机械基础（第2版）课程标准教学教案

《机械基础（第2版）》课程标准【课程名称】机械基础 【课程编码】【课程类别】专业基础课 【适用专业】新机械、机电与自动化专业【授课单位】 【总学时】32【教材】【编写执笔人】 【编写日期】 1．课程定位和课程设计1.1课程制定依据本课程制定的依据是以下三方面：（1）本课程是机电一体化专业人才培养方案中规定的核心课程，也是机电类专业最重要的专业课之一，具有很强的实用性，在学生的后续发展中占有很重要的位置。（2）根据机电一体化专业建设指导委员会在课程重构中的论证结论，确立了本课程的知识点。（3）通过市场调研和毕业生反馈确定的当前高技能人才对本课程的知识和技能要求。1.2课程性质与作用机械基础是一门技术基础课。本课程所涉及的知识与技能不仅为从事与机械工程相关工作的人员所必备，对生活和工作中进行创新实践活动有极大的帮助。机械基础课程是一门介于基础课和专业课之间的较重要的设计性技术基础课，起着“从理论过渡到实际、从基础过渡到专业”的承前启后的桥梁作用。1.3课程设计思路（1）以专业教学计划培养目标为依据，以岗位需求为基本出发点，以学生发展为本位，设计课程内容。（2）以工程材料、构件受力、机构运动、机械传动、连接与轴系零部件等工程技术为模块，设计教学单元，每一技术模块关联专业设备的相关内容。（3）在课程实施过程中，充分利用课程特征，加大学生工程体验和情感体验的教学设计，激发学生的主体意识和学习兴趣。2．课程目标本课程在加强学生基础知识及其基本技能的同时，还重视培养学生的合作、表达能力。通过本课程的学习，学生应达到以下要求：（一）学科核心素养学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习与实践而逐渐形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。机械基础课程学科核心素养主要包括：（1）发展学生自主能力，促使学生学会学习（2）立足机械加工工艺，培养学生的科学精神（3）激发文明风采创意设计兴趣，引导学生实践创新课程目标（1）知识与能力目标①掌握常用机械工程材料的分类、性能和应用，钢的热处理知识，能够根据产品的工作要求合理选择零件的材料和热处理方法。②初步掌握构件受力及变形的基本分析方法，常用机构的运动分析方法，能够设计与分析简单的机械运动机构。③掌握不同机械传动装置的工作特点和设计方法，能够设计和分析简单的机械传动装置。④熟悉常用通用零部件的工作原理、结构和工艺特点等基础知识，能够合理选择通用零部件。⑤了解机械的节能环保与安全防护知识，能够正确使用和维护一般机械。（2）方法与技能目标①理论联系实际，做到学以致用。本课程所学内容与工程联系较为紧密，在学习过程中，应注意将所学理论知识与生活中的实物联系起来，以加深对理论知识的理解。②学会归纳和总结，提高分析和解决问题的能力。本课程的研究对象较多，在学习过程中应及时对研究对象的基本原理、特点和方法进行归纳、总结，以提高分析和解决工程问题的能力。③在实践中领悟知识。本课程具有很强的实践性，学生应积极参加课程实验、实习、实训等，在实践中巩固知识，提高能力。（3）情感价值观思政目标①增强责任感、使命感，树立技能成才的职业追求，将个人追求融入国家富强、民族振兴、人民幸福的伟大梦想之中。②提高分析问题和解决问题的科学思维能力，养成良好的学习习惯。③具备良好的职业素养和职业道德、踏实严谨的工作作风。3．课程内容与教学要求3.1课程安排本课程开设1个学期，共16周，每周2学时，共32学时。具体安排如下表所示：学期所用教材课程内容学时（32）学周（16）第一学期《机械基础（第2版）》绪论1.认识机械1232162.机械环保与机械安全防护知识0.53.本课程学习指导0.5项目一1.工程材料基础知识262.常用工程材料23.零件的热处理工艺2项目二1.构件受力分析462.构件变形分析2项目三1.平面连杆机构242.凸轮机构和间歇运动机构2项目四1.带传动和链传动482.齿轮传动23.蜗杆传动和齿轮系2项目五1.连接262.轴承23.轴与联轴器24．课程实施4.1教学条件我校十分注重建设和完善机械基础教学设施，如多媒体教室、机械基础实验室、网络教学平台、网络数据库等。同时，我校有一支强大的师资队伍，可以为机械基础教学出谋划策。4.2教学方法建议本课程遵循“教师引导，学生为主”的原则，采用讲解、多媒体演示、场景模拟法、讨论、翻转课堂等多种方法，努力为学生创设更多知识应用的机会。讲解法：主要用于讲授机械基础知识、行业岗位知识等理论性较强的知识。多媒体演示法：在讲解过程中，借助音频、视频、图片等直观手段来呈现教学内容，在激发其学习兴趣和积极性的同时，不断提高其知识储备能力和综合文化素质。场景模拟法：针对所教内容布置任务，引导学生通过情景化的模拟训练来提升知识的实际应用能力和职业素养。讨论法：根据知识点，鼓励学生运用所学知识进行主题讨论，使其在讨论中逐步提升交际能力、思辨能力、解决实际问题的能力等。翻转课堂法：坚持学生的主体地位，鼓励学生在课上对自己学到的知识点进行分享和讲解，并对其讲解进行补充和评价，不断完善学生的知识结构，加深其对所学知识的理解。教师在教学过程中，可根据学生的实际情况灵活选用教学方法，因材施教，尽量照顾到每一个学生的学习需求。4.3教学评价与考核要求课程的教学评价由形成性测评（40%）和终结性测评（60%）组成，其考核要求如下：4.3.1形成性测评形成性测评考核学生在学习本课程过程中的学习情况和实际应用能力的发展情况，包括出勤考核（10%）、课堂参与程度考核（10%）、作业完成质量考核（20%）等。（1）出勤考核本项考核通过课前点名考核学生的课堂出勤率。迟到15分钟以内每次扣1分，迟到15分钟以上或无故缺勤一节课每次扣2分，该项考核累计最多扣10分。（2）课堂参与程度考核本项考核主要通过课堂提问和课堂积极发言来评判学生的学习态度、学习主动性、课堂参与程度，以及学生的思辨能力、问题解决能力及其对课堂教学知识的掌握情况等。只要学生能按时上课听讲，即可获得5分的基本分。学生上课发言一次，即可另外获得0.5分，课堂发言最多可得5分。学生的最后成绩为“5+课堂发言得分”。（3）作业完成质量考核本项考核主要通过学生作业来检测其对教学主体内容的掌握与理解程度、实际应用知识的能力、自主学习能力、信息收集与处理能力等。每次作业成绩按照相应标准而定，学生作业质量划分为优秀（10分）、良好（8分）、中等（7分）、及格（6分）和不及格（0分）五个档次。最后的作业成绩为学生作业完成质量成绩的平均数。4.3.2终结性测评终结性测评主要考核学生在学完本课程后所达到的水平，通过期末考试进行考核。期末考试由闭卷笔试（60%）组成，主要评估学生对本门课程基本知识的掌握情况与综合运用能力。5．课程资源开发与利用5.1教材使用（一）建议教材（二）参考书目5.2网络资源

《机械基础（第2版）》

教案课时分配表章序课程内容课时备注1绪论22机械工程材料63构件受力及变形分析64常用机构的运动分析45机械传动装置86连接与轴系零部件6合计32

课题绪论课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）了解机械发展史（2）掌握机械、机器、机构、构件、零件的基本概念及其间的联系与区别（3）了解机械对环境的污染及应对措施（4）了解机械中常见危险因素及安全防护措施（5）了解本课程的特点、学习方法思政育人目标：使学生机械在实际中的应用，引导学生养成独立思考的良好习惯；培养学生认真负责的工作态度和严谨细致的工作作风，并在教学过程中培养学生的自学能力、分析问题和解决问题的能力，具有分析能力、创新思维能力、科学工作方法及良好的职业道德意识。教学重难点教学重点：机械、机器、机构、构件、零件的基本概念及其间的联系与区别教学难点：机械中常见危险因素及安全防护措施教学方法案例分析法、问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：→→→→传授新知（25min）→课堂小结（3min）第2节课：→传授新知（25min）→课堂训练（10min）→课堂小结（3min）→作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过APP或其他学习软件，完成课前任务什么是机械？机械在日常生活中都有哪些？了解机械对人类社会的影响。【学生】完成课前任务通过课前任务，使学生了解所学课程的重要性，增加学生的学习兴趣考勤

（2min）【教师】使用APP进行签到【学生】按照老师要求签到培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况新课预热

（10min）【教师】自我介绍，与学生简单互动，介绍课程内容、考核标准等【学生】聆听、互动【教师】讲述机械在人类社会中的重要性机械是现代社会进行生产和服务的五大要素（即人、资金、能量、材料、机械）之一，任何现代产业和工程领域都需要应用机械，就是人们的日常生活，也越来越多的应用各种机械了，如汽车、自行车、钟表、照相机、洗衣机、冰箱、空调机、吸尘器等等。【学生】聆听、思考、理解通过老师自我介绍，与学生相互熟悉，并让学生了解这门课的大致要求问题导入（5min）【教师】提出以下问题：如果院子里有一块几个人都搬不动、很大、很重的石头，想把它移动一下，想想我们该怎么办？【学生】思考、举手回答【教师】通过学生的回答引入要讲的知识通过问题导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣

传授新知

（25min）一、认识机械机械概述【教师】讲述机械的概念及发展史（1）机器的概念机械是机器与机构的总称，是人类在长期的生产实践和生活活动中创造并不断改进的，用来降低工作难度、减轻劳动强度或提高生产效率的工具或装置。（3）机器的发展史三千年前：我国就出现了简单的纺织机。两千年前：人们开始把绳轮、凸轮等用于生产作业器具。秦汉时期：人们发明了水转翻车（见图0-1）和手摇纺车（见图0-2）等。图0-1图0-2【课堂互动】✈【教师】要求学生通过“”APP扫描二维码“水转翻车”，观看微课视频，了解水转翻车的组成及工作原理，感受先人的智慧✈【学生】扫码观看、思考宋元时期：这人们发明了水转大纺车（见图0-3）和三锭棉纺车（见图0-4）。图0-3图0-4【课堂互动】✈【教师】要求学生通过“”APP扫描二维码“水转大纺车”，观看微课视频，了解水转大纺车的组成及工作原理，感受先人的智慧✈【学生】扫码观看、思考18世纪：蒸汽机（见图0-5）的发明推动了人类的第一次工业革命。19世纪末20世纪初：在第二次工业革命的浪潮中，世界上第一辆汽车（见图0-6）和第一架飞机相继问世。图0-5瓦特发明的蒸汽机图0-6世界上第一辆汽车20世纪中期：第三次工业革命逐步兴起，出现如火箭、航天飞机、航空母舰、仿生机器人等。如图0-7所示为我国自主研制的“长征”系列运载火箭；如图0-8所示为我国自行设计、自主研制的“蛟龙号”深海载人潜水器。图0-7“长征”系列运载火箭图0-8“蛟龙号”深海载人潜水器【学生】聆听、记录、理解机器与机构【课堂互动】✈【教师】提问：列举一些家用电器和交通工具的名称？✈【学生】聆听、思考、回答✈【教师】肯定学生的回答，提出机器的概念（1）机器定义：机器是指由若干装配单元组成的可以执行机械运动的装置。作用：它用来完成所赋予的功能，如变换或传递能量、变换与传递运动和力以及传递物料与信息，从而代替或减轻人们的体力和脑力劳动。特征：①属于人为的实体组合体；②各运动实体之间具有确定的相对运动；③能代替或减轻人类的劳动，利用机械能做功或进行能量转换。【学生】聆听、思考、回答【教师】要求学生通过“”APP扫描二维码“卷扬机的组成”，观看微课视频，以卷扬机为例说明机器的各部分（2）机器的组成动力部分：将其他形式的能量转换为机械能，是整个机器的动力源。执行部分：直接完成机器的预定工作任务。传动部分：连接动力部分和执行部分，用来传递运动和动力。控制部分：控制机器中动力部分、执行部分和传动部分协同工作，以使机器完成预定动作或实现预定功能。支承及辅助部分：通常包括基础件、支承构件等，用来安装和支承其他组成部分。【学生】观看、聆听、思考【课堂互动】✈【教师】请同学们利用所学知识，分析下列机器的动力部分、执行部分、传动部分和控制部分：①电动三轮车；②电风扇；③豆浆机✈【学生】聆听、思考、回答【课堂互动】✈【教师】让学生讨论机器的类型并举例说明✈【学生】聆听、思考、讨论、回答✈【教师】根据学生的回答引出所讲知识——“机器的分类“（3）机器的分类根据用途的不同，机器可分为动力机器、加工机器、运输机器和信息机器等类型。（详见教材表0-1）【教师】通过PPT展示单杠内燃机图片，分析得出单缸内燃机有凸轮机构、、曲柄连杆机构、带传动机构等，进而引出机构概念图0-10内燃机（4）机构机构是指具有确定相对运动的某些实物的组合，它主要用来传递运动和动力。常用的机构有连杆机构、带传动机构、链传动机构、齿轮传动机构和凸轮机构等。【学生】观看、思考【课堂互动】✈【教师】提出问题让学生思考、讨论，并随机抽取学生回答请大家根据所讲知识，思考并讨论机器与机构之间有什么联系和区别呢？✈【学生】聆听、思考、讨论、回答✈【教师】总结学生的回答联系：两者都是人为的实物组合，各个运动实体之间都具有确定的相对运动关系。区别：机器能利用机械能做功或进行不同形式能量的转换，而单个机构往往不具备这一功能。例如，如图0-10所示的内燃机主要包括三个机构：带传动机构、曲柄连杆机构和凸轮机构。内燃机可以将燃料的内能转换为机械能，但其单个机构是无法完成能量转换的。构件与零件【教师】要求学生通过“”APP扫描二维码“内燃机连杆的组成”，观看微课视频，引入构件和零件的概念构件：指组成机构的各个具有确定相对运动关系的实物，它是机构中的运动单元。零件：组成机器的基本单元。……（详见教材）【学生】聆听、观看、思考通过讲解机械的发展史，使学生了解机械是人类物质生活水平的重要标志。通过观看微课让学生对古代机械”水转翻车“、”水转大纺车“有初步的了解，激发学生的兴趣。通过问答的形式，引导学生主动思考，激发兴趣，更容易接受要讲解的机器知识。通过观看微课让学生对古代”水转翻车“、”水转大纺车“有初步的了解，激发学生的兴趣。通过问答的形式，检查学生对所学知识的掌握程度。通过分组讨论，让学生举例说明在日常生活中遇到过的不铜类型的机器，提高学习积极性，加深对知识的理解和印象通过问答的形式，检查学生对所学知识的掌握程度。课堂小结

（3min）【教师】简要总结本节课的要点机械、机器、机构、构件、零件之间的关系：【学生】总结回顾知识点总结知识点，巩固学生对机械、机器、机构、构件、零件之间的关系的印象第二节课问题引入（5min）【教师】提出问题让学生思考、讨论，并随机抽取学生回答工业化以来，机械工业得到了迅速发展，但同时也给环境带来了严重污染，这不仅严重影响我国社会经济的可持续发展，而且严重威胁广大人民群众的身体健康和生命安全。请思考：机械对环境的污染主要有哪些？并举例说明。【学生】聆听、思考、总结、回答【教师】总结学生的回答，引出所讲内容通过问题导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣

传授新知

（35min）二、机械环保与机械安全防护知识【教师】新知讲解机械环保知识1）机械对环境的污染（1）机械产品要消耗大量的原材料，如钢铁、非铁金属材料、塑料、橡胶等，它们的生产会污染环境。（2）机械产品在制造过程和使用过程会消耗大量的电力、汽油、煤油等能源，这些能源的生产和使用会污染环境。（3）报废的机器、零部件，以及废弃的润滑油和切削液等，它们的处置过程会污染环境。……（详见教材）2）减少机械对环境污染的措施（1）机械设计阶段：采用高新技术材料和先进技术对产品进行优化设计，减少零件数量、减轻零件质量，使材料的利用率达到最高，可有效减少原材料的消耗，减轻机械对环境的污染。（2）机械制造和使用阶段：淘汰落后产能，采用近净成形加工和快速制造技术，通过自动化生产装备提高生产效率和缩短工艺流程，在零部件制造过程中推进清洁生产等，可大大减少能源的消耗，减轻环境污染。（3）机械报废处置阶段：对废旧机械采用再制造技术，如采用电刷镀、热喷涂、激光熔覆、自修复等技术对零部件进行修复，实现机械的再利用，可显著降低资源的消耗，减轻环境污染。……（详见教材）【学生】聆听、思考、总结【知识链接】2015年，国务院发布了我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领——《中国制造2025》，其中明确提出了“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”的基本方针，强调坚持把可持续发展作为建设制造强国的重要着力点，走生态文明的发展道路，同时把“绿色制造工程”列入九大战略任务、五个重大工程之中，部署全面推行绿色制造，努力构建高效、清洁、低碳、循环的绿色制造体系。【教师】新知讲解2．机械安全防护知识1）机械中常见的危险因素（1）机械的卷带和钩挂。（2）机械的绞碾和挤压。（3）机械的刺割和碰撞。（4）机械的打击。……（详见教材）2）机械的安全防护措施（1）密闭与隔离。（2）安全联锁。（3）紧急制动。……（详见教材）3）作业中防止机械伤害的措施（1）正确穿戴劳保防护用品。（2）正确维护和使用安全防护设施。（3）机械运转部件未停稳前，不得进行操作。（4）站位得当。（5）转动部件上不放置物品。（6）严格遵守企业的规章制度和机械的操作规程。……（详见教材）【学生】聆听、思考、总结【案例分析】✈【教师】分析案例一、案例二，思考并讨论案例中的危险因素以及为落实的防护措施案例一：2000年10月13日，某纺织厂职工朱某与同事一起操作滚筒烘干机进行烘干作业。5时40分朱某在向烘干机放料时，被旋转的联轴节挂住裤脚口摔倒在地。待旁边的同事听到呼救声后，马上关闭电源，使设备停转,才使朱某脱险。但朱某腿部已严重擦伤。引起该事故的主要原因就是烘干机马达和传动装置的防护罩在上一班检修作业后没有及时罩上而引起的。案例二：2001年5月18日，四川广元某木器厂木工李某用平板刨床加工木板，木板尺寸为300X25X3800s米，李某进行推送，另有一人接拉木板。在快刨到木板端头时，遇到节疤，木板抖动，李某疏忽，因这台刨床的刨刀没有安全防护装置，右手脱离木板而直接按到了刨刀上，瞬间李某的四个手指被刨掉。✈【学生】分小组讨论、发言✈【教师】做出总结希望大家看后，对事故发生的原因能有一个更深的认识；能吸取这些事故案例的经验教训；得到一些有用的启示，真正把安全放在我们一切工作的首位。三、本课程的学习指导【教师】讲解本课程的内容、性质、目标及学习方法1．课程内容主要介绍机械工程材料、构件受力及变形分析、常用机构的运动分析、机械传动装置、连接与轴系零部件等内容。2．本课程的性质及学习目标本课程的性质：机械基础知识、基本理论和分析方法的技术基础课。本课程的学习目标：培养学生具备解决一般机械工程问题的能力，同时也为后续专业课程的学习奠定基础。3．本课程的学习方法（1）理论联系实际，做到学以致用。（2）学会归纳和总结，提高分析和解决问题的能力。（3）在实践中领悟知识。【学生】聆听、思考、记忆【课堂互动】✈【教师】提出问题让学生思考、讨论，并随机抽取学生回答要想学好本门课程，大家有什么好的学习方法？✈【学生】聆听、思考、讨论、发言✈【教师】做出总结通过分析真实的事故案例，让学生认识到防护措施的重要性。课堂训练

（10min）【教师】提出问题让学生思考、讨论，并随机抽取学生回答（1）不同的机器有哪些共同特征？（2）机械零件按使用功能可分为哪两类？分别举例说明。【学生】聆听、思考、讨论、回答通过课堂训练，加深学生对知识的理解，帮助学生强化知识点的记忆课堂小结

（3min）【教师】简要总结本节课的要点本节课学习了机械对环境的污染、减少机械对环境污染的措施、机械中常见的危险因素、机械的安全防护措施。希望同学们能够通过本节课的学习，提高自己的环保意识和使用机械设备工作时的安全意识。【学生】总结回顾知识点总结知识点，巩固学生对机械环保与机械安全防护相关知识的印象作业布置

（2min）【教师】布置课后作业完成教材中绪论“思考与练习”中的第一、二、三题【学生】完成课后任务通过课后作业复习巩固学到的知识，提高实际操作能力教学反思本次课是学生的第一节机械基础课，通过第一节课的介绍，学生对这门课程有了基础的印象，了解了该课程的教学内容，以及本课程的定位和作用。提高了学生对本课程的学习兴趣。

课题机械工程材料（一）——工程材料基础知识课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）掌握工程材料的分类（2）掌握金属材料的力学性能和工艺性能（3）了解非金属材料的性能及应用思政育人目标：（1）提高分析问题、解决问题的科学思维能力（2）培养投身制造强国、专注技能成才的职业追求教学重难点教学重点：工程材料的分类，金属材料的力学性能和工艺性能，非金属材料的性能及应用教学难点：根据工作条件分析零件材料所需具备的性能教学方法案例分析法、问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：→→→传授新知（35min）→课堂小结（3min）第2节课：传授新知（25min）→任务实施（15min）→课堂小结（3min）→作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，组织学生自由分组，每5～6人1组，并选出1名小组长，然后下载“任务工单1.1”，并根据任务工单进行组内分工。同时，提醒同学通过APP或其他学习软件预习本节课知识，了解工程材料的分类、性能及应用，并思考以下问题：（1）工程材料分为哪几类？请分别举例。（2）金属材料的力学性和工艺性能有哪些？简要说明各种力学性能的含义及评价指标。【学生】完成课前任务通过课前任务，使学生了解所学课程的重要性，增加学生的学习兴趣考勤

（2min）【教师】使用APP进行签到【学生】按照老师要求签到培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况问题导入（5min）【教师】提出以下问题：什么是工程材料？举出身边某制品或零件，说出是什么材料制造的？【学生】思考、举手回答【教师】通过学生的回答引入要讲的知识通过问题导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣

传授新知

（35min）工程材料概述【教师】新知讲解1．工程材料的分类工程材料根据化学成分分为以下类型。类型典型材料名称金属

材料钢铁材料铸铁、碳素钢、合金钢非铁金属材料轻非铁金属、重非铁金属、稀有金属及稀土非金属材料无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃、耐火材料高分子材料塑料、橡胶、合成纤维、胶黏剂、涂料复合材料纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料、层叠复合材料【课堂互动】✈【教师】提出问题让学生思考、讨论，并随机抽取学生回答1、同学们在平时生活中看到过哪些金属（纯金属）？2、金属与非金属比较有哪些特点？✈【学生】聆听、思考、讨论、回答✈【教师】总结学生回答1.金属：如铁、铜、铝、金、银等等。2.金属特性：具有金属光泽、有良好的导电性和导热性、有一定的强度和塑性。2．工程材料在机械中的应用优质的机械产品是正确的工程材料、精巧的设计及合理的加工工艺三者结合的产物。机械的各个零件都是由工程材料制造的，工程材料的性能不但决定了机械的质量和使用寿命，还直接影响机械制造的生产成本，如材料采购成本、机械加工成本等。在众多工程材料中，金属材料来源丰富、性能优良，并且可通过不同的成分配制、采用不同的加工工艺改变组织和性能，在机械工程中应用最为广泛。【学生】聆听、思考、理解金属材料的性能【课堂互动】✈【教师】提出问题让学生思考、讨论，并随机抽取学生回答1、塑料的应用很广，但为什么不用塑料来代替金属做重要的齿轮呢？2、而有些地方却可以用塑料来代替齿轮，如家用电器中的组合音响、DVD影碟机的转盘，随身听的传动都是塑料齿轮。这是什么道理？✈【学生】聆听、思考、讨论、回答✈【教师】根据学生的回答引入金属材料的性能金属材料的性能主要包括使用性能和工艺性能两个方面。使用性能：金属材料在使用过程中表现出来的性质和特点，主要包括力学性能、物理性能和化学性能。工艺性能：金属材料被制造成为产品的难易程度，主要包括铸造性、压力加工性、焊接性和切削加工性等。【教师】新知讲解1．金属材料的力学性能金属材料的力学性能：指金属材料在各种不同性质外力作用下所表现出的抵抗能力。金属材料的力学性能主要包括强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。载荷：金属材料在加工及使用过程中所受的外力。根据作用性质的不同，载荷可分为静载荷、冲击载荷和交变载荷三类。【课堂互动】✈【教师】要求学生通过“”APP扫描二维码“金属材料的强度”，观看微课视频，学习金属材料的力学性能—强度✈【学生】观看、思考1）强度（1）强度与变形的概念强度：金属材料在载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。金属材料拉伸断裂前能够承受的最大拉应力称为抗拉强度；金属材料抵抗压缩载荷而不失效的最大压应力称为抗压强度。变形：金属材料在载荷作用下形状和尺寸的改变。载荷撤去后变形消失，弹性变形。载荷撤去后变形将保持不变，塑性变形又称为永久变形【课堂互动】✈【教师】要求学生通过“”APP扫描二维码“拉伸实验”，观看微课视频，学习拉伸实验知识✈【学生】观看、思考（2）拉伸实验如图所示为圆形横截面试样，其中，表示原始标距，表示圆形横截面试样平行长度的原始直径，表示断后标距，表示圆形横截面试样断裂后缩颈处的最小直径。（b）拉伸前（b）拉伸后低碳钢材料拉伸试样的拉伸曲线如图所示。低碳钢材料拉伸试样的拉伸过程可分为四个阶段阶段曲线特征力学性能OE段：弹性变形阶段直线试样长度随着轴向拉力的增大而增大，撤去外力后，试样变形消失，恢复原长ES段：屈服阶段上下波动轴向拉力增加至时试样将发生塑性变形。当轴向拉力达到时，在拉力不增加甚至略有减小的情况下，试样还将继续伸长，这种现象称为屈服SB段：强化阶段非线性增大需要不断地增加轴向拉力，试样才能继续伸长。随着塑性变形的增大，试样抵抗变形的内力也逐渐增大，这种现象称为冷变形强化。为整个拉伸过程中的最大轴向拉力BZ段：缩颈阶段加速下降轴向拉力达到最大值后，试样中间某处的直径会发生局部收缩，称为缩颈。由于缩颈处的横截面积急剧缩小，因此单位面积上的拉力大大增加，最后到点试样被拉断（3）强度指标在拉伸试验中，试样断裂前处于受力平衡状态，内力与外力大小相等，此时试样横截面上的拉应力为（1-1）式中：——横截面上的拉应力，单位为；——试样所受轴向拉力，单位为；

——试样的横截面积，单位为。工程中常用的强度指标有抗拉强度和屈服强度。其中，抗拉强度是最大轴向拉力对应的拉应力，即（为试样原始横截面面积）；屈服强度为试样发生屈服时的拉应力，即。【点拨】对于铸铁、高碳钢等金属材料的拉伸试样，由于它们在拉伸过程中没有明显的屈服现象，也不会产生缩颈现象，因此很难确定的准确数值。对于这类金属材料，通常规定一个相当于屈服强度的强度指标，即以拉伸试样伸长量为试样原始标距0.2%时的拉应力作为其屈服强度，用符号表示。2）塑性（1）塑性的概念塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。如汽车的车身和车门，生活中常用的不锈钢盆和不锈钢水槽等。（2）塑性指标金属材料的塑性可用断后伸长率和断面收缩率来衡量。两者都可通过拉伸试验进行测算。断后伸长率是指拉伸试样拉断后，拉伸试样的伸长量与原始标距之比的百分率，用符号表示，其计算公式为（1-2）断面收缩率是指拉伸试样拉断后，缩颈处横截面面积的最大缩减量与原始横截面面积之比的百分率，用符号表示，其计算公式为（1-3）金属材料的断后伸长率和断面收缩率越大，表示该金属材料的塑性越好，适宜用轧制、锻造等使工件或毛坯产生塑性变形的加工方法进行加工。【点拨】工程上通常将在常温、静载条件下测定的断后伸长率的金属材料称为塑性金属材料，如低碳钢、铜合金和铝合金等；将断后伸长率的金属材料称为脆性金属材料，如灰铸铁、陶瓷、玻璃等。【课堂互动】✈【教师】观察与思考，提问1．低碳钢拉伸试验时，发生屈服现象和加工硬化的载荷有什么不同？2．低碳钢制造的机械零件在实际使用中发生屈服现象有什么危害？✈【学生】观察、思考、回答3）硬度定义：指金属材料抵抗外部硬物压入或刻划的能力，它是衡量金属材料软硬程度的指标，硬度越高，金属材料表面越不容易产生压痕或划痕。常用的硬度试验方法：布氏测试法、洛氏测试法和维氏测试法等，所测定的硬度分别称为布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。金属材料这三种硬度试验方法的原理、测定方法和应用范围（详见教材表1-4）。【课堂互动】✈【教师】要求学生通过“”APP扫描二维码“一次摆锤冲击试验”，观看微课视频，学习韧性知识✈【学生】观看、思考4）韧性韧性是指金属材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性越好，金属材料的抗冲击能力越强，发生断裂的可能性越小。试验原理：试样被冲击过程中吸收的能量即冲击吸收功（AK）等于摆锤冲击试样前后的势能差。试验原理图如下图所示（a）试样（b）摆锤冲击示意图【课堂互动】✈【教师】要求学生通过“”APP扫描二维码“高铁车轴材料疲劳性能的测量”，观看微课视频，学习疲劳强度知识✈【学生】观看、思考5）疲劳强度疲劳强度是指金属材料承受无限次交变载荷的作用而不发生破坏的最大应力，它表示材料抵抗交变载荷作用而不发生疲劳破坏的能力。通常规定，钢在经受次、非铁金属材料经受次交变载荷作用时不产生断裂的最大应力称为疲劳强度。【学生】聆听、思考、理解【知识链接】疲劳破坏是机械零件失效的主要形式之一。由于前期不易察觉，具有较强的突发性，因此疲劳破坏容易造成很严重的后果。例如，1985年8月，执飞日本航空123号航班的波音747飞机发生空难，造成超过500人遇难，这是世界航空史上最严重的空难之一。事后调查发现，该飞机曾在失事7年前发生机尾擦地，飞机制造商波音公司在对飞机修理时没有妥善修补损伤区块。这导致事发时飞机尾端机体因金属疲劳而爆开，连带损毁尾翼与液压系统，最终飞机失控，迫降不及而坠毁。通过教师讲解、课堂互动、举例分析等教学方式，帮助学生掌握工程材料的分类和金属材料的力学性能课堂小结

（3min）【教师】简要总结本节课的要点本节课主要学习了工程材料的分类、金属材料的力学性能等内容。希望同学们能够通过本节课的学习，为学习后续知识和工程实践建立必要的基础。【学生】总结回顾知识点总结知识点，巩固学生对工程材料分类、金属材料力学性能的学习。第二节课

传授新知

（25min）【课堂互动】✈【教师】为什么说金属材料仅有良好的力学性能是不够的，还必须有良好的工艺性能？才能得到生产工艺简单、质量良好、成本低廉的工件？✈【学生】聆听、思考、讨论、回答✈【教师】根据学生的回答总结我们可通过举一些例子来说明这个问题。例如：有色金属（如青铜）铸造性很好，常用来铸造精美的工艺品；再如铸铁的铸造性能要比钢好，因此常用铸造的方法生产零件；但是钢的锻造性能很好，可以用锻造的工艺方法生产出力学性能较高的机械零件，而铸铁则不能锻造。【教师】新知讲解2．金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能是指金属材料适应加工工艺要求的能力，它反映了金属材料的加工难易程度。金属材料的工艺性能主要包括铸造性、压力加工性、焊接性和切削加工性等。工艺性能直接影响零件的加工质量及加工成本，是选择零件材料时必须考虑的因素。1）铸造性铸造是指将熔融的金属浇入铸型中，经凝固后获得具有一定尺寸、形状和力学性能的铸件的材料成形方法。金属材料通过铸造的方法获得优质铸件的能力称为金属材料的铸造性，它反映了金属材料熔化浇注成为铸件的难易程度。灰铸铁因具有良好的铸造性而广泛用于铸造各种结构复杂、尺寸较大的制品和零件，如暖气片、钢管、管接头、车床底座等，如图所示。（a）暖气片（b）钢管（c）管接头（d）车床底座2）压力加工性压力加工是指使金属材料在外力作用下产生塑性变形，以获得具有一定形状、尺寸和力学性能的制品或零件的加工方法。常用的压力加工方法有轧制、挤压、冷拔、锻造和冷冲压等，如图1-8所示。（a）轧制（b）挤压（c）冷拔（d）锻造（e）冷冲压金属材料在压力加工过程中成形的难易程度称为金属材料的压力加工性，它主要与金属材料的塑性有关。塑性越好，金属材料的压力加工性就越好。3）焊接性金属材料在焊接过程中获得优质焊接接头（包括焊缝、熔合区和热影响区）的能力称为焊接性，又称可焊性。焊接性好的金属材料，焊接接头不容易产生夹渣、气孔、裂纹等缺陷，而且具有较好的力学性能。4）切削加工性切削加工性是指对金属材料进行切削加工的难易程度。衡量切削加工性的因素有刀具的使用寿命、零件的表面质量和切削工作时间等。金属材料的切削加工性主要受金属材料的化学成分、组织、硬度、塑性、韧性和导热性等的影响。【学生】聆听、思考、理解【课堂互动】✈【教师】提出以下问题1．什么是铸造性能？主要取决于什么？2．什么是压力加工性能？常用什么来衡量？3．什么是焊接性能？4．什么是切削加工性能？常用什么来衡量？✈【学生】聆听、思考、回答非金属材料的性能及应用【教师】新知讲解除金属材料之外的各种材料统称为非金属材料。【课堂互动】✈【教师】提问：同学们都知道哪些陶瓷类物品，根据日常生活经验分析陶瓷的特点？✈【学生】聆听、思考、回答1．陶瓷在机械工程中，陶瓷是最常用的无机非金属材料。陶瓷除了应用于传统的生活制品外，还广泛用于制造各种机械零部件和机械工程制品等，如图所示。（a）陶瓷砂轮（b）陶瓷轴承（c）陶瓷刹车片（d）管道1）陶瓷的分类根据原材料的不同，陶瓷可分为普通陶瓷和特种陶瓷。其中普通陶瓷可根据应用范围的不同，可分为日用陶瓷、绝缘陶瓷和化工陶瓷等。2）陶瓷的性能及应用陶瓷普遍具有硬度高、耐磨性好、抗压强度大、耐高温、耐腐蚀及不易老化等优点，但其脆性大，韧性较差，耐冲击能力低。常用陶瓷的性能和应用范围（如下表）。类别名称性能特点应用范围普通

陶瓷日用陶瓷

绝缘陶瓷

化工陶瓷硬度高、耐高温（1200℃）、耐蚀性和绝缘性好、易于加工成形、成本低，但强度较低广泛应用于化工、电气、建筑、日用品等行业，如化学反应容器、绝缘子、瓷砖和瓷碗等特种

陶瓷氧化铝陶瓷

（刚玉瓷、莫来瓷等）强度比普通陶瓷高2～3倍，刚度仅次于金刚石、氮化硼、立方氮化硼和碳化硅，能耐高温（在1500℃时仍可工作），耐蚀性和绝缘性好；但脆性大，抗温变能力差用于制造高温容器、盛装高温液态金属的坩埚、热电偶的绝缘套管、内燃机火花塞和高硬度刀具等氮化硅陶瓷化学稳定性好，能耐除氢氟酸外的各种无机酸，硬度高、耐磨性很好，电绝缘性和抗急冷急热性良好用于制造耐磨、耐腐蚀、耐高温、绝缘的零部件，如密封环、高温轴承、阀门和燃气轮机叶片等氮化硼陶瓷耐热性和抗温变能力好，导热性和热稳定性好，高温绝缘性和化学稳定性较好用于制造磨料、刀具、高温轴承和玻璃制品成形模具等特种

陶瓷碳化硅陶瓷高温强度高，在1400℃时抗弯强度仍保持在500～600MPa，热传导能力极高，仅次于氧化铍，热稳定性、耐蚀性、耐磨性良好用于制造工作温度高于1

500℃的结构件，如火箭尾部喷管的喷嘴、热电偶绝缘套管和炉管等，还可用于制造高温轴承和高温热交换器等2．高分子材料高分子材料是以高分子化合物（一般指相对分子质量大于5

000的化合物）为主要成分的材料，通常包括塑料、橡胶、纤维、涂料、胶黏剂和高分子基复合材料等。1）塑料（1）重量轻。（2）比强度高。（3）耐蚀性好。（4）绝缘性好。（5）导热系数小。（6）成形性、着色性好，且加工简单。但是大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，尺寸稳定性差，使用过程中容易变形和老化。【知识链接】塑料可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。其中，热塑性塑料是指加热时变软，冷却后变硬，再加热又可变软，反复加热成形后仍保持基本性能不变的塑料，常用于制造汽车进气管、运动器材的手柄握把和耳机线外皮等；热固性塑料是指加热时软化，冷却后坚硬，待固化后再加热，则不再软化或熔融的塑料，即不能重塑使用，常用于制造汽车内饰件、各种按钮和印制电路板等。2）橡胶胶具有极高的弹性；同时具有耐磨性、隔声性、绝缘性好，吸振能力强，有一定的耐蚀性和强度等优点。橡胶的主要缺点是容易老化，老化后橡胶会丧失弹性、变硬、变脆、发黏甚至龟裂。使用或存放周期过长，光照、高温等因素均会加快橡胶的老化。橡胶制品在工业生产中应用十分广泛，通常用于制造车辆轮胎、传动带、密封圈和绝缘手套等。【学生】聆听、思考、理解【课堂互动】✈【教师】要求学生通过“”APP扫描二维码“复合材料在飞机结构上的应用”，观看微课视频，学习复合材料知识✈【学生】聆听、思考、【教师】新知讲解3．复合材料1）复合材料的分类根据组成成分的不同，复合材料可分为金属与金属复合材料（如金属轴承合金等）、金属与非金属复合材料（如金属陶瓷等）、非金属与非金属复合材料（如纤维-树脂复合材料等）。根据复合形式的不同，复合材料可分为纤维增强复合材料（如纤维增强塑料和纤维增强金属等）、夹层复合材料（实心夹层和蜂窝夹层两种）、细粒复合材料（弥散强化合金和金属陶瓷等）、混杂复合材料等。2）复合材料的性能及应用特点：（1）比强度与比模量高。（2）抗疲劳性好。（3）耐高温性好。（4）减振性好。良好的化学稳定性、耐蚀性和工艺性等应用：机械工程中使用最广泛的复合材料是纤维增强塑料。常用纤维增强塑料的组成、性能和应用范围如下表所示。名称组成性能应用范围玻璃纤维增强塑料

（又名玻璃钢）热塑性玻璃钢由体积分数为20%～40%的玻璃纤维与体积分数为60%～80%的热塑性树脂组成强度高，冲击韧性好，低温性能好，热胀系数低用于制造仪表盘、电机及电器的壳体等热固性玻璃钢由体积分数为60%～70%的玻璃纤维与体积分数为30%～40%的热固性树脂组成密度小，强度高，比强度超过一般的高强度钢，耐蚀性、热绝缘性好，但弹性模量低用于制造自重轻的结构件和要求无磁性、绝缘及耐腐蚀的零部件碳纤维增强塑料由碳纤维与聚酯、酚醛、环氧、聚四氟乙烯等树脂组成密度小，强度、比强度和比模量高，抗疲劳性、耐热性、耐蚀性、减摩性、耐磨性、自润滑性好，尺寸稳定性高用于制造人造卫星、火箭的机架、壳体等硼纤维增强塑料由硼纤维与环氧、聚酰亚胺等树脂组成比强度和比模量高，耐热性良好用于航天和航空工程中要求高刚度的结构件，如飞机机身、机翼等【学生】聆听、思考、理解通过教师讲解、课堂互动、举例分析等教学方式，帮助学生掌握金属材料的工艺性能，以及非金属材料的性能及应用任务实施

（15min）【教师】组织学生以小组为单位分析以下金属零件的材料所需具备的性能，并填写表格和“任务工单1.1”（a）机床主轴（b）减速器齿轮（c）发动机缸体（d）汽车减振弹簧零件名称工作条件所需具备的性能机床主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速不高，冲击载荷也不大减速器齿轮转速中等，传递转矩较大，齿根部位承受较大的交变弯曲应力发动机缸体承受拉、压、弯、扭等不同形式的载荷，同时还因气缸壁面与高温燃气直接接触而承受很大的热负荷汽车减振弹簧承受较大的交变应力和冲击载荷【学生】观看、思考、小组讨论、填写表格和“任务工单1.1”，最后由小组代表上台发表分析结果【教师】根据各组学生的表现进行评价，并填写任务工单中的考核评价表【学生】结合自身表现和教师的评价，对本次任务进行总结通过任务实施，加深对所学知识的理解，并将理论应用到实践中，做到学以致用课堂小结

（3min）【教师】简要总结本节课的要点本节课主要学习了工程材料的分类和在机械中的应用，金属材料的性能，非金属材料的性能及应用等知识。希望同学们能够通过本节课的学习，对工程材料有一个大致了解，为学习后续知识和工程实践建立必要的基础。【学生】总结回顾知识点总结知识点，巩固学生对金属材料的工艺性能、非金属材料的性能及应用等相关知识的学习作业布置

（2min）【教师】布置课后作业完成教材项目一“思考与练习”中与本课相关的题目【学生】完成课后任务通过课后作业复习巩固学到的知识，提高实际操作能力教学反思本节课注重并体现了导学结合，以学生为主体，师为主导的教学理念。在教学中，通过精心设计思考题，创设教学情景，激发学生讨论思考，积极调动学生的学习积极性。密切联系日常生活中的一些事例，启发学生思考，解决实际问题。

课题机械工程材料（二）——常用工程材料课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）掌握常用工程材料的特点及应用（2）了解零件的失效形式（3）掌握零件材料的选择方法思政育人目标：（1）提高分析问题、解决问题的科学思维能力（2）培养投身制造强国、专注技能成才的职业追求教学重难点教学重点：工程材料的特点及应用、零件的失效形式教学难点：零件材料的选择方法教学方法案例分析法、问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：→→→传授新知（38min）第2节课：传授新知（25min）→任务实施（15min）→课堂小结（3min）→作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，组织学生下载“任务工单1.2”，并根据任务工单进行组内分工。同时，提醒同学通过APP或其他学习软件预习本节课知识，了解常用工程材料的特点及应用，零件的失效形式，以及零件材料的选择方法，并思考以下问题：（1）钢铁材料分为哪几类？请分别举例，并说明其牌号的含义、性能特点及应用范围。（2）常用的非铁金属材料及合金有哪些？请举例说明，并说明其牌号的含义、性能特点及应用范围。（3）零件的失效形式有哪些？简要说明零件材料选择的一般原则。【学生】完成课前任务通过课前任务，使学生了解所学课程的重要性，增加学生的学习兴趣考勤

（2min）【教师】使用APP进行签到【学生】按照老师要求签到培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况问题导入（5min）【教师】提出以下问题：举出日常生活中常用的工程材料，并分析其特点。【学生】思考、举手回答【教师】通过学生的回答引入要讲的知识通过问题导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣

传授新知

（38min）钢铁材料【教师】新知讲解1．钢铁材料的分类与组织钢铁材料主要由铁和碳两种基本元素构成，故钢铁又称为铁碳合金。钢铁根据含碳量进行的分类如图1-15所示。铁碳合金基本组织的特点（详见教材表1-8）。2．工业钢钢是指含碳量为0.0218%～2.11%的铁碳合金。工业生产中，为了保证其韧性和塑性，钢的含碳量一般不超过1.7%。1）钢的分类（1）根据化学成分分类）、中合金钢（合金元素总量）和高合金钢（合金元素总量）。（2）根据冶金质量分类钢（，）、优质钢（，）和高级优质钢（，）。（3）根据冶金质量分类结构钢、工具钢、特殊钢和专业用钢等。【课堂互动】✈【教师】随机邀请学生回答以下问题：市场上供应的钢材种类有哪些？✈【学生】聆听、思考、回答✈【教师】总结学生的回答：工业用钢一般由专门的冶金厂生产，市场上供应的钢材种类有板材（薄钢板、中等厚度钢板和钢带等）、管材（焊接钢管和无缝钢管）、型材（圆钢、方钢、工字钢和槽钢等）、线材及其他异型钢材等，如图所示。

（a）钢板

（b）钢管（c）工字钢（d）线材2）钢的牌号《钢铁产品牌号表示方法》（GB/T221—2008）中规定了各种钢的牌号。钢的牌号通常由大写的汉语拼音、化学元素符号和阿拉伯数字等组成。（详见教材表1-9）3）碳素钢工业用钢中，碳素钢的用量非常大。常用的碳素钢有碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢和铸造碳钢等，（详见教材表1-10）。4）合金钢为改善钢的力学性能，通常在炼钢时加入某些合金元素，如Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V等，由此获得的钢称为合金钢。与碳钢相比，合金钢往往具有某些方面的特殊性能或具有良好的综合力学性能。常用的合金钢（详见教材表1-11）。【学生】聆听、思考、理解【课堂互动】✈【教师】提出问题让学生思考、讨论，并随机抽取学生回答如图所示为2008年北京奥运会的主体育场——国家体育场鸟巢，它的建设用到了一种重要的金属材料，同学们知道是什么吗？这座气势如此恢宏的场馆是用什么钢材建造的呢？✈【学生】聆听、观看、思考、回答✈【教师】总结：我国自主研制生产的Q460。Q460是一种低合金高强度结构钢，含碳量为0.2%，同时含有锰、钛、钒、铬、铌、镍等合金元素。Q460材料的强度是普通钢的两倍，鸟巢所使用的Q460钢板厚度为110mm，若采用其他同等强度的钢材，厚度至少需要为220mm。【教师】新知讲解2．铸铁（1）定义铸铁是指平均含碳量大于2.11%，且含有硅、锰、磷、硫等合金元素的铁碳合金。工业用铸铁的含碳量一般为2.5%～3.5%。（2）特点铸铁的塑性及韧性虽然不及钢，但生产成本低廉，且具有优良的铸造性、切削加工性、耐磨性和吸振性，因而在工业生产中应用十分广泛。（3）分类形式根据内部石墨形态的不同，铸铁可分为灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁。常用的铸铁性能及应用范围（详见教材表1-12）。【学生】聆听、思考、理解【课堂互动】✈【教师】提出问题让学生思考、讨论，并随机抽取学生回答搜集日常生活中见到的铸铁构件，认识并区分各类构件✈【学生】思考、讨论、回答非铁金属材料及其合金【教师】新知讲解除钢铁材料之外的金属材料统称为非铁金属材料。如图所示，汽车轮毂、轴瓦和飞机机身等产品使用的材料分别为铝合金、铜合金和钛合金。（a）汽车轮毂（b）轴瓦（c）飞机机身【课堂互动】✈【教师】提出问题让学生思考、讨论，并随机抽取学生回答（1）生活中常见的铝制品有哪些？（铝锅、导线等）（2）为什么用铝制造锅？为什么用铝制造导线？为什么空气中的导线几十年都能使用而没有坏，铝线容易变形，这些说明什么？✈【学生】思考、讨论、回答2．铝及铝金属1）纯铝纯铝呈银白色，密度较小（），熔点为660℃。纯铝的特点：具有较好的耐腐蚀性、导热性和导电性良好、塑性很高、强度很低纯铝的牌号：用“1×××”四位字符表示。第一位数字1表示纯铝；第二位为英文大写字母，表示原始纯铝（A）或原始纯铝的改型（B～Y，C、I、L、N、O、P、Q、Z除外）；最后两位数字表示铝的最低百分含量，即铝的最低百分含量小数点后面的两位数字。例如，牌号1A90表示纯度为99.90%的原始高纯铝。【多媒体教学】✈【教师】要求学生通过“”APP扫描二维码“铝合金”，观看微课视频，学习铝合金知识✈【学生】观看、思考2）铝合金定义：通过往纯铝中添加适量的合金元素来提高铝的强度和硬度等力学性能，从而得到了各种系列的铝合金。特点：铝合金质量轻、强度高，具有很高的比强度，其力学性能超过许多合金钢。分类：铝合金中的合金元素主要有铜、锰、硅、镁、锌等，根据合金元素和工艺特点的不同，铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。（1）变形铝合金变形铝合金具有良好的塑性，可通过冲压、弯曲、挤压等加工方法制成所需零件。变形铝合金的牌号用2×××～8×××系列表示，如3A21、2A12等。根据性能特点和应用范围的不同，变形铝合金可分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金和锻造铝合金等。（详见教材表1-13）铸造铝合金具有良好的铸造性、耐蚀性和耐热性，可用于铸造形状复杂的零件毛坯。根据所含合金元素的不同，铸造铝合金可分为铝硅系、铝铜系、铝镁系和铝锌系等。（详见教材表1-14）【学生】聆听、思考、理解【课堂互动】✈【教师】提出问题：铸造铝合金代号用ZL×××系列表示，这个代号有何含义？✈【学生】聆听、思考、回答✈【教师】总结学生的回答：“ZL”是“铸铝”的拼音首字母，其后为三位数字。第一位数字表示合金类别：1代表Al-Si合金；2代表Al-Cu合金；3代表Al-Mg合金；4代表Al-Zn合金。第二、三位数字是合金的顺序号。例如，ZL202表示2号Al-Cu铸造铝合金。通过教师讲解、课堂互动、举例分析、多媒体等教学方式，帮助学生掌握常用工程材料的特点及应用，零件的失效形式和零件材料的选择方法第二节课

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（25min）【教师】新知讲解纯铜的密度为8.96g/cm3，比钢略大，导电性和导热性良好。纯铜的强度和硬度不高，但塑性、耐蚀性和焊接性良好，适合进行各种压力加工，常用来制造电线、电缆、散热片等。【多媒体教学】✈【教师】要求学生通过“”APP扫描二维码“铜合金”，观看微课视频，学习铜合金知识✈【学生】观看、思考【学生】聆听、思考、理解【多媒体教学】✈【教师】要求学生通过“”APP扫描二维码“粉末冶金材料”，观看微课视频，学习粉末冶金材料知识✈【学生】观看、思考【教师】新知讲解粉末冶金法：一种用金属粉末或金属粉末与非金属粉末的混合物作原料，经成形和烧结制成材料或制品的加工方法。粉末冶金材料：用粉末冶金法制成的材料。粉末冶金材料应用：可以生产出多种具有特殊性能的金属材料，也可以直接制造零件。定义：硬质合金是以一种或几种难熔的碳化物粉末（如WC、TiC、TaC等）为主要成分，同时加入具有黏结作用的钴粉末，采用粉末冶金法制得的一种粉末冶金材料。特点：硬质合金具有硬度高、热硬性和耐磨性好等特点，它在900℃时仍能保持很高的硬度，是一种较为理想的刀具材料。分类：硬质合金可分为切削工具用硬质合金、地质和矿山工具用硬质合金和耐磨零件用硬质合金三大类。切削工具用硬质合金的基本成分和应用范围（详见教材表1-16）。定义：减摩材料是指具有低摩擦因数和高耐磨性的粉末冶金制品，分为铁基减摩材料和铜基减摩材料。特点：减摩材料具有优良的自润滑性能，能在缺油甚至无油润滑的条件下工作。应用：主要用于制造滑动轴承。【学生】聆听、思考、理解【课堂互动】✈【教师】提出问题让学生思考、讨论，并随机抽取学生回答请说出下列日常生活中使用的工具，是什么金属材料？为何选用这种材料？（1）制易拉罐的金属（2）灯泡的灯丝（3）体温计填充的金属（4）制作导丝的紫红色金属✈【学生】思考、讨论、回答零件材料的选择【教师】新知讲解机械零件在使用过程中若失去原有的设计功能而无法正常工作即称为失效。根据零件的工作条件及失效特点可分为过量变形失效、断裂失效和表面损伤失效三大类。1）过量变形失效过量变形失效是指零件在工作过程中产生过量变形，而导致整个机械设备无法正常工作，或者虽能正常工作但工作质量严重下降的现象，它主要包括过量弹性变形失效和过量塑性变形失效两种。2）断裂失效断裂失效是指零件在工作过程中完全断裂而导致整个机器无法工作的现象。断裂失效的主要形式有韧性断裂失效、低应力脆性断裂失效、疲劳断裂失效、蠕变断裂失效和应力腐蚀断裂失效等。3）表面损伤失效表面损伤失效是指零件因表面损伤而造成机械设备失去精度或无法正常工作的现象。主要包括磨损失效、接触疲劳失效和腐蚀失效等。【课堂互动】✈【教师】随机邀请学生回答以下问题：零件的失效是由什么引起的？✈【学生】聆听、思考、回答✈【教师】总结学生的回答：零件的失效情况很复杂，往往是多方面因素共同作用的结果，因此必须全面考虑设计、选材、加工、使用等方面的问题，找到对零件失效起决定作用的主要原因，采取相对应的措施来预防，以延长零件的使用寿命。2．零件选择的方法零件材料的选择是否合理直接影响产品的质量、寿命和生产成本。因此，掌握各种工程材料的特性，正确选择和使用工程材料是从事相关工作必不可少的技能。1）零件选择的一般原则零件材料选择的依据是零件的使用性能和失效分析结果，其一般原则是：首先保证使用性能，同时兼顾工艺性能和经济性。2）零件材料的选择步骤（1）分析零件的工作条件，包括零件的受力情况（如载荷类型、载荷形式、载荷分布及大小等）、零件的工作环境（如介质、工作温度等）、零件的特殊性能（如电性能、磁性能、热性能等）。（2）进行失效分析，判别零件的主要失效形式，从而确定零件主要使用性能的指标，如刚度和弹性指标、硬度和强度指标、塑性和冲击韧性指标等。（3）确定材料的性能指标后，可在相关设计手册中查阅材料的性能数据，选定材料牌号并决定热处理和其他强化方法。3）零件材料选择的注意事项（1）选择零件材料时，应注意材料的尺寸效应。一般情况下，零件的横截面越大，实际力学性能越低。（2）采用不同的加工工艺及热处理工艺，材料所获得的力学性能不同，应注意尽可能发挥材料的潜力。（3）对关键零件批量生产前要进行试验，以确定材料的选择、热处理的方法是否合理，是否利于冷、热加工，经试验确认全部符合要求后再进行批量生产。【学生】聆听、思考、理解【课堂互动】✈【教师】提出问题让学生思考、讨论，并随机抽取学生回答随着全球能源紧缺和环境污染问题的日益严重，人们更加注重汽车的节能环保。据统计，汽车行驶时60%的燃料消耗于汽车自重，汽车质量每减轻10%，油耗可降低6%～8%。因此，汽车的轻量化设计具有重要的意义。其中，采用轻质材料是一条重要途径，因为构成汽车的2万多个零部件中，约有86%是由金属材料制造的，而钢铁材料又占了其中的80%。请大家讨论一下，为减轻汽车的质量，汽车中哪些零件可用非铁金属材料制造?✈【学生】思考、讨论、回答通过教师讲解、课堂互动、举例分析、多媒体等教学方式，帮助学生掌握常用工程材料的特点及应用任务实施

（15min）【教师】组织学生以小组为单位根据表格中的要求，为以下零件选择零件材料，并填写“任务工单1.2”（a）低速内燃机曲轴（b）载重汽车变速齿轮（c）机床减速器箱盖零件名称工作条件主要性能要求低速内燃机曲轴（1）曲柄连杆机构的惯性力、扭转、弯曲应力、扭转振动和冲击力等的作用（2）曲轴轴颈与轴承间有较大的滑动摩擦（1）较高的综合力学性能（2）轴颈处有较高的硬度及耐磨性（3）较好的铸造性和切削加工性载重汽车变速齿轮（1）传递转矩时齿根部承受较大的交变弯曲应力（2）啮合时齿面承受较大的接触压应力并受到强烈的摩擦和磨损（3）换挡、启动、制动或啮合不均匀时承受一定的冲击力（1）高的屈服强度和弯曲疲劳强度（2）高的齿心强度和韧性（3）高的齿面接触疲劳强度和高的硬度及耐磨性（4）较好的切削加工性机床减速器箱盖减速器运转平稳，箱盖所受载荷不大（1）高的强度和刚度（2）良好的耐蚀性（3）较好的铸造性【学生】观看、思考、分析、小组讨论、选择材料、填写“任务工单1.2”，最后由小组代表上台发表选择的材料【教师】根据各组学生的表现进行评价，并填写任务工单中的考核评价表【学生】结合自身表现和教师的评价，对本次任务进行总结通过任务实施，加深对所学知识的理解，并将理论应用到实践中，做到学以致用课堂小结

（3min）【教师】简要总结本节课的要点本节课主要学习了钢铁材料的分类，钢的牌号含义、性能特点及应用范围，铝及铝合金的特点及应用，铜及铜合金的特点及应用，粉末冶金材料的特点及应用，零件材料的选择等知识。希望同学们能够通过本节课的学习，了解常用工程材料的性能特点及应用范围，为学习后续知识和工程实践建立必要的基础。【学生】总结回顾知识点总结知识点，巩固学生所学知识作业布置

（2min）【教师】布置课后作业完成教材项目一“思考与练习”中与本课相关的题目【学生】完成课后任务通过课后作业复习巩固学到的知识，提高实际操作能力教学反思教师通过多媒体使教学更加直观、清晰了解常用工程材料，授课过程中及时地与学生沟通、探讨，最后师生共同总结出相关知识。这样更有利于发挥学生的主观能动性，更好的挖掘学生的灵感，培养学生的创新精神

课题机械工程材料（三）——钢的热处理课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）掌握钢的整体热处理（2）掌握钢的表面热处理思政育人目标：（1）提高分析问题、解决问题的科学思维能力（2）培养投身制造强国、专注技能成才的职业追求教学重难点教学重点：钢的整体热处理、钢的表面热处理教学难点：分析和选择钢的热处理方法教学方法案例分析法、问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：→→→传授新知（38min）第2节课：传授新知（25min）→任务实施（15min）→课堂小结（3min）→作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，组织学生下载“任务工单1.3”，并根据任务工单进行组内分工。同时，提醒同学通过APP或其他学习软件预习本节课知识，了解钢热处理的工艺过程及分类，钢的整体热处理，钢的表面热处理，并思考以下问题：（1）热处理过程分为几个阶段？简述各过程中钢的内部组织转变过程。（2）钢的整体热处理包括哪些？详述其特点及应用。（3）钢的表面热处理包括哪些？详述其特点及应用。【学生】完成课前任务通过课前任务，使学生了解所学课程的重要性，增加学生的学习兴趣考勤

（2min）【教师】使用APP进行签到【学生】按照老师要求签到培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况实例导入（5min）【教师】讲解以下知识：中国第一艘航母辽宁号的建造过程，所碰到钢材短缺的问题来说明热处理对国防和经济建设的重要性，吸引学生对钢的热处理知识的关注。【教师】通过以上实例，引入本课课题通过实例导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣

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（38min）热处理概述【教师】新知讲解1．热处理的概念定义：采用适当的方式对固态金属材料进行加热、保温和冷却，以获得所需组织结构和性能的工艺称为热处理。特性：不仅可以消除金属材料内部组织结构上的某些缺陷，改善其加工工艺性能，还可进一步提高金属材料的硬度、强度等力学性能，充分发挥金属材料的潜力，降低生产成本。应用：热处理在工业生产中具有极为广泛的应用，重要的金属零部件以及各种刀具、模具、量具等在制造过程中几乎都要进行适当的热处理。2．热处理的工艺过程热处理的工艺方法很多，但基本上所有热处理的工艺过程都需要经过加热、保温和冷却三个阶段。热处理的工艺过程可由如图所示的热处理工艺曲线来表示。【课堂互动】✈【教师】提出问题让学生思考、讨论，并随机抽取学生回答热处理工艺过程中的冷却速度对材料的性能有哪些影响？✈【学生】聆听、思考、讨论、回答✈【教师】总结热处理工艺过程中的冷却速度对材料的性能有着直接的影响。例如，45钢在加热到450℃并保温后，随炉冷却至室温时得到的屈服强度为272MPa，而在水中冷却至室温时得到的屈服强度则高达706MPa，直接表现为前者韧性好、易弯曲，后者脆而硬。3．钢发生组织转变的温度钢的内部组织发生转变时的温度称为临界温度。通常情况下，钢在加热和冷却阶段都会发生组织转变，如图所示的曲线表示钢在加热和冷却时组织转变的临界温度。其中，共析钢加热到以上温度时，全部转变为奥氏体，而亚共析钢必须加热到以上温度、过共析钢必须加热到以上温度才能获得单相奥氏体。【点拨】根据含碳量和室温组织的不同，钢可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢。其中，含碳量为0.77%的碳素钢称为共析钢，室温下其内部组织为珠光体；含碳量低于0.77%的碳素钢称为亚共析钢，室温下其内部组织为铁素体+珠光体；含碳量高于0.77%的碳素钢称为过共析钢，室温下其内部组织为珠光体+渗碳体。钢的各个实际临界温度的含义分别为：——加热时，珠光体向奥氏体转变的温度；——亚共析钢加热时，铁素体向奥氏体转变的终了温度；——过共析钢加热时，二次渗碳体向奥氏体溶入的终了温度；——冷却时，奥氏体向珠光体转变的温度；——亚共析钢冷却时，奥氏体向铁素体转变的起始温度；——过共析钢冷却时，二次渗碳体由奥氏体析出的起始温度。【多媒体教学】✈【教师】要求学生通过“”APP扫描二维码“钢的热处理工艺”，观看微课视频，学习钢的热处理工艺✈【学生】观看、思考4．热处理的分类热处理的种类很多，根据目的和工艺方法的不同，热处理可分为整体热处理和表面热处理两大类。根据工序的位置不同，热处理可分为预备热处理和最终热处理。预备热处理是在零件加工过程中进行的，目的在于改善铸造、锻造或焊接毛坯件的内部组织，消除内部应力，为后续机械加工或进一步热处理做准备；最终热处理是在零件完成机械加工后进行的，目的在于获得零件所需的力学性能。【学生】聆听、思考、理解钢的整体热处理【教师】新知讲解钢的整体热处理是指对钢件整体进行加热，经保温后以一定方法冷却，从而改变钢件的内部组织和整体力学性能的热处理工艺方法。钢的整体热处理包括退火、正火、淬火、回火、调质处理和时效处理等。【多媒体教学】✈【教师】要求学生通过“”APP扫描二维码“退火”，观看微课视频，学习退火知识✈【学生】观看、思考1．退火1）概念退火是指将钢件加热到适当的温度，保温一段时间后，缓慢冷却（一般为随炉冷却）以使钢件内部组织均匀化，从而获得预期力学性能的热处理工艺。2）目的①降低材料的强度和硬度，提高塑性，为后续机械加工做准备；②减少材料内部组织的不均匀性，细化晶粒，消除内部应力；③为下一步热处理做好组织准备。3）分类及应用退火通常可分为完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火和去应力退火。各种退火方法的工艺曲线如图所示，各自的工艺方法、特点和应用范围（详见教材表1-18）。（a）加热温度（b）工艺曲线【多媒体教学】✈【教师】要求学生通过“”APP扫描二维码“正火”，观看微课视频，学习正火知识✈【学生】观看、思考2．正火1）概念正火是指将钢件加热到（对于亚共析钢）或（对于过共析钢）以上30～50℃，保温一段时间后在空气中冷却，以得到珠光体组织的热处理工艺。2）目的及应用①提高低碳钢、低碳合金钢的硬度，改善切削加工性；②细化晶粒，消除组织缺陷，为下一步热处理做好组织准备；③提高强度、硬度和韧性，对于力学性能要求不高的机械零部件可作为最终热处理。【课堂互动】✈【教师】提出问题让学生思考、讨论，并随机抽取学生回答退火、正火有哪些联系和区别？✈【学生】聆听、思考、讨论、回答✈【教师】总结联系：退火和正火一般作为预先热处理，其作用都是消除前面工序所造成的组织缺陷及内应力，为后续的切削加工及热处理做好组织准备。区别：冷却速度：正火退火；晶粒大小：正火退火；珠光体含量：正火退火；强度及硬度：正火退火。【多媒体教学】✈【教师】要求学生通过“”APP扫描二维码“淬火”，观看微课视频，学习淬火知识✈【学生】观看、思考3．淬火1）概念淬火是指将钢件加热到（对于亚共析钢）或（对于过共析钢）以上30～50℃，经过保温一段时间后，在某种介质中快速冷却，以大幅提高材料硬度的热处理工艺。2）淬火介质钢件进行淬火时所使用的冷却介质称为淬火介质。按照冷却能力从高到低的顺序，常用的淬火介质包括水及水溶液、各种矿物油、硝盐浴、碱浴及空气等。3）分类及应用根据冷却方式的不同，淬火可分为单介质淬火、双介质淬火、分级淬火和等温淬火等。各种淬火方式的冷却曲线如图1-26所示，它们的工艺流程、特点和应用范围（详见教材表1-19）。【学生】聆听、思考、理解通过教师讲解、课堂互动、举例分析、多媒体等教学方式，帮助学生掌握钢的整体热处理第二节课

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（25min）【多媒体教学】✈【教师】要求学生通过“”APP扫描二维码“回火”，观看微课视频，学习回火知识✈【学生】观看、思考【教师】新知讲解4．回火1）概念回火是指将淬火后的钢件重新加热到（相变温度）以下某个温度，保温一段时间后冷却至室温的热处理工艺。2)目的①提高组织稳定性，避免钢件在使用过程中发生组织转变，从而造成开裂和变形；②消除内部应力，以稳定钢件几何尺寸并改善切削加工性；③适当降低钢件的硬度和强度，提高韧性和塑性，以获得良好的综合力学性能。3）分类及应用回火的保温温度越高，获得的钢件硬度、强度越低，塑性和韧性越高。根据保温温度范围的不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。它们各自的工艺特点和应用范围（详见教材表1-20）。5．调质处理1）概念先对钢件进行淬火，再进行高温回火，这种复合热处理工艺称为调质处理，简称调质。2）特性调质可使钢件获得良好的综合力学性能，使其在具有较高强度和硬度的同时保持一定的韧性和塑性。3）应用通常用于丝杠、连杆、主轴、轴承等受力复杂的重要机械零部件的制造。6．时效处理1）概念经塑性变形、铸造、锻造加工后的钢件，在粗加工之后、精加工之前，被放置在较高的温度或室温环境中存放一段时间，以使钢件的性能、形状、尺寸等发生缓慢变化直至稳定的状态，这种热处理工艺称为时效处理，简称时效。2）分类根据处理时是否加热，时效处理可分为人工时效、自然时效和振动时效等。【学生】聆听、思考、理解【课堂互动】✈【教师】提出问题让学生思考、讨论，并随机抽取学生回答机械制造业中，很多机器零件要求表面耐磨损，不易产生疲劳破坏，而心部却要求有足够的塑性和韧性，如齿轮、轴、凸轮等。在这种情况下，单从材料选择入手或采用普通热处理方法（结合上节课内容），能不能满足其要求？✈【学生】聆听、思考、回答✈【教师】总结低碳钢：可满足心部要求，表面要求不能满足。高碳钢：可满足表面要求，心部要求不能满足。解决这一问题的方法是表面热处理。【教师】新知讲解钢的表面热处理概念：表面热处理是指仅对钢件的表面进行加热，以改变其表层组织结构和力学性能的热处理工艺。分类：根据工艺方法和原理的不同，表面热处理