机械工程基础材料 设计

《工程材料》课程的教学设计样例授课日期：授课地点：授课题目第二章材料的结构学时2授课方式讲授课次1班级人数120教学目的、要求明确本课程的性质与任务通过学习材料的基本结构及其特点，使学生了解材料性能与结构的关系，并初步掌握改变材料性能的基本理论。教学重点和难点教学重点：晶体结构的基本概念；金属的三种典型晶体结构；实际金属中的三类晶体缺陷及合金的相结构。难点：正确理解和分析材料的晶体结构与其性能之间的关系；在实际生产中如何利用金属中的晶体缺陷为生产服务。教学过程及主要内容教学设计§2－1原子的结合方式C60C60§2－2晶体结构的基本概念磁力小球（用于学生动手搭建晶体结构实物）三种金属材料的典型晶体结构§2－3实际金属的晶体结构从单晶体入手了解金属的晶体结构。§2-4合金的结构合金的组成：固溶体、化合物最后用微课总结这一章节内容1.课堂导入首先，引导学生认识本专业。通过上面这页PPT，让同学们思考本专业“机械设计”中设计的依据有哪些，并请同学们讨论发言，由此引出设计的根本依据---那就是根据需求设计。然后，进入主题，即设计零件首先要选材料。选择材料都不是唯一性的，那该如何考虑呢？以此进一步启发学生思考，任何零件无论你选择什么材料，第一要考虑能够加工出来，且加工方法要简单、环保，还有一个很重要的因素，就是要控制成本。第二尽可能地满足需求（性能）-材料-加工（处理）工艺-环保-可持续性发展的要求，以上每个环节都是设计零件时选择材料必须要综合考虑的。最后，从学生所学专业，更深入讲解在零件设计与制造的过程中与材料的关系。使学生深刻认识到，不论是设计还是制造，都离不开材料学，且加工处理方法是决定零件性能的关键之一。然后通过一个案例（如切销出的螺栓和锻造出来的螺栓综合性能有差距）来说明加工工艺不同是如何影响材料性能的，其根本原因是改变了材料的微观组织结构，引出本次课的主讲内容，即材料的结构。思路1：通过课堂引入后，让学生先看左边第一张图中的几个问题，带着这几个问题，学习今天的教学内容。多媒体播放：原子在空间是如何排列与运动的启发教学:从左边这4幅图中复习一下材料的结合键思路2：层层带入授课内容通过举例不同结合键组成的材料比如食盐、氢气、铜，其性能也不同。进而提出“结合键相同是否其性能就相同”？通过两种最常见的材料钢和铜来说明，它们结合键相同，但导电性能和力学性能却不同，进一步引出影响金属情能的另一个因素，也是最重要的因素，金属原子在空间的排列问题，即材料的晶体结构。启发教学:从左边2-2节这幅图，准备一些磁力小球，把小球相象成每一个原子，让学生们现场动手，看能搭出多少种结构。从而引出晶胞、晶面、晶向等为了交流方便而人为设定的专业特定语言。思路3：通过学生搭建的不同结构，得出结论，材料在空间的排列方式是不同的。有很多种方式，给出常用的几种，如左图。多媒体播放：三种常用晶体结构中的各个晶格参数是如何计算的以及在结构中是如何表示的。思路4：通过给出具有这几种结构的典型材料，让学生从直观上体会出结构不同，材料性能也不同。启发引导：金属的结构是象左图中摆的这么完美吗，请同学们上台来试着摆一下，要求学生宏观不变的情况下，内部能否有变化。思路5：实际金属材料的结构是什么样的，引出其三种缺陷多媒体动画教学：演示一下缺陷是如何存在，且如何保持金属的结构稳定的。拓展思考知识：材料的结构能否人为地改变。材料晶体结构的不完美是好事还是坏事，如果缺陷避免不了，我们如何利用。思政内容引入：讲解在自然界存在的事实就是，自然存在的物质没有百分之百纯的，也没有一点没有缺陷的。如果我们把缺陷看成是特点，那世界又是另一样。同样，我们每个人也都是一样的，只要是不做违法及社会道德不允许的事情，每个人的所谓不完美就可以看作是每个人的特点，如何发挥自身的特长为社会为他人服务是更加重要的。不盲目自信也不自卑，尊重自己尊重别人。思路6：通过晶体模型以及什么是钢，钢为什么比铁强度高等案例，引导学生如何利用金属的缺陷为人类所用。引出合金以及合金的经构。提问：合金中各组成元素的原子在空间是如何排列的？课后思考：改变材料的性能的途径有哪些，查阅文献，同时发挥各自的想象力？利用下图的慕课复习。授课方式板书+多媒体+微课右侧为板书的基本内容慕课做为课后复习主要板书内容§2-1原子的结合方式§2-2晶体结构的基本概念§2-3实际金属的晶体结构§2-4合金的结构参考资料：1.丁晓非主编，机械工程材料，大连理工大学出版社，20172.方亮、王雅生主编《材料成形技术基础》，高等教育出版社，20103.王章忠、乔斌等《机械工程材料》机械工业出版社，20014.崔敏主编《材料成形工艺基础》，华中科技大学出版社，2013年学情分析与课堂实施策略：机械设计制造及其自动化专业学生原生源是理科学生，有数学、物理、化学、制图等基础，但由于学生来源主要是贫困地区，有些基础课程及直观认识层面的东西较少，大脑的逻辑思维开发较晚较不系统。为此，在课堂上我们会多运用启发式，从问题导向及成果导向入手。让学生养成独立思考的习惯后，再一点点训练他们的逻辑思维能力。由于学生是大二，还没有完全摆脱高中的学习方式。我们将这方面能力强一点的学生不着痕迹地放到个个讨论组，互相促进，同时增加感观认识，通过多媒体、动画、微课、慕课等多种形式，提高学生的学习兴趣，尽量做到，边学边思考，边练边学。目标设定与达成预测：本次课的目标是让学生认识金属的三种典型晶体结构，以及正确理解和认识金属的晶体缺陷。并且使其理解建立理想结构模型的目的，这是分析任何复杂问题简单化的关键。通过实物，自己动手从感观上认识再从理论上加深理解，然后再从实践中体会。达到了理论----实践-----再理论的目标。另外，通过学生自学晶面、晶向指数知识，理解了专业语言在技术交流中的重要性。师生互动达到了学习理解知识的目的。通过如何利用晶体的缺陷达到了知识延伸与拓展，使学生充分了解了合金、纳米材料，准晶等先进材料。了解了材料的力学性能、工艺性能，与材料结构之间的关系。作业及思考题：为什么不同的材料具有不同的性能。2． 相同的材料在什么情况下具有不同的性能。3． 如何通过改变材料的结构来改变材料的性能，具出几例子。4． 从原子结合的观点来看，金属、