材料工程基础A

《材料工程基础A》课程教学大纲

一、课程性质和目标

《材料工程基础》A课程属无机非金属材料工程专业的一门专业基础课，内容上注重宏观的物理现象，侧重理论、公式以及概念的理解和应用，旨在使学生认识能量转换所用工质状态及基本参数，气体状态方程，认识流体静压强分布规律，深刻理解能量方程及其应用，阻力损失的计算方法；认识传热的三种方式及其规律，混凝土及制品生产过程中存在热介质的流动、热量的传递以及机械能的转换过程，更好地将热工理论应用于混凝土及制品生产中去，提高混凝土及制品生产过程中的热效率，节约能源，提高技术经济效益。

通过本课程的理论教学，使学生具备相应的知识和能力，课程的具体课程目标如下：

知识目标：

课程目标1：能够利用流体力学、热力学及传热学的基本概念和原理，分析工质状态函数，能量转化和平衡的有关计算。

课程目标2：能够利用流体能量损失及热量传递的相关计算，分析流体在管路系统及窑炉结构中的能量及热量损失。

课程目标3：能根据基本流体设备以及干燥与养护传统设备基本技术参数，合理选择热工设备。

课程目标4：能够综合运用基本理论进行热工分析及计算，并具有初步设计能力。

课程目标 5： 能够对湿空气和水蒸汽的基本状态参数以及材料的导热系数进行测量和数据处理分析，物料干燥和构件加热养护过程中的热平衡计算。

能力目标：

课程目标 6： 具备与设计小组成员之间就不同设计方案进行有效沟通和表达的能力。

课程目标7: 具备初步通过热工设计，选择高效能，低能耗设计方案的能力，培养学生保护环境，建立可持续发展理念。

二、本课程所支撑的毕业要求

（1）本课程所能支撑的毕业要求和课程目标的对应关系：

（2）本课程内容与课程目标、毕业要求指标点的对应关系

三、教学内容及安排

（一）理论教学内容（32学时）

1.绪论（1学时）

(1)基本要求

通过介绍本课程主要教学内容，使学生认识本课程在无机非金属材料工程专业中的地位和作用。课程要求流体力学、工程热力学及传热学基本定律和能量转换基本原理，理解流体和热工设备在实际工程中的适用范围和达到最佳效率的条件。通过实验环节、简单的窑体设计的训练，加强对材料、结构、工质状态、能量平衡等方面知识的深入理解和综合应用，实现毕业要求的相应目标值。

(2)教学内容

• 本课程在专业中的地位和作用；
• 混凝土制品热工设备的发展简介；
• 教学大纲解读（教学内容，目标、对毕业要求的支撑、考核方法等）。

(3)重点

重点：混凝土制品热工设备的分类。

2.工程流体力学（9学时）

(1)基本要求

要求学生流体的基本物理性质、静力学基本方程及应用；连续性方程、伯努利方程及应用；流动损失及管路计算。

(2)教学内容

1. 流体的物理性质（1学时）：流体的密度、压缩性、膨胀性和粘性；
2. 流体静力学基础（1学时）：作用在流体上的力、流体静压强及其特性、流体静力学基本方程式及其应用、压力的度量及计算基准；
3. 流体动力学基础（3学时）：流体动力学基本概念、连续性方程、理想流体能量方程式、实际流体伯努利方程及其应用；
4. 流体阻力及管路计算（3学时）：雷诺试验、流体流动性质的判别、流体阻力及能量损失的类型、流体在流动时能量损失的计算、管路计算；
5. 泵和风机（1学时）：风机和泵的构造及工作原理、风机在管路中的工作特性、泵的安装及气蚀现象。重点：实际流体伯努利方程的计算分析。3.工程热力学（8学时）要求学生工质状态参数及状态方程；比热的概念和热量的计算；稳定流动的能量方程式；水蒸汽的状态参数及其运动规律；湿空气状态参数及计算。
6. (2)本章教学内容
7. (1)基本要求
8. 难点：流体在管路中流动时的能量损失分析。
9. (3)本章的重点和难点

1. 气体的热力性质（1学时）：热力系统的基本概念、工质的热力状态及基本参数、理想气体状态方程；
2. 热力学第一定律（1学时）：热力过程、系统与外界的能量交换、系统储存能、闭口系统与开口系统热力学第一定律能量方程；
3. 水蒸气（2学时）：水蒸气的基本概念和产生过程、水蒸气状态参数的确定及其热力学性质图表。
4. 湿空气（2学时）：湿空气的状态参数、露点温度和湿球温度、湿空气的h-X图及其应用。
5. 燃料及小型锅炉（2学时）：燃料的种类及成分、锅炉构造及参数、锅炉热平衡及锅炉选型。重点：锅炉热平衡计算。4.传热学（10学时）要求学生稳定导热、对流换热、辐射换热、综合换热的基本概念和计算。
6. (2)本章教学内容
7. (1)基本要求
8. 难点：系统与外界热量和功量的计算、水蒸气与湿空气状态参数的确定。
9. (3)重点和难点

1. 稳定导热（2学时）：导热的基本概念、傅里叶导热定律、导热微分方程、平壁与圆筒壁的稳态导热。
2. 对流换热（4学时）：对流换热的基本概念、定律与影响因素、对流换热微分方程组及单值性条件、对流换热过程相似理论、对流换热准数方程、不同情况的对流换热系数计算。
3. 辐射传热（3学时）：辐射传热的本质及特点、黑体辐射的基本定律、实际物体的辐射和吸收、基尔霍夫定律、角系数的概念及性质、两个黑体间的辐射传热、灰体间的辐射传热。
4. 综合传热（1学时）：一种流体通过平壁传热给另一种流体、一种流体通过圆筒壁传热给另一种流体。重点：稳定导热的相关计算、两个灰体间的辐射传热计算。5.干燥过程与设备（2学时）要求学生认识理论干燥与实际干燥过程的区别；干燥过程的热平衡计算。(2)本章教学内容
5. (1)基本要求
6. 难点：角系数、系统黑度的计算。
7. (3)重点和难点

1. 干燥过程的物料与热量平衡；
2. 建材制品及干燥器。重点：干燥方法与干燥设备。6.热养护过程与设备(2学时)要求学生混凝土制品热养护过程中涉及到的热质交换以及热养护制度，认识混凝土制品厂常用的热养护设备。1) 热养护过程中的热质交换；3) 热养护设备。重点：热养护制度。（二）实验教学内容（8学时）
3. 难点：热养护过程中的热质交换。
4. (3)重点和难点
5. 2) 热养护制度；
6. (2)教学内容
7. (1)基本要求
8. 难点：干燥过程的热量平衡计算。
9. (3)重点和难点

（三）课程设计内容（8学时）

四、达成课程目标的途径和措施

1.教学方法

本课程涉及到的教学方法有“讲授法”、“讨论法”及“直观演示法”，具体根据教学内容和目标不同采取更合适的教学方法。

理论部分主要采用“讲授法”与“讨论法”相结合，通过课堂讲授，使学生工程流体力学、工程热力学以及传热学的基本概念和计算方法，干燥及热养护过程涉及到的相关基础理论知识，认识干燥及热养护设备的构造以及工作原理。此外在课堂上与学生通过讨论等互动方式，培养学生用专业基础知识分析和解决复杂工程问题的能力。在授课中还会穿插习题课内容，讲解一些有代表性的习题，帮助学生所学知识。在每章讲授结束后，均布置3-5道课后习题，作业面覆盖所讲内容的难点和重点，以便于学生巩固所讲内容及考试复习。对于作业中发现的问题会及时向学生讲解，并帮助改进同学的学习方法。

实验部分主要采用“讲授法”与“直观演示法”相结合，通过在实验室对仪器设备的讲解以及实验步骤的示范性操作，使学生认识流体粘性、机械能守恒以及热工测量仪表的种类和原理，流体粘度、常用热工仪表及材料导热系数的测定方法，增强学生对所学知识的理解和实践动手能力。实验课程的开设是对理论课程的有益补充，可加深学生对所学理论知识的理解。

设计部分主要采用“讲授法”与“讨论法”相结合，通过课堂讲授指导学生进行混凝土制品热养护窑的设计，使学生能够运用基本理论进行热工分析及计算，将热工理论应用到混凝土制品的生产中去，提高混凝土制品生产过程中的热效率，节约能源，提高技术经济效益。此外针对重难点部分内容，在教师引导下让学生进行充分讨论，确保学习效果。在具体实施过程中，教学内容应紧跟混凝土制品热养护设备发展动态，及时补充新方法、新技术、新材料等内容，并根据每届学生的特点，对不同内容根据需要调整课堂组织和讨论内容，提高整体学习效果，培养学生具备初步设计和技术改造（尤其是节能改造）的能力。

2.教学手段

本课程利用采用现代化的教学手段，采用“多媒体”结合“板书”的教学手段进行授课，“多媒体”可将抽象的内容生动化，“板书”可用于辅助表达，二者充分发挥优势，扬长避短。

3.课外阅读要求

推荐学生利用互联网资源、校园网资源（校园网数据库）、图书馆资源（期刊、专业文献）等多种手段获取信息，进行课外阅读。通过课外阅读，既能加深对教学内容的理解，又能拓展专业视野，紧跟行业发展前沿。

4.多环节训练

（1）作业

（2）实验

（3）课程设计

（4）期末考试

五、课程综合记分方法

课程考核由作业、实验、设计和期末考试四部分组成，内容须覆盖全部课程目标和毕业要求指标点。各考核环节及所占比重见下表：

（注：无故旷勤1/3者，不允许参加期末考试。）

各个环节的评分标准如下：

1. 作业

每次作业必须在正式上课前交，迟交作业或作业不满足下列要求，均以零分计。每次作业按百分制评分，总评后折算成10分。

作业的评分标准

2. 实验

实验成绩根据实验报告成绩以及实验课上的操作表现及实验预习情况综合进行评定。每次实验按百分制评分，总评后折算成20分。

实验的评分标准

3.课程设计

课程设计成绩是根据设计计算说明书、图纸及答辩表现三方面综合给出。按百分制评分，总评后折算成20分。

课程设计的评分标准

4.期末考试

期末考试成绩是通过闭卷考试的卷面成绩给出，考核内容覆盖课程所讲的流体力学、工程热力学、传热学、干燥及热养护过程等知识点。按期末考试的标准答案和评分标准百分制评分，总评后折算成50分。

为了确保考核试卷的信度和效度，必须针对教学目标、把握能力层次，进行试卷蓝图设计。

试卷蓝图设计

六、评估方法

每学期课程结束后进行课程评估。本课程采用基于课程目标（即预期学习成果）的评估方法，包括：1）根据课程目标设计并实施相应的学习任务和学习活动；2）收集学习活动中各种学习成果的评估资料；3）分析和评估实际的学习成果，做出正确的判断。4）写出反思和持续改进报告（包括评估过程、评估结果、教学反思和持续改进）。

课程目标1的评估设计

课程目标2的评估设计

课程目标3的评估设计

课程目标4的评估设计

课程目标5的评估设计

课程目标6的评估设计

课程目标7的评估设计

七、课程目标达成评价与持续改进机制

1.课程评价

课程评价周期定为每2年评价一次，评价小组由教学指导委员会和专业负责人组成。评价小组依据毕业要求达成度目标值设置课程达成目标值，采用课程总评成绩分析法进行评价。依据课程评价的结果，寻找问题，持续改进课程教学质量。依据毕业要求达成度评价结果，持续改进课程体系。

2.持续改进机制

（1）建立持续改进制度

①成立本课程持续改进组。

②由课程持续改进组组长负责组织执行并监督持续改进过程。

③制定持续改进措施。

（2）成立本课程持续改进组

组长：孔丽娟

组员：韩玉芳、罗永会

（3）本课程持续改进措施

根据各个考核环节的达成评价结果，寻找和分析学生的能力短板，进行课程持续改进，包括课程教学内容的改进、教学方法和手段的改进、考核方法的改进等。

制表：孔丽娟、韩玉芳   审核： 任书霞   批准：          发布日期：