《工程材料设计创新》教学大纲

《工程材料设计创新》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：03174021课程性质：学科基础创新课程学分：2学分学时：32学时（其中：理论12学时，实践20学时）先修课程：材料成型导论、大学物理（1）、机械制图（2）、材料科学基础A等后续课程：材料加工创新、材料成型技术综合创新等适用专业：材料成型及控制工程开课单位：材料科学与工程学院一、课程说明《工程材料设计创新》是一门以培养学生创新意识、启发创新思维和介绍创新方法的学科基础创新课。以材料成型导论、机械制图（2）、大学物理（1）、材料科学基础A等先修课程为基础，通过综合运用和总结归纳学生先修课的有关知识，结合新技术、新思路、新方法启发学生的思维过程，为学生后期深入学习专业知识、从事科学研究、开展专业创新和综合创新打下基础。本课程始终围绕提高学生创新能力这一目标而展开，通过材料研究中的典型案例由浅入深，逐步培养学生的创新意识，培养学生树立创新理念和思维模式，积累创新动力和本领，培养学生成为具有独立思考、勇于创新的人才。二、课程教学目标课程目标1：掌握工程材料相关的科研技能，熟悉创新意识与专业技能的整合；熟练掌握材料成分、材料成型工艺、材料最终性能三者之间的交互作用。课程目标2：掌握运用工程材料解决实际工程问题的能力；具备综合利用材料成分、组织特征对材料的性能进行创新和设计的能力；具备新材料设计开发的能力。课程目标3：加强学生的爱党、爱国、爱民的爱国主义精神；树立学生的民族自信、文化自信、科技自信；使学生拥有大国的工匠精神、科技报国的家国情怀、为祖国建设奉献的使命担当。三、课程目标与毕业要求《工程材料设计创新》课程教学目标对材料成型及控制工程专业毕业要求的具体支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度3.设计/开发解决方案3.3能将优选和创新设计意识，用于解决方案的制定环节。课程目标1：掌握工程材料相关的科研技能，熟悉创新意识与专业技能的整合；熟练掌握材料成分、材料成型工艺、材料最终性能三者之间的交互作用。M5.使用现代工具5.2能够开发、选择与使用现代工程工具和信息技术工具对材料成型专业复杂问题进行辅助设计、预测和模拟，并理解其局限性。课程目标2：掌握运用工程材料解决实际工程问题的能力；具备综合利用材料成分、组织特征对材料的性能进行创新和设计的能力；具备新材料设计开发的能力。M9.个人和团队9.1具备良好的团队意识，能够理解团队不同角色的责任和作用，并能与其它学科成员协作互补。课程目标3：加强学生的爱党、爱国、爱民的爱国主义精神；树立学生的民族自信、文化自信、科技自信；使学生拥有大国的工匠精神、科技报国的家国情怀、为祖国建设奉献的使命担当。M注：表中“M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时对应的课程目标1.基础项目1.1化学成分对材料组织及性能的影响1.2工艺对金属材料组织及性能的影响教学要求：了解工程材料常见的研究方法；掌握工程材料成分、工艺、组织、性能之间的规律。重点：材料成分、工艺、组织与性能之间关系。难点：工艺对材料组织、性能的影响。41、2、32.综合项目2.1热处理对金属件组织的优化2.2热处理对金属件性能的优化教学要求：结合工程零件使用性能要求，能够提出组织及性能优化方案，拟定工艺参数，开展实验研究。重点：工程零件组织性能综合分析。难点：热处理工艺的变化对零件组织和力学性能影响。41、2、33.拔高项目3.1典型零件失效分析3.2典型金属材料热处理过程模拟及参数优化教学要求：能够合理分析零件机械失效的原因，针对使用性能要求，开展成分、工艺优化设计及模拟仿真。重点：工程材料综合知识的应用。难点：参数优化对材料组织和性能影响。41、2、3合计122.实践部分实践部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实践项目、实践内容与学时实践项目实践内容和要求实践学时对应的课程目标1.基础项目教学要求：以项目为切入点，了解开展科学研究的基本过程，掌握数据的采集、处理和分析方法。重点：实验数据的采集、处理和分析。难点：采用多种手段对数据进行分析。61、32.综合项目教学要求：能够采用创新性的方法或手段开展项目，能够对数据进行深入分析。重点：采用创新性的方法或手段开展项目。难点：数据深入分析。61、2、33.拔高项目教学要求：针对一般工程问题，能够独立开展相关研究工作，能够使用计算机模拟等手段。重点：计算机模拟等手段的应用。难点：计算机模拟技术的应用。81、2、3合计20学生选择项目后，老师进行有针对性的讲解，剩余项目学生课下自主完成。具体项目设计项目名称如下：基础项目：（1）低碳钢成分组织性能分析；（2）中碳钢成分组织性能分析；（3）高碳钢成分组织性能分析；（4）铸铁成分组织性能分析；（5）铝合金成分组织性能分析。综合项目：（1）退火工艺对材料影响；（2）正火工艺对材料影响；（3）淬火工艺对材料影响；（4）铝合金固溶处理分析；（5）焊接件组织性能分析。拔高项目：（1）钢的淬火模拟及参数优化；（2）钢的端淬热处理模拟及应用；（3）钢的渗碳热处理模拟及参数优化；（4）钢的回火热处理模拟及参数优化；（5）铝合金热处理模拟及参数优化。五、教学方法及手段项目教学贯穿整个基础创新教学环节，项目难度由易到难，第一个项目老师带领、第二个项目老师指导、第三个项目学生独立完成。本课程在教学过程中，将充分发挥学生主动性，老师在全面听取学生方案的基础上，与学生开展讨论，引导学生对方案进行优化。积极采用启发式、探究式、讨论式和参与式教学，注重培养学生的批判性和创造性思维，增强学生创新意愿，培育创新能力，挖掘创业潜能。以解决企业生产过程中遇到的工程材料相关的技术难题为出发点，采用学生分组细化教学、项目化教学、线上线下教学等多种教学手段，结合虚拟实验平台，计算机模拟仿真等多种形式的教学方法，使学生掌握解决工程材料应用过程中发现问题、分析问题、解决问题的能力。本课程将创新理念和思政元素融入整个教学环节，并遵循理论先行、应用验证、服务创新大赛的教学思路。培养学生自主学习能力、实际动手能力，激发学生的创新能力。六、课程资源1.推荐教材（1）高红霞.工程材料实验与创新.北京：机械工业出版社.2019.2.参考书（1）创新设计发展战略研究项目组.材料创新设计.杭州：浙江大学出版社，2018.（2）朱和国，尤泽升，刘吉梓，黄鸣.材料科学研究与测试方法.南京:东南大学出版社,2019.（3）王顺兴.金属热处理原理与工艺.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2019.3.期刊（1）金月仙.现代冷珐琅工艺与其他材料融和的创新设计[J].艺术品鉴,2021(33):13-15.（2）王慧远,李超,李志刚,徐进,韩洪江,管志平,宋家旺,王珵,马品奎.纳米增强体强化轻合金复合材料制备及构型设计研究进展与展望[J].金属学报,2019,55(06):683-691.（3）宫声凯,尚勇,张继,郭喜平,林均品,赵希宏.我国典型金属间化合物基高温结构材料的研究进展与应用[J].金属学报,2019,55(09):1067-1076.（4）王志强,贺毅,尹磊,代文平.复合材料制品在铁路牵引供电系统中的应用[J].电气时代,2021(11):48-49.（5）郭剑桥,虞宁,虞金卫.功能性粉末涂料的研究进展[J].化工管理,2021(21):52-53.（6）吴祚胜.铸铁消失模涂料综述[J].广东化工,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网络资源（1）陈光等.材料与文明、创新与发展./course/NJUST-1001752019（2）全国大学生金相技能大赛./（3）梁红波等.大学生创新与创业./course/PYVTC-1206996809（4）徐林红等.金属材料及热处理./course/CUG-1001632002（5）晁敏等.涂料与粘合剂./course/（6）北京科技大学.金属材料成分、工艺、组织和性能一体化设计虚拟仿真平台./details/2020?id=6520&isView=true（7）江苏大学.高强韧铝基纳米复合材料成分设计与性能调控虚拟仿真平台./details/2020?id=7248&isView=true七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末综合大作业成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核作业评介18（1）主要考核学生对创新项目的理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩；（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√6102阶段测试12（1）主要考核学生创新项目相关知识和技能的理解和掌握程度，满分100分；（2）每次测试单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩；（3）以测试成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√66分组任务15（1）以小组为单位考核学生对各个创新模块的理解以及创新方法的掌握，满分100分；（2）分组任务包括但不限于研究报告、创新方案设计、模拟仿真结果分析等；每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以小组为单位完成的作业，小组成员共享本次作业成绩。（4）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√582互动表现15（1）根据课堂出勤情况、小组讨论、创新项目参与度等情况进行考核，满分100分。（2）以综合成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√663期末综合作业40（1）成绩100分，以小组形式为单位完成项目报告，以期末综合作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核学生发现问题、分析问题、解决问题的能力以及各种创新知识的综合运用能力。（3）期末综合作业类型：研究报告、模拟仿真报告、项目研究方案等，要重点突出的创新性。√√√15205合计：100分385012八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程采用教学过程评价和期末综合作业的形式进行考核。考核基本要求：过程性评价成绩100分（权重60%），包括作业评价、阶段测试、分组任务、互动表现等；综合作业成绩100分（权重40%），以创新课程项目内容为主题，以小组为单位提交的研究报告成绩。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100≥x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60作业评价30创新项目作业完整，思路清晰，准确率大于90%。创新项目作业完整，准确率大于80%。不交作业1次以内，准确率大于70%。不交作业2次以内，准确率大于60%。不交作业3次以上，准确率小于60%。阶段测试20项目测试内容完整，思路清晰，准确率大于90%。项目测试内容完整，准确率大于80%。项目测试内容完整，准确率大于70%。少进行1次章节测验，准确率大于60%。少进行2次章节测验，准确率小于60%。分组任务25分组任务思路清晰，完成率大于90%。分组任务思路清晰，完成率大于80%。分组任务思路清晰，完成率大于70%。分组任务未完成1次。分组任务未完成2次。互动表现25完成线上学习内容；积极参加创新课程互动，踊跃回答问题，准确率大于90%。线上学习完成80%以上；积极参加创新课程互动，回答问题准确率大于80%。线上学习完成70%；偶尔参与创新课程互动，回答问题准确率大于70%。上课不认真，偶