(jù)課堂出勤情況、小組討論、創(chuàng)新項目參與度等情況進行考核，滿分100分。（2）以綜合成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?63期末綜合作業(yè)40（1）成績100分，以小組形式為單位完成項目報告，以期末綜合作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力以及各種創(chuàng)新知識的綜合運用能力。（3）期末綜合作業(yè)類型：研究報告、模擬仿真報告、項目研究方案等，要重點突出的創(chuàng)新性?！獭獭?5205合計：100分385012八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程采用教學過程評價和期末綜合作業(yè)的形式進行考核。考核基本要求：過程性評價成績100分（權(quán)重60%），包括作業(yè)評價、階段測試、分組任務、互動表現(xiàn)等；綜合作業(yè)成績100分（權(quán)重40%），以創(chuàng)新課程項目內(nèi)容為主題，以小組為單位提交的研究報告成績。2.過程性考核成績的標準過程性考核方式重點考核內(nèi)容、評價標準、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價標準考核方式所占比重(%)100≥x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60作業(yè)評價30創(chuàng)新項目作業(yè)完整，思路清晰，準確率大于90%。創(chuàng)新項目作業(yè)完整，準確率大于80%。不交作業(yè)1次以內(nèi)，準確率大于70%。不交作業(yè)2次以內(nèi)，準確率大于60%。不交作業(yè)3次以上，準確率小于60%。階段測試20項目測試內(nèi)容完整，思路清晰，準確率大于90%。項目測試內(nèi)容完整，準確率大于80%。項目測試內(nèi)容完整，準確率大于70%。少進行1次章節(jié)測驗，準確率大于60%。少進行2次章節(jié)測驗，準確率小于60%。分組任務25分組任務思路清晰，完成率大于90%。分組任務思路清晰，完成率大于80%。分組任務思路清晰，完成率大于70%。分組任務未完成1次。分組任務未完成2次?；颖憩F(xiàn)25完成線上學習內(nèi)容；積極參加創(chuàng)新課程互動，踴躍回答問題，準確率大于90%。線上學習完成80%以上；積極參加創(chuàng)新課程互動，回答問題準確率大于80%。線上學習完成70%；偶爾參與創(chuàng)新課程互動，回答問題準確率大于70%。上課不認真，偶