《机械工程材料》教学设计

2018年湖南省普通高校教师课堂教学竞赛机械工程材料教学设计教师姓名：******参赛单位：******2018年9月湖南省普通高校教师课堂教学竞赛教学设计使用教材：于永泗，齐民主编，《机械工程材料（第8版）》，大连理工大学出版社。普通高等教育“十一五”国家级规划教材。课程分析：《机械工程材料》是机械类学生的一门基础必修课程，共32学时（含实验学时6学时）。课程以若干个项目（主题）的形式，以材料的分类、材料的力学性能、材料的微观组织、材料的加工工艺以及工程实例为主线，主要学习机械工程材料的概念、分类、特性和应用，以金属材料为主体，介绍材料的机械性能及其物理、化学、工艺性能，研究金属和合金组织结构、结晶过程、塑性变形与再结晶及二元合金相图的基本理论，研究热处理改变金属材料内部组织结构及性能的原理和方法，了解金属材料成形工艺和技术，掌握选用材料的基本原则，了解材料的断裂和失效，学会基本的零部件设计，培养学生综合运用所学知识、理论联系实际、解决实际问题的能力，同时训练工程技术人员基本素质、促进学生全面发展。参赛内容目录《机械工程材料》教学大纲中基本教学内容共13章，此次教学设计的20个课时分别节选自第1、3、4、8、9、10和13章。1.材料的变形--------------------------------------------------------------------------------------1选自第一章：材料的性能/第一节：材料的力学性能2.载荷-----------------------------------------------------------------------------------------------6选自第一章：材料的性能/第一节：材料的力学性能3.冲击韧性----------------------------------------------------------------------------------------11选自第一章：材料的性能/第一节：材料的力学性能4.材料的凝固与结晶----------------------------------------------------------------------------16选自第三章：材料的凝固/第一节：纯金属的结晶5.材料的相图分析-------------------------------------------------------------------------------20选自第三章：材料的凝固/第二节：合金的结晶6.材料的铸造成形-------------------------------------------------------------------------------25选自第三章：材料的凝固/第四节：凝固组织及其控制7.材料的滑移与孪生---------------------------------------------------------------------------30选自第四章：金属的塑性变形与再结晶/第一节：金属的塑性变形8.金属材料的强化方法------------------------------------------------------------------------35选自第四章：金属的塑性变形与再结晶/第二节：合金的塑性变形与强化9.金属塑性变形及再结晶---------------------------------------------------------------------40选自第四章：金属的塑性变形与再结晶/第四节：回复与再结晶10.铝及其铝合金-------------------------------------------------------------------------------44选自第八章：有色金属及其合金/第一节：铝及铝合金11.高分子材料----------------------------------------------------------------------------------49选自第九章：高分子材料/第一节：概述12.陶瓷材料-------------------------------------------------------------------------------------53选自第十章：陶瓷材料/第一节：概述13.纳米材料-------------------------------------------------------------------------------------58选自第十二章：新型工程材料/第四节：纳米材料14.零部件的失效与选材----------------------------------------------------------------------63选自第十三章：零部件的失效与选材/第一节：零部件的失效15.动态载荷下7005铝合金力学行为及数值模拟研究--------------------------------67选自科研成果，结合第一章：材料的性能16.汽车用6XXX系铝合金薄壁件的韧性断裂行为------------------------------------73选自科研成果，结合第八章：有色金属及其合金17.热处理工艺对铝合金动态力学性能影响---------------------------------------------80选自科研成果，结合第八章：有色金属及其合金18.零部件性能的优化方法------------------------------------------------------------------86选自项目成果，结合第十三章：零部件的失效与选材19.汽车防撞梁的结构和选材----------------------------------------------------------------92选自项目成果，结合第十三章：零部件的失效与选材20.汽车防撞梁的拓扑优化和性能检测----------------------------------------------------97选自项目成果，结合第十三章：零部件的失效与选材12018年湖南省普通高校教师课堂教学竞赛教学设计教学设计课程名称：《机械工程材料》适用对象：机械设计及自动化编号：第1讲课题【headline】材料的变形时间【during】45分钟教学目标【objective】知识目标【knowledge】变形的定义，变形的分类，弹性变形、塑性变形、应力-应变曲线。能力目标【ability】分析不同材料应力-应变曲线的分析。思政教育【enlightening】在生活和学习中，每个人都应该有坚定的信念和顽强拼搏的精神，才能战胜各种困难，提升自己。教学重点与难点【keypointsanddifficultpoints】重点【keypoints】变形的定义和分类。难点【difficultpoints】材料应力-应变曲线的分析。教学策略方法【teachingstrategy】充分利用多媒体教学手段，用讲述、提问、对比举例等教学方法，引导学生进入教学主题，加深学生对新知识的理解、发展及应用，达到开拓学生视野、启迪学生思维的教学目的。教学过程【teachingprocess】教学内容教学方法设计意图一、知识回顾【knowledgereview】提问：金属材料强化的方法有哪些？解析：改善金属材料的力学性能的方法有很多，常见的包括合金化、热处理，塑性变形等，但每种方法的强化机理不同，这就牵涉到材料的微观组织结构。讲解法互动法通过问题的提出，引导学生回顾上堂课的知识，加深理解。2二、新课讲授【newlecture】知识点1定义变形的概念图片展示：X-战警万磁王教师讲解：变形是指材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化。在外力的作用下，材料形状会发生改变，形状的改变可能会引起材料性能的变化，比如力学性能，电学性能、磁性变化等。讲授法引导法通过好莱坞大片x战警引入“变形”这一主题从而引起学生的学习兴趣。知识点2变形的分类提问：什么是弹性变形和塑性变形？它们之间的区别。1、通过工业生产中常见的弹簧引入弹性变形的概念，再通过动漫人物路飞加深弹性变形的概念。图片展示：弹簧路飞思政教育现象：简单介绍主角路飞的故事，动漫主角路飞，具有坚定的意志和顽强的精神，一次又有一次的战胜不可能的困难，在苦难中不断成长，变强大。感悟：困难像弹簧，看你强不强，你强它就弱，你弱它就强。2、通过生活中常见钥匙引入塑形变形的概念，再通过金属拉伸试样加深塑性变形的概念。图片展示：提问法对比法延伸法讲授法通过提问，引发学生思考，并用生活中常见的弹簧及故事来引起学生兴趣。所学知识来延伸到生活实际进，增加学生学习兴趣及乐趣。总结定义变形的种类及其区别。3钥匙拉伸试样变形过程教师讲解：变形可以分为塑性变形和弹性变形。材料在受到外力作用时产生变形或者尺寸的变化，且能够恢复的变形叫做弹性变形。塑性变形在外力作用下产生不可恢复的永久变形。知识点3材料的应力-应变曲线问题导入：材料的应力-应变曲线是如何获得的？介绍万能试验机和教师讲解：万能试验机，集拉伸、弯曲、压缩、剪切、环刚度等功能于一体的材料试验机，主要用于金属、非金属材料力学性能试验，是工矿企业、科研单位、大专院校、工程质量监督站等部门的理想检测设备。万能试验机采集试样变形过程中的力-位移曲线。通过以下公式将力-位移曲线转化成应力-应变曲线。0AF%10000lll式中：-工程应力；-工程应变；F-拉伸力；A0-试样的初始截面积；l0-试样的初始标距长度；l-试样变形后的标距长度。表征拉伸试样教师讲解：常规的拉伸试样分为两种：圆柱形和板状。根据待取样的物体形状而选择。根据按照国家标准设计实验试样。互动法讲授法通过问题的引入来激发学生的思考，并分析材料变形过程中两种形变出现的时间及转化。4常见的应力-应变曲线重点分析材料的变形过程教师讲解：曲线的横坐标是应变，纵坐标是外加的应力。曲线的形状反应材料在外力作用下发生的脆性、塑性、屈服、断裂等各种形变过程。通常，从图中可以得到屈服强度、抗拉强度、弹性模量和延伸率等力学性能指标。三、课堂延伸【knowledgeextension】分析不同材料的应力-应变曲线分析玻璃、合金、塑料等典型材料的应力应变曲线延伸法对比法通过对比其他三种典型材料的应力应变曲线来加深对应力应变的理解及不同材料的性能区别。四、课堂练习【exercise】比较几种材料的各项力学性能指标例题分析法训练强化，培养思考能力，加深理解，强化应用。5五、知识梳理【knowledgeconclusion】1、变形的概念2、变形的分类3、材料的应力-应变曲线总结归纳法总结知识，引导学生思考记忆，加深理解。六、教学后记【teachingreflection】材料弹性变形、塑性变形、应力-应变曲线的内容理论性比较强，学生掌握起来有一定难度。课程中以X-战警、万磁王和路飞等经典电影动漫人物激发了同学的好奇心，然后再现经典的材料应力-应变曲线实验及介绍科学家严谨求实的科学态度，学生具有较强的带入感觉。学生课堂表现总体比较积极，通过例题训练及师生互动发现对知识点的掌握基本达到了预期目的。实例分析及动画演示，提高了学生的学习兴趣和积极性，开拓了学生的视野，启发了学生的创新性思维。62018年湖南省普通高校教师课堂教学竞赛教学设计教学设计课程名称：《机械工程材料》适用对象：机械设计及自动化编号：第2讲课题【headline】载荷时间【during】45分钟教学目标【objective】知识目标【knowledge】力学性能的定义，载荷的定义和分类，动态载荷和静态载荷，了解韧性。能力目标【ability】能准确判断材料受到的载荷种类。思政教育【enl