工程材料及其应用设计(教案)

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1、教学方案：工程材料及其应用设计总实践任务：是从机械工程的应用角度出发，阐明机械工程构件的材料及其性能，了解材料的成分、加工工艺、组织、结构与性能之间的关系；使学生通过学习，具备根据机械零件使用条件和可能的失效进行分析，提出性能要求并进行合理的材料的选择。能力任务：要求学生必须具备通过失效分析的方式进行选材的能力。问题知识点教与学的方式一、导论：讨论本课程与机械产品分析与实践及工程力学的关系，人类社会与材料研究的关系。（目的：引导兴趣，激活思想，激发想象力）问题1、概述性问题学习目的、内容、方法(1)WHY?为什么要研究材料的力学性能

2、？为什么要不断研发新材料？(2)WHAT?要学什么？(3)HOW？如何了解材料的力学性能？(1)WHY?满足人类社会发展的需要：日常生活及安全保障。(2)WHAT?内容材料的各种力学性能及获得所需性能的方法。按照工程实际的需要选材。(3)HOW？掌握各种力学性能的测定及计算方法及无损检测技术。教师：（时间：45分钟）(1)案例式：企业设计制造过程案例，实际零件；(2)任务、问题驱动式：布置研究问题并撰写论文任务。学生：（时间：45）1、参观材料创造性成列柜，并谈体会。1、合作学习：小组研讨：从材料的物理、化学及力学性能等多方面探讨为

3、何飞机的蒙皮用铝合金而远洋货轮用合金钢？能否互换？2、自主学习：独立撰写研究论文（课外）3、竞争学习:小组间比赛。（评选最佳论文）（课外）课外拓展问题：从材料研发的动力探讨材料的发展史并举例说明新材料的出现与机械设计的关系。碳钢的热处理实验：给定45钢的退火、正火、淬火的热处理实验，实验前后分别测定试样的硬度。测定20、T10钢的硬度。分析：1、为何不同材料的硬度不同？2、为何经过不同的热处理后同一材料的硬度变了？二、金属材料问题2.1、材料结构-组织-性能的关系(1)纯金属的晶体结构、晶体缺陷。(2)合金的结构。(3)金属材料的性

4、能（合作学习）教师：（时间：90分钟）启发式：1、讨论钢的热处理实验2、引导学生讨论水晶与玻璃的成分、结构和性能的差别。玻璃与玻璃纤维的性能差别。结论：成分、结构决定性能。学生：（时间：45分钟）合作学习：金属材料的性能。工艺性能和使用性能的差别。课外拓展问题：1：水晶和玻璃有何差别？玻璃和玻璃纤维为何性能不同？2：石墨、金刚石和碳纤维的区别和联系？3：纯金属和合金你认为哪个好？为什么？问题2.2、铁碳相图和金属的塑性加工(1)铁碳相图简介(2)金属的塑性变形(3)塑性变形对组织和性能的影响（重点）(4)回复和再结晶简介(5)冷加工

5、和热加工教师：（时间：45+80×2分钟）首先组织学生讨论上节课的三个课外拓展问题(45分钟)启发式：铁碳相图的应用；举例说明塑性变形和回复、再结晶在产品加工中的作用；冷热加工概念的区别。学生：（时间：10×2分钟）（1）小组讨论金属的塑性变形，举三个例子说明它的实际应用（2）各举两个例子说明回复和再结晶在生产和生活的使用。（3）加工硬化是好还是不好，为什么？（4）设计一个加工硬化的实验（要说明其机理）问题2.3、热处理(1)钢在加热时的转变(2)钢在冷却时的转变(3)钢的普通热处理(4)钢的表面热处理(5)钢的热处理新技术(6)表

6、面技术教师：（时间：60分钟）(1)研讨式：回顾钢的热处理实验，简介钢材的普通热处理的概念，重点介绍各种表面技术研发的动力和实际应用。(2)任务驱动式：布置课外实践任务（准备实验：热处理及硬度测试。）学生：（时间：30分钟）合作学习：小组研讨：钢的热处理新技术；表面技术课外拓展问题：例举一种热处理新工艺研发的原因以及后来如何转入民用生活品的热处理上。问题2.4、工程材料及其选材与设计(1)金属材料的分类、编号、性能和应用(2)典型零件加工的工艺路线教师：（时间：90×2分钟）首先组织学生讨论上节课的课外拓展问题(45分钟)引导式：以

7、小轿车为例，引出工程材料的分类、编号及典型零件加工的工艺路线。任务驱动式：布置课外实践任务（准备实验：材料成分测定及性能测定）学生：（时间：90分钟）（下个星期上）实训式：根据教师的引导分析数控机床上使用的各种材料；讨论如果将床身和主轴的材料对换，会出现什么样的后果？(3)金属材料的分类、编号、性能和应用(4)典型零件加工的工艺路线(5)塑料、橡胶、陶瓷、复合材料的性能特点及应用。教师：（时间：90×2分钟）(6)引导式：以小轿车为例，引出工程材料的分类、编号及典型零件加工的工艺路线。学生：（时间：90分钟）实训式：根据教师的引导分

8、析数控机床上使用的各种材料；讨论如果将床身和主轴的材料对换，会出现什么样的后果？小测验课外拓展问题：收集你所认识的高分子材料，它们有何优点特点？有什么缺点你认为需要改进的？三、其他工程材料问题3.1、高分子材料（1）高分子材料的结构与