《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)1》課程教學(xué)大綱

《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)1》課程教學(xué)大綱一、基本信息中文名稱：材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)（1）英文名稱：FundamentalsofMaterialsScienceandEngineering（1）課程代碼：19043201課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)分：2總學(xué)時(shí)：32（其中理論：32實(shí)驗(yàn)：0上機(jī)：0實(shí)踐：0）適用學(xué)院及專業(yè)：材料科學(xué)與工程學(xué)院高分子材料與工程專業(yè)先修課程：高等數(shù)學(xué)A、大學(xué)物理C、物理化學(xué)B、有機(jī)化學(xué)B開課單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料化學(xué)系二、課程地位與作用本課程是高分子材料與工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，也是學(xué)生學(xué)習(xí)后繼專業(yè)課程的基礎(chǔ)。本課程系統(tǒng)介紹化工產(chǎn)品生產(chǎn)中的動量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞和化學(xué)反應(yīng)，即“三傳一反”過程。對“三傳一反”過程中流體輸送、過濾、沉降、固體流態(tài)化等過程遵循的流體動力學(xué)基本規(guī)律，加熱、冷卻、蒸發(fā)、冷凝等過程遵循的熱量傳遞基本規(guī)律，以及蒸餾、吸收、萃取、干燥等遵循的質(zhì)量傳遞基本規(guī)律進(jìn)行講授。本課程由理論講解和學(xué)生實(shí)踐兩部分組成，理論教學(xué)階段不斷滲透實(shí)踐思想，實(shí)踐教學(xué)階段通過將理論知識與化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域設(shè)計(jì)計(jì)算相結(jié)合，回答學(xué)生“課程有什么用？”的疑問。通過與高分子材料化工合成相關(guān)知識結(jié)合，為學(xué)生滲透高分子材料學(xué)科工程實(shí)踐的思想，培養(yǎng)學(xué)生將化工生產(chǎn)中的基本原理應(yīng)用于高分子材料化工合成領(lǐng)域的能力，結(jié)合我國在化工領(lǐng)域取得的成就及化工先驅(qū)者事跡介紹，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情、民族自豪感，進(jìn)一步堅(jiān)定“四個(gè)自信”，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維意識、工程創(chuàng)新意識和工匠精神，為高分子材料與工程領(lǐng)域應(yīng)用型人才培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。三、課程教學(xué)目標(biāo)本課程支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.3、1.4、2.1、3.1。本課程緊密圍繞“立德樹人”的根本任務(wù)，幫助學(xué)生樹立正確熱人生觀、世界觀和價(jià)值觀，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情、民族自豪感，進(jìn)一步堅(jiān)定“四個(gè)自信”，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維意識、工程創(chuàng)新意識和工匠精神。通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生了解典型化工設(shè)備的構(gòu)造、性能和操作原理，以及設(shè)備選型及校核的基本知識；理解“三傳一反”過程中的基本計(jì)算公式的物理意義、應(yīng)用方法和適用范圍；掌握化工生產(chǎn)中主要單元操作過程及設(shè)備的基本計(jì)算方法，查閱和使用常用工程計(jì)算圖表、手冊、資料的基本方法。具備利用現(xiàn)代化設(shè)計(jì)軟件開展化工單元的設(shè)計(jì)與模擬，選擇適宜操作條件、探索強(qiáng)化過程途徑和提高設(shè)備效能的初步能力，以及運(yùn)用工程技術(shù)觀點(diǎn)分析和解決化工單元操作一般問題的能力。為日后從事材料研究與開發(fā)、化工工程師深造奠定基礎(chǔ)。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)具備以下能力：目標(biāo)1：掌握材料化工基礎(chǔ)專業(yè)知識，并能將其應(yīng)用于分析、設(shè)計(jì)和解決一般化工設(shè)計(jì)工程問題。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.3、1.4）目標(biāo)2：能夠運(yùn)用材料化工基礎(chǔ)基本原理、文獻(xiàn)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等對化工工藝流程等復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析和評價(jià)，得到有效的結(jié)論。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.1）目標(biāo)3：掌握化工工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識，能夠?qū)Ω叻肿硬牧系暮铣傻幕すに嚨拳h(huán)節(jié)提出合理的設(shè)計(jì)方案。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)3.1）課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求的關(guān)系矩陣教學(xué)目標(biāo)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)教學(xué)方式考核方式目標(biāo)11.3掌握高分子材料與工程專業(yè)知識，并能將其應(yīng)用于解決復(fù)雜工程問題。樹立正確熱人生觀、世界觀和價(jià)值觀課堂講授、典型案例、先進(jìn)事跡、課程作業(yè)課程期末考試，課程作業(yè)1.4掌握工程基礎(chǔ)知識，并能針對高分子材料相關(guān)工程問題進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。樹立正確熱人生觀、世界觀和價(jià)值觀課堂講授、典型案例、先進(jìn)事跡、課程作業(yè)課程期末考試，課程作業(yè)目標(biāo)22.1能夠運(yùn)用基本原理、文獻(xiàn)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等對高分子材料的工藝流程、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料開發(fā)等復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析和評價(jià)，得到有效的結(jié)論。課堂講授、典型案例、成就、先進(jìn)事跡、課后討論、上網(wǎng)查閱相關(guān)資料課程期末考試，課程作業(yè)目標(biāo)33.1掌握工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識，能夠?qū)Ω叻肿硬牧系暮铣?、加工及?fù)合等環(huán)節(jié)提出合理的設(shè)計(jì)方案。工程思維意識、工程創(chuàng)新意識和工匠精神。課堂講授、成就、課后討論和課程作業(yè)課程期末考試，課程作業(yè)四、主要教學(xué)內(nèi)容第1章流體流動與輸送機(jī)械（10學(xué)時(shí)，支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.3、1.4、2.1、3.1）本章通過化工先驅(qū)發(fā)展民族工業(yè)的先進(jìn)事跡，弘揚(yáng)新時(shí)代愛國主義精神與實(shí)干精神為切入點(diǎn)，通過本章學(xué)習(xí)應(yīng)掌握利用伯努利方程、流體靜力學(xué)方程和連續(xù)性方程解決簡單管路問題的方法；理解靜壓力特性、流體靜力學(xué)基本方程、流體的流量與流速、定態(tài)流動的質(zhì)量衡算和機(jī)械能衡算的方法、流體在管路中的總阻力；了解流體的連續(xù)介質(zhì)假定、壓縮性、質(zhì)量力、壓力、剪切力與粘度等流體基本性質(zhì)，離心泵、往復(fù)式泵等流體輸送機(jī)械類型。重點(diǎn)：流體靜力學(xué)、流體動力學(xué)、流體流動阻力的基本理論。難點(diǎn)：利用伯努利方程、流體靜力學(xué)方程和連續(xù)性方程解決簡單管路問題的方法。第2章傳熱（4學(xué)時(shí)，支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.3、1.4、2.1、3.1）本章通過我國航空航天事業(yè)的迅猛發(fā)展，弘揚(yáng)擔(dān)當(dāng)精神和夢想精神為切入點(diǎn)，通過本章學(xué)習(xí)應(yīng)掌握利用傅里葉定律解決簡單的多層平壁熱傳導(dǎo)問題的方法；理解熱傳導(dǎo)機(jī)理、熱傳導(dǎo)速率的傅里葉定律、熱導(dǎo)率的定義，單層平壁、多層壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)，對流傳熱過程、對流傳熱速率的牛頓冷卻定律、流體無相變時(shí)的對流傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，輻射傳熱的基本概念、物體的輻射能力；了解傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用、加熱劑、冷卻劑、傳熱設(shè)備中冷、熱流體的接觸方式和熱量傳遞的三種方式。重點(diǎn)：熱傳導(dǎo)速率的傅里葉定律。難點(diǎn)：利用傅里葉定律解決簡單的多層平壁熱傳導(dǎo)問題的方法。第3章氣體吸收（8學(xué)時(shí)，支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.3、1.4、2.1、3.1）本章通過化工先驅(qū)發(fā)展民族工業(yè)的先進(jìn)事跡，弘揚(yáng)工匠精神與奉獻(xiàn)祖國精神為切入點(diǎn)，通過本章學(xué)習(xí)應(yīng)掌握利用氣液平衡關(guān)系判斷吸收過程方向、吸收過程推動力和吸收過程極限的方法；理解氣體在液體中的溶解度、相平衡關(guān)系在吸收過程中的應(yīng)用、單相內(nèi)物質(zhì)的分子擴(kuò)散、雙膜理論；了解化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過程、相組成表示方法、氣體吸收過程及應(yīng)用、吸收劑、吸收操作的分類。重點(diǎn)：相組成表示方法、利用氣液平衡關(guān)系判斷吸收過程方向、吸收過程推動力和吸收過程極限的方法。難點(diǎn)：利用氣液平衡關(guān)系判斷吸收過程方向、吸收過程推動力和吸收過程極限的方法。第4章蒸餾（6學(xué)時(shí)，支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.3、1.4、2.1、3.1）本章通過范旭東等化工先驅(qū)的事跡，弘揚(yáng)鍥而不舍精神與民族精神為切入點(diǎn)，通過本章學(xué)習(xí)應(yīng)掌握全塔物料衡算方法；理解理想溶液的氣-液平衡、溫度組成圖、氣-液平衡圖、揮發(fā)度與相對揮發(fā)度、多次部分氣化部分冷凝、連續(xù)精餾裝置流程和塔板的作用；了解簡單蒸餾、平衡蒸餾、間歇精餾的基本概念。重點(diǎn)：理想溶液的氣-液平衡、溫度組成圖、氣-液平衡圖、多次部分氣化部分冷凝。難點(diǎn)：全塔物料衡算方法。第5章固體干燥（4學(xué)時(shí)，支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.3、1.4、2.1、3.1）本章通過侯德榜等化工先驅(qū)的事跡，弘揚(yáng)艱苦奮斗精神與敢為人先精神為切入點(diǎn)，通過本章學(xué)習(xí)應(yīng)掌握干燥過程中的物料與熱量衡算；理解濕空氣的性質(zhì)、濕空氣的濕度圖及其應(yīng)用、水分在氣-固兩相間的平衡；了解物料去濕與干燥的基本方法、對流干燥的特點(diǎn)、物料中水分含量的表示方法和干燥器的基本要求與分類。重點(diǎn)：物料中水分含量的表示方法、干燥過程中的物料與熱量衡算。難點(diǎn)：干燥過程中的物料與熱量衡算。五、教學(xué)方法課程采取理論教學(xué)、課堂討論與課后答疑等方法。六、課程考核和成績評定方式課程考核采用閉卷考試、平時(shí)考核相結(jié)合的方式，總評成績中閉卷考試成績占70%，平時(shí)成績占30%。七、教材及參考文獻(xiàn)1、教材：楊祖榮，《化工原理》（第三版），北京，化學(xué)工業(yè)出版社，20142、主要參考教材[1]夏清，賈紹義，《化工原理（上冊）》（第二版），天津，天津大學(xué)出版社，2