材料工程基础学习心得

材料工程基础学习心得（通用7篇）

1.材料工程基础学习心得 篇一

《电气工程基础》在线学习研修心得

本人于2013年9月至10月参加了成都理工大学工程技术学院组织教师参加的高等学校教师网络培训中心的在线培训课程，选修了《电气工程基础》这门课。《电气工程基础》课程是一门理论性和实践性很强的专业基础课，在电气工程及其自动化专业的课程体系中具有承上启下和举足轻重的地位，教学内容涉及到很多基本概念以及一些较为复杂的设计与计算，是一门难教、难学的课程。理论课安排是否合理、实验环节设置是否巧妙以及实验条件的打造是否完善，直接关系到整个课程的教学效果。

此次《电气工程基础》课程由华中科技大学尹项根教授、罗毅教授和吴耀武教授讲授，课程培训采用理论联系实践方法，向我们精心讲授了本课程教学的基本理念和方法，对理论教学与实验教学过程中的难、重点进行了深度剖析，并结合电气工程实例进行示范课和案例分析。三位教师讲解精彩、紧密结合教学实际、条理清晰、内容丰富、分析深入透切，使我受益非浅。

针对通过这段时间的培训，不仅学到了丰富的知识，还进一步提高了业务素质，下面我从以下几个个方面谈谈我对本阶段学习的心得：

1.本课程的教学不适合采用单一的黑板授课方式，要充分利用多媒体讲授。制作优良的多媒体课件，采用大量的图例和动画演示，甚至录象，减少繁杂的文字叙述。比如展示照片，实际元件，实际接线，并辅助以动画演示，必要时组织几次电厂（站）的参观实习。

2.按课程教学对学生要求的不同掌握程度（了解、理解、重点掌握）讨论并制定教学计划、课程教学大纲及讲授内容，请专家教授对课程相关的内容进行示范讲解，重难点剖析。

3.在讲授电气工程课程时，一定要提到所涉及的后续课程，为后续课程的学习做重要的铺垫，让学生产生浓厚的兴趣去主动学习相关知识。另外，定期组织讲授本课程以及与本课程有前后衔接关系的专业课教师，根据教学大纲和教学目标展开研讨，确定讲述课程的主要内容，这一点也非常重要。

4.本课程涉及到了电力系统稳态分析、电力系统暂态分析、电力系统继电保护、发电厂电气部分、高电压技术等课程的基本概念和一些基础知识，是电气工程及其自动化专业的一门“通识”课程。就某些专业方向而言，体量已经够了，如电工理论与新技术方向，但就其他专业方向而言，又可能在某方面知识上显得单薄，比如对于电力系统及其自动化方向的学生，在稳、暂态分析、继电保护、发电厂电气部分均应再深入学习；对于高电压与绝缘方向的学生，则应在高电压技术上进一步深入，因此学完本课程后，还开设那些后续课程，以及与后续课程如何衔接是很重要的一个问题。

2.材料工程基础学习心得 篇二

关键词：工程材料基础课程,教学改革,大规模在线开放课程

1 MOOCs简介及西安交大MOOCs现状

大规模在线开放课程慕课 (Massive Open Online Course, MOOC) 作为一种新兴的在线课堂形式, 正以不可阻挡之势席卷全球。继2012“MOOC元年”开启之后, MOOCs浪潮在全球迅速升温, 欧洲、亚洲及澳洲的许多顶尖大学相继投身其中, 创建自己的MOOCs平台, 发布了大规模的在线课程。2013 年10月10 日, 清华大学正式启动“学堂在线”中文网络开放课程平台, 面向全球提供在线课程, 合作伙伴包括北京大学、浙江大学、南京大学等部分C9 联盟高校[1]。

西安交通大学充分认识到对优质资源共享及推广的重要性, 紧跟国际潮流, 积极参与信息化教育教学改革, 提升教育教学水平。截至2015 年4 月, 已有二十余门课程分别在Coursera、教育部爱课程及清华大学学堂在线等MOOCs平台成功上线, 将优秀的课程通过MOOCs推向全世界[2]。

2 工程材料基础课程特点及教学现状

工程材料基础课程是西安交通大学材料科学与工程学院面向全校工程设计类本科生开设的一门全面介绍工程材料知识的基础课程, 每年培养来自机械、能动、航天及口腔医学等八个专业近1000名学生[3]。课程重点讲授各类机械零件的失效分析及其对性能的要求, 以及机械制造者和设计者必须具备的材料知识和相关基本理论, 并以实例说明如何根据零件服役条件及性能要求进行合理选择材料和制造工艺。经过半个世纪的不断发展, 工程材料基础课程积累了非常丰富和优秀的教育资源, 分别于2009年被评为国家精品课程 (www.jingpinke.com) , 2013年被评为国家精品资源共享课程 (www.icourse.com) 。

作为国家精品课程, 工程材料基础课程紧跟时代步伐, 全面建设和积累优势资源, 主要包括编写并出版兼具理论性、系统性和实用性的《机械工程材料》国家精品教材, 筹建体系完备和特色突出的机械零件失效及工程材料实物展室, 制作内容丰富题材多样的多媒体动画库, 实现多媒体教学, 并在西安交通大学课程中心网站 (cc.xjtu.edu.cn) 建立工程材料基础课程网站, 为学生课外学习和自主学习提供了优质条件。

工程材料基础课程近年来取得了斐然的成绩, 发挥了国家精品课程的示范作用, 因此, 将工程材料基础课程推上大规模在线开放平台, 将优秀的教学资源对外共享, 不仅有助于提高本课程质量、优选高水平教师发展高质量课程资源, 还对提升地区课程教学质量、人才培养和进一步满足人民群众接受优质高等教育具有深远、广泛的影响。

3 工程材料基础在线开放课程建设思路

在工程材料基础在线开放课程的建设思路上, 我们初步建立以翻转式教学改革为切入点, 在线教育为基本形式, 通过在Coursera平台上建设相关课程, 深入MOOCs理念, 在校内实现正规课堂教学和MOOCs相结合的教学模式创新, 推进教学方法改革, 提升教学质量, 在校园外引入SPOC (Small Private Online Course) 教学理念, 提高开放课程的完成率, 推动学科对外品牌效应。

3.1 翻转式教学改革试点探索

我校工程材料基础课程组负责人孙巧艳教授提出在校内课堂中首先进行翻转式教学试点工作, 比较翻转式课堂教学方式与传统的以课堂为主的教学方式在教学效果上的优缺点。

实施方法为, 随机挑选若干个工程材料基础课程的班级作为实验组, 实行翻转式课堂教学方式。翻转式课堂教学的流程是:教师将视频材料以作业的形式布置给学生, 学生在网络平台上预先观看视频, 完成对应练习题, 在实体课堂教学中, 由教师主导采用专题讨论或辅导的方式, 解决学生在线上未理解的问题, 并安排相应课程实践。剩余班级为对照组, 采用传统的以课堂教学为主、课后完成作业的教学方式。教学效果考察方法为:在学期末最后一节课中, 学生未进行任何复习的情况下, 发放课程调研考卷 ( 以选择和填空题为主, 设置13 题) , 检验学生对课程知识点及工艺路线的掌握程度。目前, 此实验正在进行中。

3.2 工程材料基础课程Coursera平台上线

根据对MOOCs教学理念、授课形式、内容组织等方面的理解, 课程组将重新制定工程材料基础课程教学大纲, 组织网络课程在Coursera平台上线。根据翻转课堂的教学实践反馈, 逐步完善和充实课程教学内容, 丰富细化各知识点, 改进教学互动手段和方法, 建设高质量工程材料基础课程MOOCs课程。

具体来说, 有以下几个步骤:

(1) 全面梳理课程知识结构, 按知识点组织网上课程内容, 工程材料基础课程具有涵盖内容较多, 知识点广而分散, 理论抽象等特点, 拟以8~10 分钟讲透一个知识点的形式, 解决因视频时间过长, 学生注意力易分散的问题;

(2) 利用视频剪辑、动画制作等手段, 将理论演示和应用案例更好地融为一体;

(3) 精心设计网上章节小测验及课堂专题讨论内容, 及时巩固知识点, 检验学生自主学习情况;

(4) 后台实时收集、积累和分析教学过程数据, 分析学生对知识的掌握程度, 并借助MOOCs平台的社交网络功能, 加强互动反馈, 为课堂针对性的指导及后续教学内容的调整提供基础数据支持。

3.3 依靠实验技术中心、工程材料展室、工程坊及大学生创新项目加强实践环节

工程材料基础课程具有宽口径、实践性强的特点, 要求培养学生较高的实践能力和综合设计能力。目前工程材料基础课程开设了若干个独立实验, 例如显微镜的使用及材料金相组织观察, 以及热处理综合实验等。但上述实验均为演示性或验证性实验, 学生只能按照既定的步骤完成实验过程, 无法自主设计实验方案, 不利于学生创新能力和实践能力的提高。于是, 在工程材料基础在线课程的建设中, 将结合MOOCs线上课程内容, 依靠我校材料学院实验技术中心、工程材料展室及工程坊的优秀实验资源和工程经验, 增设以实践内容为主的综合性实验项目。

工程材料展室筹建于1992 年, 经过二十多年的建设, 已收集了三百余件工程零件实物, 涵盖金属材料、陶瓷材料、复合材料和高分子材料等工程材料的应用实例, 以及粉末冶金、激光表面淬火和快速凝固等先进材料制备技术的工艺展示。通过对工程材料实物展室的参观, 学生对课堂知识具有更深刻的理解, 教学效果良好。此外, 对材料展室的实时更新也体现了我课程组成员的独具匠心, 目前, 我校材料学院各专业方向已为材料展室提供有代表性新材料, 并且随着我校科研的进展, 新材料也在陆续更新之中, 这些举措可以使学生了解我校工程材料的研发最新动态。

综合性实验项目的来源之一拟通过课程组教师根据专业方向及实际工程要求, 设计出若干不同的实验任务书, 学生自主选题后, 通过查阅资料, 进行材料的选择和工艺的设计。在整个实验过程中, 学生将学会如何根据实际工程要求、材料性能来合理选择和利用工程材料, 并制定合适工艺路线, 综合性实验可加强学生对理论知识的理解, 提高工程能力及创新能力。

另外, 在工程材料基础课程的实验环节, 可考虑引入大学生创新性试验计划项目 ( 包括国家级和省级) 、我校“腾飞杯”课外学术科技竞赛项目等, 这些项目的引入将极大丰富课程实践环节的设计内容, 同时也可为创新项目提供候选学生及团队。课程组可与各专业导师沟通, 针对性设计与课程内容相关的任务书, 将工程材料课程与研究课题有机结合, 培养学生的同时发掘具有一定创新潜力的学生参与专业导师相关项目的研究, 从而提高各专业导师参与课程实践环节建设的积极性。目前, 通过工程材料基础课程学生从事的腾飞杯项目部分获得了我校科技竞赛奖项。

3.4 引入SPOC教学理念提高开放课程完成率推动学科品牌效应

翻转式课堂教学及实验环节改革等新的教育手段和教学方式方法的改革将有效提升校内工程材料基础课程教学效果, 而MOOCs平台的初衷为共享优质教学资源, 推进教育的大众化、公平化, 提升高等教育的效益, 使更多人能够方便地获得受高质量教育的机会, 因此, 在积累校内MOOCs课程建设经验后, 工程材料基础课程将重点建设在线教学。

目前, 大规模在线教育存在着注册率高, 完成率低的问题, 因此, 在工程材料课程的MOOCs建设中, 考虑在校外申请者中推行SPOC这类学习模式。即从线上的申请者中选取小规模的学习者纳入SPOC课程, 入选者必须保证学习时间和学习强度, 参与在线讨论, 完成规定作业并通过考试后, 获得课程完成证书[4]。

通过分析, 这类SPOC课程模式在建设工程材料基础课程方面有以下几个优势。

(1) 作为国家精品课程, 工程材料基础SPOC课程一经推出, 预计将受到同类院校及专业学生及社会人群的关注, 从而推动我校材料专业的对外品牌效应;

(2) 将SPOC课程与材料学院夏令营及科研体验周等招生选拔活动相结合, 将吸引大批相关专业的优秀学子报名并参与课程学习, 从而获得选拔资格;

(3) SPOC模式使课程组教师有机会尝试灵活并富有挑战性的教学方法, 并可使用自动评分等工具减少重复性活动, 集中精力和学生进行深入交流和讨论;

(4) 配合限制性条件和准入条件, SPOC课程的实体课堂资源及实验资源也将赋予学生完美的工程材料课程学习体验, 避免MOOCs课程的高辍学率和低完成率情况。

4 工程材料基础大规模在线课程建设面临的问题及启示

从总体上看, 大规模在线开放课程已成为教育全球化的一种趋势, 各大学府对于MOOCs的建设在摸索中前进。目前, 对于工程材料基础课程的MOOCs建设, 主要存在以下的几方面的问题。

4.1 课程组织

课程组教师需精心设计结构化的工程材料基础课程, 确保MOOCs平台中的视频及课程内容符合大规模网络公开课程以学习者为中心, 以知识掌握为取向的理念, 而非机械搬运教材内容和传统网络公开课视频。

4.2 教师积极性

将工程材料基础课程推上MOOCs平台需花费大量人力物力, 非团队的合作不能完成, 如何调动教师积极性, 对公开后的教学资源进行法律保护, 保障教师利益, 促进良性竞争等问题值得进一步研究。

4.3 MOOCs相关教育技术培训

多数教师对MOOCs相关的技术不熟悉, 且课程初期建设成本高, 为降低建设成本 ( 时间和费用) , 提高开放课程质量, 可依托我校教师教学发展中心及Coursera平台等, 组织教师参加相关教育技术培训, 包括教学设计、视频课件制作、平台操作等, 借鉴MOOCs的教学设计精髓, 提升学习成效, 真正促进教学变革[5]。

4.4 学习成果认证

基于网络教学的MOOCs面临的学习成果认证是普遍存在的难题, 面向在校生和跨校学习的学生, 根据目前的实践经验, 通过大学联盟或相关专业教育联盟等组织能够认证其学分及证书, 但面向社会大众的学习成果认证仍在起步阶段。

中国大学对MOOCs课程的建设是必然选择, MOOCs带来的新一轮的高等教育改革正浮出水面, 尽管不断发展中的在线教育在未来还将遇到许多的问题, 我们也将勇敢面对。在MOOCs这个新的平台上, 工程材料基础课程组将致力于向学生、向社会提供更优质的交大特色教学资源, 使我们的课程和培养的学生在未来激烈的竞争中占据一席之地。

参考文献

[1]王颖, 张金磊, 张宝辉.大规模网络开放课程 (MOOC) 典型项目特征分析及启示[J].远程教育杂志, 2013 (4) :67-75.

[2]【人才培养系列报道】西安交通大学MOOC建设札记[EB/OL].http://news.xjtu.edu.cn/info/1033/5182.htm, 2015-1-17.

[3]孙巧艳, 范群成.整合课程优势资源建设国家精品课程——工程材料基础国家精品课程的建设与实践[J].教育教学论坛, 2011 (29) :219-221.

[4]康叶钦.在线教育的“后MOOC”时代——SPOC解析[J].清华大学教育研究, 2014, 35 (1) :85-93.

3.材料工程基础学习心得 篇三

摘  要：本文按照产品制造流程的逻辑关系构建了“工程材料与机械制造基础”课程的知识体系和能力要求。该体系的构建将为进一步修订课程基本要求（或制定课程标准）、编写教材、加快与工程训练课程的协同创新提供重要基础，为本课程教学提供参考。

关键词：课程知识体系和能力体系;工程材料与机械制造;机械制造实习

“工程材料与机械制造基础（金工）”课程因知识面宽、理论与实践密切结合，在相当长一段时期内，为我国工科人才的培养发挥了不可替代的作用。但是，随着科学技术的不断发展，越来越多的工程材料及其制造技术在工程领域的应用，使得原课程的知识体系与实习教学体系已经不能完全满足现有各专业人才培养和知识构成的需求，难以为后续学习奠定必要的知识基础，导致该课程在工科人才培养中的实际作用趋于弱化，基础地位下降，课堂与实践学时不断被压缩，教学效果和质量受到不同程度的冲击。因此，重新构建“工程材料与机械制造基础”课程知识体系就显得十分必要，也十分紧迫。在教育部机械基础课程教学指导委员会和工程训练教学指导委员会联合立项的教研项目支持下，课题组基于近实践类课程的教学理念，本着与国际工程教育认证标准接轨、与院系专业人才培养深度融合的目的，联合国内六所高校，在充分调研的基础上，对该课程新的知识体系进行了构建，对课程的知识点、能力点进行了汇集，并取得了预期成果。

一、“工程材料与机械制造基础”课程现状与存在的问题

“工程材料与机械制造基础”课程原名“金属工艺学”。历经教育部机械基础课程教学指导委员会金工课程指组近三十年的辛勤工作，先后修订制定了“九五”“十五”“十一五”三个版本教学基本要求。分析这些教学基本要求可知，虽然课程名称已从金属材料拓宽到工程材料，但其知识体系仍基本围绕金属材料及其制造展开，相关知识点在各教学基本要求中只是得到粗线条展示，缺少系统性与完整性的整理。

“十一五”以后，随着新材料、新技术、新工艺的不断出现，制造技术出现了前所未有的发展变化，产品制造所涉及材料已不再仅以金属材料为主，无机非金属材料、高分子材料、复合材料的快速发展，正在不断替代金属材料而获得广泛应用。制造技术也不再局限于金属材料的冷热加工，其中涉及各种工程材料制造的液态成形技术、塑性成形技术、连接成形技术、粉体成形技术、快速成型技术，以及各种特种加工技术、先进制造技术也在不断地获得广泛应用。各专业不仅对制造技术基础知识的需求在发生相应的变化，对课程的功能和教学目标也在不断地进行调整。卓越工程师培养标准、专业认证标准都不同程度地反映了这些变化。比如，本科层次卓越工程师培养标准[1]明确提到，要“了解生产工艺、设备与制造系统，了解本专业的发展现状和趋势”，在第3条中提到了要“具有良好的质量、安全、效益、环境等意识”，要“具有较好的环境适应和团队合作的能力等”。显然，这些标准条款与本课程设定的教学性质、教学任务和教学目标是吻合的。又如，目前国际工程教育有两大互认体系，一是以“华盛顿协议”为代表的工程教育互认体系，另一个是以欧洲大陆为代表的工程教育互认体系[2]。其中，欧洲大陆工程教育互认体系有12条专业认证标准，第3条就明确要求所培养的学生要“了解所在工程领域的工程实践知识以及材料、部件和软件的属性、状态、制造与使用”。该要求与本课程所涉及的教学内容和所提供的教学目标也是完全吻合的。目前，“工程意识、工程素质、实践能力、创新意识”，加强团队精神，熟悉相关领域的新材料、新工艺、新设备，具有环境保护和可持续发展等方面的意识，能够综合考虑经济、环境、法律、安全、健康、伦理等制约因素，掌握工程实践中基本工艺操作等各种技术、技能，具有使用现代化工程工具的能力，已经成为各专业人才培养的基本要求。

虽然从整体看，人才培养环境有利于本课程的发展，但是当前课程发展也存在一些不可回避的问题。首先，现有专业人才培养目标和培养基本要求的制定更多局限于各专业人才培养自身的特点和教学需求，缺少基于工科和复合型人才培养所需的顶层设计和统一指导，对材料与制造知识对人才培养的先导性、基础性认识不足。其次，目前课程教与学中缺少对产品制造的整体认知，教学内容更多地集中于“金属材料的制造，而不是工程材料的制造”，使课程提供的知识落后于专业的发展需求。第三，过多强调知识的传授，忽视对能力的养成，对综合能力和创新能力的训练强调不够，使教学目标对能力点的达成缺乏明确要求。第四，教学内容不断增加、学时不断减少的矛盾突出，缺少对核心知识的凝练与梳理。上述问题都是课程发展过程中不可回避的问题，需要在充分调研的基础上加以解决。

二、构建课程知识体系的思路和方法

1. 思路

工程教育有自己的认知规律。首先，获取工程知识的过程始于认知实习，遵循“认知实习—理论学习—实践—再学习—再实践—探索性认知实践”这一规律性，具有多层次循序渐进的特点。其次，获取工程知识的最佳方式是理论学习与实践相结合，但实践是第一位的，实践获取知识比理论学习获取知识更快捷、更可靠。因此，将实践与理论知识密切结合，构建实践与理论一体化的新知识体系是值得深入探究和可行的。

在知识体系构建中，本研究将理论课的知识体系与机械制造实习知识体系、实验课体系进行了交叉融合，使能力的实现不仅体现在对知识的把握上，同时也更强调通过对基本工艺和基本理论的实践过程，加深对知识的应用和理解。

（1）跳出原金属工艺学课程以金属材料及其制造技术为主线的知识体系，基于不同专业人才培养对该课程知识的需求，汇集凝练不同专业人才培养所需的工程材料和机械制造技术基础知识点和能力点。同时，结合专业认证和卓越工程师培养标准，按照各知识点的逻辑关系调整面向各专业人才培养的课程知识体系（含理论教学和实习部分），并在此基础上制定相应的教学基本要求。

（2）按照完整的产品生产制造流程搭建知识体系框架。知识体系按照模块化设计，包括工程材料、材料改性、材料成形、机械制造基础、课程实验、机械制造实习等模块，尽可能地与国际工程教育认证标准接轨，以满足不同专业人才培养的需求。

（3）为避免理论与实践、知识与能力相互分离，按照近实践类课程特点，对课程知识和能力体系进行协同构建。

（4）知识点的征集要面向不同类型的学校与专业，使知识点具有选择性。知识体系要分类设计，有充分的代表性。知识点的最终达成要体现在能力点上。

2. 方法

一是结合我国专业认证和人才培养目标，紧密结合国际工程教育发展趋势，深入调研和研讨机械类、近机类各专业人才培养目标对本课程的知识需求，汇集凝练出人才培养所需的各部分教学基本要求。在教学基本要求基础上构筑课程知识体系;在课程知识体系基础上，构筑能力体系;在知识体系和能力体系基础上，汇集知识点和能力点。

二是结合非机类专业对材料与制造技术的跨学科知识需求（或复合型人才培养需求），汇集各种相应的理论与实践知识。

三是按照各种知识点、能力点的合理逻辑关系，构筑面向专业人才（或复合型人才）培养的课程知识体系（含理论与实践教学），在此基础上制定或修订原有教学基本要求。

三、课程知识体系和能力要求的构建

“工程材料与机械制造基础”课程经过近三十年的不断建设和发展，虽然已构建了较完整的理论、实践、知识、能力、素质教学体系，但随着科学技术的进步，以及专业人才培养要求的不断变化，课程知识体系、教学性质、教学任务、教学目标、能力培养仍然需要进一步调整。课程知识体系应真正从围绕金属材料及其制造向围绕工程材料及其制造过渡，调整后的“工程材料与机械制造基础”课程知识体系应基于产品整体的制造过程（而不是单个机械零件的制造过程），教学内容不仅要体现知识的传授，更要强调能力的培养;实践能力的训练应进一步向综合能力的训练与创新能力的训练转变;为了培养复合型人才，应为不同专业提供“了解所在工程领域的工程实践知识以及材料、部件和软件的属性、状态、制造与使用等基础知识”;为了培养合格的工程师，应让学生了解、实践必要的生产工艺、设备与制造系统。为缓解教学内容不断增加、学时不断减少的矛盾，应进一步加强对核心知识的凝练与梳理，使汇集的知识点具有可选择性。有鉴于此，课题组拟将课程知识体系作了以下调整。

1. 课程知识体系

课程知识体系按专业认证的知识需求和产品制造流程中的核心内容，基于以下逻辑关系加以构建：材料与制造简论—材料基础与选材—材料成形—机械制造工艺—材料改性—机械制造实习（含零件的组装调试）—产品。每一部分不仅涉及基本要求和知识点，同时还赋予了能力点的要求。

“材料与制造简论”部分主要介绍材料与制造的历史、现状与发展，介绍本课程涉及的主要内容和制造工艺过程，目的是使学生在开始课程学习以前从整体上了解材料与制造技术前沿，了解本课程在工科人才培养中的重要作用和定位，以及本课程所涉及主要教学内容，提升学生的学习兴趣。“材料基础与选材”部分主要给学生提供材料性能和材料学的基础知识，为产品选材、零件改性、材料成形和产品制造提供材料基础知识。“材料成形”部分主要为学生提供各种形状产品或毛坯的外形制造技术，使学生了解产品制造首先是对外形的制造，材料成形是产品制造过程中不可或缺的制造技术，理解各种成形工艺在产品制造中具有多样性、可替换性和选择性，材料成形的技术基础与材料和选材部分密切相关。“机械制造工艺”部分主要介绍毛坯的切削加工与精加工技术，以及特种加工与先进制造技术，该部分与材料成形和毛坯生产部分紧密衔接，是产品获得所需几何尺寸和精度的重要生产方法，机械制造工艺在产品制造中同样具有多样性、可替换性和选择性。“材料改性”部分涉及零件整体性能或表面性质的改善，与毛坯和零件在不改变形状和尺寸精度情况下改善性能的方法紧密相关，材料与选材部分是材料改性的知识基础（为教学方便，该部分也可以放在材料与材料成形部分之间实施教学）。“机械制造实习”部分涉及零件的组装调试，其前期知识基础和实习内容来自材料成形、材料改性、机械制造工艺，在机械制造实习中不仅要对前面所涉及工艺技术进行实操，而且要对分散的零件进行组装，并对组装后的产品进行调试，直至产品出厂。该过程将涉及学生的实践、创新、工程安全、工程意识、工程能力的综合性训练，也是融会整门课程的重要环节。

此外，课程中将同时涉及各种制造技术的工艺性问题、结构工艺性问题、工艺规程制定、工艺选择、经济性分析和环境保护、实际操作能力等重要的共性问题，从整体上体现和构成对能力点的把握。

2.课程能力要求

课程能力体系在课程知识体系基础上构建。其中，“材料与制造简论”部分要求学生能掌握、材料与制造有关的基本概念，了解材料与制造的现状与发展趋势，能把握产品制造整体工艺流程，能理解本课程知识体系及逻辑关系，清楚本课程在人才培养中的作用和特点。“材料基础与选材”部分要求学生能理解材料力学性能的物理意义及其用途，判断在何种条件下材料会破坏与失效，能结合材料学基础知识，分析理解工程材料的组织、结构、性能、工艺四者之间的内在关系，会运用这些关系解释材料性能和加工中的问题，能读懂材料的牌号及含义，能了解各种材料的主要用途，熟悉材料选材原则，会为产品或零件选材。“材料成形”部分要求学生能用材料成形基础知识分析不同材料或成形件的工艺性好坏;在了解各种工艺特点的基础上，能为成形件或产品选择合理的成形工艺;在熟悉各成形工艺特点的基础上，会判别工件结构设计的合理性，改进构件不合理之处;具有制定简单成形工艺规程的能力，以及利用所学知识解释成形件缺陷产生的主要原因及质量问题的能力。“机械制造工艺”部分要求学生会运用机械加工基础知识分析典型零件表面加工工艺性能好坏，制订简单件工艺方案;能制定或选择典型零件合理的机械加工工艺，读懂工艺图纸;会判别机械零件结构设计的合理性，改进构件设计的不合理之处;能初步分析判断机械产品制造工艺的经济合理性和环境污染问题。“材料改性”部分主要要求学生能理解材料改性的目的、方法、价值和意义;熟悉热处理工艺的目的和基本工艺;能读懂基本的热处理工艺，能为简单零件制定热处理工艺;了解表面工程技术用途，能区分不同表面工程技术;能结合产品性能及成本，为产品或零件提供合理的改性建议。“机械制造实习”部分要求学生较熟练操作规定的设备或基本工艺技术;能读懂工艺图纸和工艺规程;能辨别产品制造过程中的常见缺陷;在综合工艺训练基础上，具有一定的创新能力;具有安装调试产品的初步能力;具有必要的安全意识、团队精神和工程意识。

参考文献：

[1] 教育部 中国工程院关于印发《卓越工程师教育培养计划通用标准》的通知[Z]. 教高函[2013]15号，2013-11-28.

[2] 张文雪，王孙禺，李蔚. 高等工程教育专业认证标准的研究与建议[J]. 高等工程教育研究，2006（5）.

[本文是在教育部机械基础课程教学指导委员会“工程材料与机械制造基础”课指组调研报告的基础上写成的。参加课题组的专家有孙康宁、张景德、李爱菊（山东大学），傅水根（清华大学）、朱华炳（合肥工业大学）、邢忠文（哈尔滨工业大学）、张远明（东南大学）、罗阳（四川大学）]

4.材料工程基础教学大纲 篇四

制定依据：本大纲根据2014版本科人才培养方案制定 课程编号：I0220024 学时数：64 学分数：4 适用专业：无机非金属材料工程

先修课程：大学物理、高等数学、工程力学 考核方式：考试

一、课程的性质和任务

材料工程基础课程是无机非金属材料工程专业的一门重要的学科基础课。围绕材料生产过程主要涉及到的工程理论，本课程主要介绍与之相关的基本理论和基础研究方法。通过本课程的学习，要使学生获得工程流体力学、传热与传质基础等方面的基本概念、基本理论和基本运算技能；掌握材料生产过程中相关的工程理论基本知识，具备一定的工程研究能力。

在传授知识的同时，要通过各个教学环节逐步培养学生具有思维能力、自学能力、独立分析问题和解决问题的能力，还要特别注意培养学生工程研究能力和综合运用所学知识去分析和解决问题的能力。

本门课程要求学生重点掌握如下知识：

1.正确理解下列基本概念和它们之间的内在联系：

粘滞性，静压强，连续性方程的物理意义，能量方程的物理意义，流动的状态，流动阻力，传导传热，对流传热，辐射传热，导温系数，热阻，角系数，热流量，质量传递，量纲，相似准数，过剩空气系数，燃烧值，湿空气的各状态参数。

2.正确理解下列基本定理和公式并能正确运用：

质量守恒定理，能量守恒定律，牛顿冷却定律，辐射换热的基本定理，相似三定理，量纲和谐原理。

3.牢固掌握下列公式：

牛顿粘性定律，流体静力学基本方程，连续性方程，Bernoulli方程，傅立叶（Fourier）定律，牛顿冷却定律，物体间的辐射传热，燃料组成的换算，空气量的计算，烟气量计算。

4.熟练运用下列法则和方法：

湿空气状态变化过程的特点、干燥过程的描述，量纲分析法、方程分析法，物料平衡法则，热量平衡法则。

5.会运用流体流动的基本规律、热量传递基本规律和工程研究基本方法解一些简单的工程问题。

二、教学内容与要求

理论教学（学时：64）流体力学基础（8学时）

（一）教学内容 1.1 流体力学概述 1.1.1 流体的概念 1.1.2 流体力学的研究内容 1.1.3 流体力学研究的意义 1.1.4 流体力学的研究方法 1.1.5 单位与量纲 1.2 流体的性质

1.2.1 流体的基本物理性质

1.2.2 流体的连续性——连续介质模型 1.2.3 流体的可压缩性与热膨胀性 1.2.4 流体的传递性质

1.2.5 流体的状态参数与状态方程 1.2.6 作用在流体上的力 1.3 流体运动的微分方程

1.3.1 质量守恒定律——连续性方程

1.3.2 动量定理——运动方程(纳维一斯托克斯方程)1.3.3 能量守恒定律——能量方程 1.3.4 定解条件

1.3.5 相似理论和量纲分析 1.3.6 三种传递过程的类比分析 1.4 流体静力学

1.4.1 重力场中静止流体中的压强分布 1.4.2 非惯性系中均质流体的相对平衡 1.5 理想流体流动 1.5.1 欧拉方程 1.5.2 流体的旋度 1.5.3 流函数

1.5.4 不可压缩理想流体圆柱绕流 1.6 不可压缩粘性流体的流动 1.6.1 层流与湍流 1.6.2 边界层理论简介

1.6.3 不可压缩粘性流体的层流运动 1.6.4 湍流运动的雷诺方程组 1.6.5 混合长理论 1.6.6 光滑管中的湍流流动 1.6.7 粗糙管中的湍流流动 1.7 流体流动的伯努利方程式 1.7.1 流体沿流线流动的伯努利方程式 1.7.2 流体沿管道流动的伯努利方程式 1.7.3 流体流动的阻力 1.7.4 伯努利方程式的应用 1.8 气体动力学基础

1.8.1 可压缩气流的一些基本概念 1.8.2 理想气体一元恒定流动的基本方程 1.8.3 气体在管道中的运动 1.9 离心式风机

1.9.1 离心式风机的基本结构和工作原理 1.9.2 离心式风机的性能参数与性能曲线 1.9.3 离心式风机性能参数的换算 1.9.4 离心式风机的工作点及流量调节 1.9.5 离心式风机的并联和串联操作 1.9.6 离心式风机的选择

（二）教学要求

（1）了解流体的基本物理属性和流体的输送设备。

（2）掌握流体静力学、流体动力学、流体流动及流动阻力的基本概念、特性和工程应用。

两相运动现象（4学时）

（一）教学内容 2.1 绪论

2.2 两相与多相流的专用术语和基本特性参数 2.3 粒子一流体的相互作用 2.3.1 单粒子在流体中的受力分析 2.3.2 单粒子的运动方程 2.3.3 粒子云与流体的相互作用 2.4 连续相方程

2.4.1 流场的统计平均方法 2.4.2 边界粒子的影响 2.4.3 准一维两相流的守恒方程 2.5 流体一固体两相流的数值模拟

2.5.1 不可压缩流体流动过程数值求解的困难及解决的办法 2.5.2 原始变量法求解管道内准一维流动问题举例 2.5.3 湍流流动数值模拟的主要方法 2.5.4 数值模拟的基本程序

（二）教学要求

（1）了解两相与多相流的专用术语和基本特性参数。

（2）了解粒子-流体的相互作用、连续相方程、流体-固体两相流的数值模拟。

传热学基础（12学时）

（一）教学内容 3.1 概述

3.1.1 传热及其应用

3.1.2 热量传递的基本方式与热流速率方程 3.1.3 传热热阻 3.2 传导传热 3.2.1 导热的基本概念 3.2.2 导热微分方程与定解条件 3.2.3 稳定态导热的分析与计算 3.2.4 非稳定态导热 3.3 对流换热 3.3.1 对流换热概述

3.3.2 对流换热过程的数学描述 3.3.3 强制流动时的对流换热 3.3.4 自然对流时的对流换热 3.3.5 流体有相变时的对流换热 3.4 辐射换热

3.4.1 热辐射的基本概念 3.4.2 黑体辐射定律 3.4.3 实际物体和灰体的辐射 3.4.4 角系数

3.4.5 两个灰体之间的辐射换热

3.4.6 多个灰体表面组成封闭系统时的辐射传热 3.4.7 辐射换热的强化与削弱 3.4.8 气体辐射 3.5 传热过程与换热器 3.5.1 传热过程与复合传热 3.5.2 换热器

（二）教学要求

（1）了解传导传热、对流传热、辐射传热、综合传热等基本概念。

（2）掌握温度梯度、热流量的概念，平壁导热、园筒壁导热的计算，影响对流换热的主要因素及对流换热过程的描述，发射率、角系数的概念，物体之间的辐射传热，强化和削弱传热过程的方法。

质量传递基础（16学时）

（一）教学内容 4.1 传质基本概念 4.1.1 浓度 4.1.2 分数表示法 4.1.3 速度 4.2 分子扩散传质 4.2.1 斐克(Fick)定律 4.2.2 分子扩散系数 4.2.3 流体中的分子扩散 4.2.4 固体中的分子扩散 4.2.5 非稳态扩散 4.3 对流传质

4.3.1 浓度边界层与对流传质系数 4.3.2 对流传质准数方程 4.4 传质与化学反应

4.4.1 非均匀化学反应与扩散传质 4.4.2 均匀化学反应与扩散传质 4.4.3 球形颗粒的缩核反应与传质

（二）教学要求

（1）了解传质基本概念、分子扩散传质、传质与化学反应。

（2）掌握对流传质中的浓度边界层与对流传质系数、对流传质准数方程。

物料干燥（12学时）

（一）教学内容 5.1 概述

5.1.1 固体物料的去湿方法 5.1.2 物料的干燥方法 5.2 干燥静力学 5.2.1 湿空气的性质 5.2.2 湿空气状态的变化过程 5.2.3 水分在气一固两相间的平衡 5.3 干燥速率和干燥过程 5.3.1 恒定干燥条件下的干燥速率 5.3.2 影响干燥速率的因素 5.3.3 间歇干燥过程的干燥时间计算 5.3.4 连续干燥过程 5.4 干燥技术 5.4.1 对流干燥 5.4.2 传导干燥 5.4.3 辐射干燥 5.4.4 场干燥技术

（二）教学要求

（1）了解固体物料的去湿方法、物料的干燥方法、湿空气状态的变化过程、水分在气-固两相间的平衡。

（2）掌握对流干燥、传导干燥、辐射干燥、场干燥技术。

（3）理解恒定干燥条件下的干燥速率、影响干燥速率的因素、间歇干燥过程的干燥时间计算、连续干燥过程。

燃料及其燃烧（12学时）

（一）教学内容 6 燃料及其燃烧 6.1 燃料的种类及其组成 6.1.1 燃料的种类

6.1.2 固体燃料和燃料油的组成 6.1.3 气体燃料 6.2 燃料的性质 6.2.1 燃料的发热量 6.2.2 煤的特性 6.2.3 燃料油特性 6.2.4 气体燃料特性 6.3 燃烧计算

6.3.1 燃料燃烧所需空气量的计算 6.3.2 烟气量及烟气组成计算

6.3.3 生产中烟气量、空气量及过剩空气系数的计算 6.3.4 燃烧温度计算

6.3.5 影响理论燃烧温度的各因素 6.4 燃料的燃烧理论及过程 6.4.1 燃烧理论

6.4.2 不同燃料的燃烧过程 6.5 洁净燃烧技术 6.5.1 燃烧污染与防治 6.5.2 材料生产中的燃烧新技术

（二）教学要求

（1）了解不同种类燃料的性质及其组成、洁净燃烧技术。

（2）理解燃烧理论及工程，掌握燃烧计算：包括燃料燃烧所需空气量的计算、烟气量及烟气组成计算、生产中烟气量、空气量及过剩空气系数的计算、燃烧温度计算及影响理论燃烧温度的各因素。

三、考核要求

材料工程基础课程的考核以平时考核和期末考试相结合，平时考核包括出勤、作业和课堂表现等确定学生平时成绩，平时考试成绩占30%，卷面成绩占70%。

四、参考教材及其它参考资料

1、参考教材：

《材料工程基础》，徐德龙，谢峻林主编，武汉理工大学出版社，2008年第1版

2、其它参考资料：

[1]《硅酸盐工业热工基础》，孙晋涛主编，武汉理工大学出版社，2006年第1版 [2]《工程流体力学》，莫乃榕主编，华中科技大学出版社，2011年第2版 [3]《工程材料》，朱张校主编，清华大学出版社，2011年第5版

[4]《材料工程基础》，谢希文，过梅丽主编，北京航空航天大学出版社，2011年第1版

执笔人：侯伟 教研室主任签字： 院长（部主任）签字：

5.材料成型控制工程基础考试重点 篇五

三、鲁棒性：在存

在扰动和未建模动态条件下，也就是系统的实际动态与应用数学模型之间误差较大时，系统仍能保持稳定性，基本维持原有设计中力。它的研究可以控制性能的能从“稳定鲁棒性”和“性能鲁棒性”两方面来区分。

四、极点配置：使 闭环控制系统具有预先设定的特征值是控制系统设计方法之一，称为极点配置。

五、比例度

Q：使调节器的输出变化达到全量程时输入偏差改变了满量程的百分比。带宽，Q大则比例窄。Q小则比例带

六、衰减率：衡量振荡过程衰减程度的另一种指标是衰减率，它是指每经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分Y2/Y1数，即￥=Y1—Y2>Y1,。￥调节过程是<0则，发散振荡的；Y2=Y1,等幅振调节过程是=0，荡的；1>￥节过程是衰减振荡>0,则Y2

七、超调量

Q%：最大动态偏差调量稳态变化幅值Y1占被Y（无穷大）的百分数。它反映系统的平稳性，超调量越大说明系统过度过程越平稳。一般调速系统10~35%之间。对轧Q%可允许在钢而言，初轧机要求轧机小于Q%小于2~5%10%，连，卷取机的张力控制不允许有超调量。

八、古典控制理论 的控制策略包括：PID制，解耦控制；现控制，smith控代控制理论的策略主要包括：自适应控制，变结构控制；智能控制理论的策略主要包括：模糊控制，专家控制，神经网络控制。

九、古典控制理论 研究对象是单输入单输出定常反馈系统，数学基础是拉氏变换，数学模型是传递函数设计分析方法基于频率法和图解法；现代控制理论适用于多输入多输出，时变参数，分布参数，随机参数非线性等复杂控制系统的分析设计，数学基础是矩阵理论，数学模型是状态空间法。

十、空燃比：u=A（t）(（燃烧中实际空气入炉空气量)/A(r)用量）

十一、集散式控制系点：集散式控制系统的概念和优统是以多个微处理机为基础利用现代网络技术，现代控制技术，图形显示技术和冗余技术等实现对分散控制对象的调节监视管理的控制技术。

十二、最小二乘法：

如果以不同精度多次观测一个或多个未知量为了求各未知量的最可靠值，各观测量必须加修正值，使其各修正数的平方和与观测数小。之

和相比为最

十三、拉氏变换的基本性质及利用线性定理这一 作用：性质，就可在求由多项组成的微分方程的拉氏变换时，用逐项求拉氏变换后再求和的形式来解决；利用微分定理这一性质，在时域内对原函数每进行一次微分，就相当于在复域内将象函数用即将时域内的微分s乘一次，运算简化为复域内乘以用积分定理就可以s的运算；利用就是说，对原函数1/s代替？，这每进行一次积分，就相当于它的象函数用这样把时域中的积s来除一次，分运算化为复域内除于

十四、所谓环节，s的运算。就是指其输入输出之间可以组成独立的运动方程式的那一部分。它可以是一个元件，也可以是一个元件的一部分或者由几个元件组成。我们称具有典型数学模型的环节为典型环节。放大环节又称比例环节，其传递函数为G（/Xrs）=K，即X0（s）为：输出量与输入（s）=K,其特点量成比例，环节的输出量能以一定比例，不失真、不延迟地复现输入量的变化规律。积分环节：G（s）=1/s,微分：

十五、G（s）=s。点：原理简单，使PID控制的优用方便；鲁棒性强，其控制适应性强；品质对被控对象的变化不太敏感，非常适用于环境恶劣的工业生产现场；PID整的参数整定与设算法有一套完计方法，易于被工程技术人员掌握；许多工业回路中对控制快速性和控制精高，而更重视系统度要求不是很的可靠性时，使用PID高的性价比；长期控制能获得较应用过程中，对PID算法缺陷可以进行改良。

十六、状态空间法 的实质就是将系统的高阶运动方程写成一种一阶微分方程组的形式，然后再把一阶微分方程组写成矩阵方程，这样就简化了数学符号，方便运算。

十七、系统辨识就 是通过试验或者运行过程中的观测数据来估计出系统的数学模型。黑箱：系统的结构和参数均为未知；灰箱：系统的结构已知而参数未知

十八、频率响应法

是向系统输入振幅固定、频率变化的正弦信号，在输出端测量输出信号，输出端信号应为振幅逐渐衰减、频率相同且与输入信号有一个相位差的正弦信号。

最小二乘法：未知量的最可能值是这样一个值，它使各次实际观测值和计算值之间的差值的平方乘以度量其精 确度的数值以后的和为最小。优点：它比其他方法容易理解，并且不需要严谨的统计知识。它既可用于动态系统，又可以用于静态系统。既可以用于线性系统，又可 以统。既可以用于离用于非线性系线估计，又可以用于在线估计，是具有最佳统计特性的方法。

最优控制系统的性能指标：积分（过程）型性能指标（拉格（结果）型性能朗日型）；末值指标（梅耶尔型）；综合性能指标（鲍尔扎型）最小值原理：即当。

控制作用的大小限制时，由最优控制规在一定范围内律所确定的最优轨线在整个作用范围内必取最小值。（公式）系统设计通常包括

如下三个方面：确定构；确定控制器的控制系统的结类型；确定控制器的参数。串级控制系统：是

生产过程中应用广泛统，它是由主控回的一类控制系路和副控回路构成，在运行中通过主控回路与副控回路的协调工作来提高控制性能。减小副控回路的等特点：效时间常数；对二次干扰具有很强的克服能力；改善对象的动态特性，提高率；对负荷和操作系统的工作频条件的变化具有一定的自适应能力。前馈控制系统的特 点：它是对扰动绝对不灵敏的系统；前馈控制使用的是视对象特性而定的“专用”控制器；前馈控制属于“开环控制系统”；一种前馈控制作用只能克服一种干扰。前馈控制根据控制规律和控制结构，可以分为多种类型，比较典型的有静态前馈控制，动态前馈控制，馈控制，前馈—串前馈---反级控制等。集（DCS散型），就是集散控制

系统型计算机控制系统的简称，也称分布式计算机控制系统，是在吸收了模拟仪表控制系统和计算机控制系统优点的基础上发展起来的分布式控制系统。它在实现控制功能分散的同时，也实现了危险性的分散，并将参数显示和操作部分进行集中。它不仅有很高的可靠性、直接数字控制、顺序控制、批量控制前馈控制等功能，而且还具有预测控制、最优控制等先进控制功能。它是以计算机、控制、通信和屏幕显示相结合为特征的系统，通常也将集散控制称为分级递阶结构；采4C控制。特点：用微机智能技术；采用局部网络通信技术；丰富的功能软件包；采用高可靠性技术。分级递阶结构通常分为4级，每一级由若干子系统组成，形成金字塔结构。同一级的各决策子系统可同时对下级施加作用，同时又受上级的干预，子系统可通过上级互相交换信息。第一级为过程控制级，第二级为控制管理级，第三级为生产管理级，第四级为经营管理级。最佳燃烧带：热损

失和污染最小、热效率最高的低过剩空气燃烧区称为”最佳燃烧带”炉温：是指炉气、.炉壁和被加热钢坯三者温度的均衡温度。炉温分布模型是指沿加热炉炉长方向的炉温水平及其变化规律，连续加热炉的炉温呈连续分布规律，其温度可采用热电偶在线检测获得。串级控制方法虽然比较简单实用、负荷跟踪速度较快，但在动态特性变化频繁的过程中不能保持空气、燃料较好的跟随关系，难以实现空燃比。双交叉限幅燃烧控制方式，即根据给定的空燃比，使系统在调节动态过程中，空气的变化受限于燃料的变化、燃料的变化受限于空气的变化，始终保持空气、燃料之间的相互跟随关系控比，保证在炉温调制最佳空燃配节过程中燃料和空气烧，这样既可节约都达到充分燃能源，提高钢坯加热质量，又可防止环境污染。空气过剩率：在加

热炉炉温控制系统中，空气过剩率是描述燃料流量与u空气流量比例之间是否合适的重要参数。U值定义为：入炉空气量中实际空气用量At与燃烧的比值，记作Ar：u=At/Ar控制炉膛压力的两。

种方式：通常希望炉压保持在微正压为好。对于带有余热锅炉的加热炉，可通过调节引风机的抽力实现炉膛压力的控制；对于没有余热锅炉的加热炉，则可通过调节烟道翻板的开度实现制。炉膛压拉氏变换的性质及

力的控其作用：利用线性定理这一性质，就可在求由多项式组成的微分方程的拉氏变换时，用逐项求拉氏变换后再求和的形式来解决；利用微分定理这一性质，就是说，在时域内对原函数每进行一次微分，就相当于在复域内将象函数用即将时域内的微分s乘一次，运算简化为复域内乘以用积分定理这一性s的运算；利质，这就是说，对原函数每进行一次积分，就相当于它的象函数用s来除一次，这样就把时域中的积分运算化为复域内除以s的运算。比例调节的传G(s)=U(s)/E(s)=Kp递函数：积分调节：=UG；微分调节：（s）/E（s）=1/T1s（s）G（s）；=U比（s）/E（s）=TDs；G(s)=U(s)/E(s)=Kp例积分：（G(s)=U(s)/E(s)=Kp1+1/T1s）；比例微（1+TDs）；PID：G(s)=U(s)/E(s)=Kp（比例度1+T Ds+1/T1sQ对被调参）.数的影响（很大（p51）味着调节阀的动作Kp减小）意：Q幅度很小，因此被调量的变化比较平稳，甚至可以没有超调，调节时间也很长；但残差很大，当Q再进一步增大时，系统出现不振荡的过度过程。减小Q（Kp增大）就加大了调节阀的动作幅度，引起被调量来回波动但系统仍可能是稳定的，残具有一个临界值，差相应减小。Q此时系统处于稳定边界的情况，进一步减小Q，系统就不稳定了，我们把这个临界值称为“临界比例度Qk”；若用比“临界比例带例带表示则当Q

了状态空间法，因此所研究的系统可以是单输入单输出，也可以是多输入多输出；可以是线性，也可以是非线性；可以是定常的，也可以是时变的；可以是集中参数的，也可以是分布参数的；可以是连续型的，也可以是离散型的；它的研括：以最小二乘法究内容主要包为识；以极大值原理基础的系统辨和动态规划为主要方法的最优控制；以卡尔曼滤波理论为核心的最佳估计。状态方程描述了输

入主要引起的内部状态变化的情况，如果系统能够在输入作用下从一种状态达到另一种状态系统就是可控的，否则就是不可控的；输出方程描述了状态变化引起输出变化的情况，如果系统的状态可以根据输出的观测值确定出来，系统就是可观测的，否则就是不可观测的。p90解释：对于两个 系统，假如它们传递函数相同，但由于出现零极点对消现象的位置不同，那么两个系统的可控性与可观测性也具有完全不同的特点。如果在传递函数中出现了零极点对消现象，系统或是不可控，或是不可观测的，也可能既不可控又不可测三种情况；若传递函数中没有出现零极点对消现象，则系统既是可控的又是可观测的。实际上对于状态反馈控制系统，可控性不变；可观测性可能会产生变化。对于输出反馈控制系统可控性与可观测性均不变。最优控制系统是这

样一种系统，它在完成要求的控制任务时能使某项性能指标为最优值：在整个控制工程中使误差达到极小的系统；时间最优控制系统；最优末值控制系统；能量最优控制系统；最大可靠性系统；最小投资系统。前馈控制：又称干

扰补偿控制，它与反馈控制不同，它是依据引起被控参数变化的干扰大小进行调节的。在这种控制系统中，当干扰刚刚出现而又能测出时，前馈调节器（亦称前馈补偿器）便发出调节

6.工程材料与机械制造基础答案 篇六

金属材料的力学性能

1、在测定强度上σs和σ0.2有什么不同？

答：σs用于测定有明显屈服现象的材料，σ0.2用于测定无明显屈服现象的材料。

2、什么是应力？什么是应变？它们的符号和单位各是什么？

答：试样单位截面上的拉力称为应力，用符号σ表示，单位是MPa。

试样单位长度上的伸长量称为应变，用符号ε表示，应变没有单位。

3、画出低碳钢拉伸曲线图，并指出缩颈现象发生在拉伸图上哪一点？断裂发生在哪一点？若没有出现缩颈现象，是否表示试样没有发生塑性变形？ 答：

b点发生缩颈现象，k点发生断裂。

若没有出现缩颈现象，试样并不是没有发生塑

形性变，而是没有产生明显的塑性变形。

4、将钟表发条拉直是弹性变形还是塑性变形？怎样判断它的变形性质？

答：将钟表发条拉直是弹性变形，因为当时钟停止时，钟表发条恢复了原状，故属弹性变形。

5、在机械设计时采用哪两种强度指标？为什么？ 答：（1）屈服强度。因为大多数机械零件产生塑性变形时即告失效。

（2）抗拉强度。因为它的数据易准确测定，也容易在手册中查到，用于一般对塑性变形要求不严格的零件。

6、设计刚度好的零件，应根据何种指标选择材料？采用何种材料为宜？材料的E值愈大，其塑性愈差，这种说法是否正确？为什么？

答：应根据弹性模量选择材料。要求刚度好的零件，应选用弹性模量大的金属材料。

金属材料弹性模量的大小，主要取决于原子间结合力（键力）的强弱，与其内部组织关系不大，而材料的塑性是指其承受永久变形而不被破坏的能力，与其内部组织有密切关系。两者无直接关系。故题中说法不对。

7、常用的硬度测定方法有几种？其应用范围如何？这些方法测出的硬度值能否进行比较？ 答：工业上常用的硬度测定方法有：布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏硬度法。

其应用范围：布氏硬度法应用于硬度值HB小于450的毛坯材料。

洛氏硬度法应用于一般淬火件、调质件。维氏硬度法应用于薄板、淬硬表层。

采用不同方法测定出的硬度值不能直接比较，但可以通过经验公式换算成同一硬度后，再进行比较。

8、布氏硬度法和洛氏硬度法各有什么优缺点？各适用于何种场合。下列情况应采用哪种硬度法测定其硬度？ 答：布氏硬度法：（1）优点：压痕面积大，硬度值比较稳定，故测试数据重复性好，准确度较洛氏硬度法高。

（2）缺点：测试费时，且压痕较大，不适于成品、小件检验。

（3）应用：硬度值HB小于450的毛坯材料。

洛氏硬度法：（1）优点：设备简单，测试简单、迅速，并不损坏被测零件。

（2）缺点：测得的硬度值重复性较差，对组织偏析材料尤为明显。（3）应用：一般淬火件，调质件。

库存钢材—布氏硬度 ；

锻件—布氏硬度 ；

锉刀—布氏硬度

台虎钳钳口—洛氏硬度 ； 硬质合金刀头—洛氏硬度

黄铜轴套 ——布氏硬度

供应状态的各种碳钢钢材——布氏硬度

硬质合金刀片——洛氏硬度

9、疲劳破坏是怎样形成的？提高零件疲劳寿命的方法有哪些？为什么表面粗糙和零件尺寸

增大能使材料的疲劳强度值减小？为什么疲劳断裂对机械零件潜在着很大的危险性？交变应力和重复应力区别何在？

答：由于材料表面或内部有缺陷，这些缺陷处的局部应力大于屈服强度，从而产生局部塑性变形而断裂。这些微裂纹随应力循环次数的增加而逐渐扩展，使承载的有效面积减少，以致不能承受所加载荷而突然断裂。

提高疲劳寿命的方法，就是消除或减少疲劳源及延缓疲劳裂纹的扩展。一般在结构上避免应力集中；制定合理的工艺；使材料得到韧性组织，减少内部缺陷；降低表面粗糙度，避免表面不划伤、腐蚀；强化表面，在材料表面形成压应力。

表面粗糙易形成疲劳源。零件尺寸增大，其内部组织不易均匀，也易存在夹杂物等各种缺陷，这些易形成疲劳源，并加快疲劳裂纹的扩展。

因为材料在受到远低于屈服应力的外力作用下，在没有明显塑性变形的条件下，产生的突然断裂，属低应力脆断。

12、试画出疲劳曲线，并说明疲劳曲线所表示的含义。答：

疲劳曲线表明，金属材料承受的交变应力越大，则材料断裂时应力循环次数越少。反之，应力循环次数越大。

13、拉伸试样的原标距为50mm，直径为10mm，拉伸试验后，将已断裂的试样对接起来测量，若断后的标距为79mm，缩颈区的最小直径为4.9mm，求该材料的伸长率和断面收缩率的值。

7950100％58％ 50522.45276％

52 答：

＝第二章 材料凝固与结晶

1、求出体心和面心立方晶格的致密度。

面心立方晶格的致密度3原子数单个原子的体积单个晶胞的体积2443.14a430.74a3

2、什么是过冷度？它对结晶过程和晶粒度的影响规律如何？ 答：过冷度就是理论结晶温度和实际结晶温度相差的度数。

在一般冷却条件下，过冷度愈大，结晶过程进行的愈快。过冷度增加，形核率和长大速度同时增加，但形核率增加的更快，所以随着过冷度的增加，晶粒细化。

3、什么是同素异晶转变？试画出纯铁的冷却曲线，并指出室温和1100℃时的纯铁晶格有什么不同？分析曲线中出现“平台”的原因。

答：随温度的改变，固态金属晶格也随之改变的现象，称为同素异晶转变。

纯铁的冷却曲线：

室温纯铁晶格：体心立方体晶格 1100℃纯铁晶格：面心立方晶格

1538℃铁发生了结晶，1394℃和912℃铁发生了重结晶，结晶放出的热量与冷却散失的热量相等，使冷却曲线上出现了水平线。

4、简述实际金属晶体和理想晶体在结构和性能上的主要差异。答：结构上：实际金属晶体为多晶体，理想晶体为单晶体。

性能上：实际金属晶体表现为各向同性，理想晶体表现为各向异性。

5、常见的金属晶体结构有哪些？它们的原子排列和晶格常数各有什么特点？α-Fe、γ-Fe Al、Cu、Ni、Cr、V、Zn 各属于何种晶体结构？

答：常用的晶体结构有：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。

体心立方晶格:立方体中心和立方体结点各占有一个原子，a=b=c，α＝β＝γ＝90°

面心立方晶格:立方体六个表面中心和立方体结点各占有一个原子。a=b=c，α＝β＝γ＝90° 密排六方晶格:六方晶格的上、下底面中心和六方柱体的结点各占有一个原子,六方柱体中心有三个原子构成等边三角形。晶格常数a=b≠c，α＝β＝120°，γ＝90°。

α-Fe、Cr、V 属于体心立方晶体；γ-Fe、Al、Cu、Ni属于面心立方晶格；Mg、Zn属于密排六方晶格。

6、液态金属结晶时，细化晶粒的方法有哪些？晶粒大小对材料的力学性能有何影响？ 答：液态金属结晶时，细化晶粒的方法有：（1）加快冷却速度，增加过冷度；

（2）变质处理；（3）附加振动。

晶粒愈细小，材料的强度、硬度、塑性、韧性愈高；反之愈低。

7、实际金属晶体中存在哪些缺陷？对性能有什么影响？ 答：实际金属晶体中有点、线、面三类缺陷。

晶体缺陷使晶体的连续性受到破坏，所以实际晶体的强度仅是理想晶体计算强度的万分之几。但在实际晶体中存在缺陷是不可避免的，而且缺陷使晶格畸变，使材料强度提高，塑性有所下降，同时还使材料的电阻增加、耐蚀性降低。

8、形核有几种？何为变质处理？

答：形核有自发形核和非自发形核两种。

变质处理又称非自发形核，即在液态金属中加一定量的难熔金属或合金，以增加形核率，达到细化晶粒的目的。加入的物质称变质剂。

9、金属同素异构转变与液态金属结晶有何异同之处？

答：相同点：发生了结晶，产生了相变，晶格结构发生了改变。

不同点：液态金属结晶由液态转变成固态，金属同素异构转变由固态转变成固态。

10、判断下列情况下是否有相变：

（1）液态金属结晶

（2）晶粒粗细的变化

（3）同素异构转变

答：液态金属结晶、同素异构转变产生了相变；晶粒粗细的变化没有相变的产生。

第三章

铁碳合金

1、间隙固溶体和间隙相在晶体结构和性能上的差别是什么？

答：间隙固溶体的晶格与溶剂的晶格相同，溶质原子的含量可在一定范围内变化；间隙相晶格类型简单，与任一组元的晶格均不相同，组元的成分比例确定。

间隙固溶体是固溶体，具有综合力学性能；间隙相是金属间化合物，具有极高的硬度、熔点和脆性。

2、什么是共析转变和共晶转变？试以铁碳合金为例，说明这两种转变过程及其显微组织的特征。答：合金的共析转变是一定成分的固相，在一定温度下，同时析出两种或两种以上一定成分的新固相的转变。

对于铁碳合金，共析转变是碳含量为0.77％的奥氏体在727℃同时析出一定成分的铁素体和渗碳体的转变。

反应式为：

℃As727FpFe3C

显微组织的特征：由于铁素体和渗碳体在恒温下同时析出，两相互相制约生长，因此，形成铁素体和渗碳体层片交替排列的细密的机械混合物——珠光体。

合金的共晶转变是一定成分的液相在一定温度下同时析出两种或两种以上一定成分的不同固相的转变。

对于铁碳合金，共晶转变是碳含量为4.3％的液相在1148℃同时析出碳含量为2.11％的奥氏体和渗碳体的转变。

AEFe3C 反应式为：

LC1148℃

显微组织的特征：由于奥氏体和渗碳体在恒温下同时形成，因此，形成在渗碳体基体上弥散分布奥氏体的鱼骨状机械混合物——莱氏体。

3、合金中相组分与组织组分区别何在？指出亚共析钢与亚共晶白口铸铁中的相组分与组织组分。指出碳钢与白口铸铁在常温固态下相组分的异同之处。

答：合金中的相组分是指成分相同、结构相同，并与其他部分以界面分开的均匀组成部分；合金中的组织是指相的组合。

亚共析钢的相组分是：F和Fe3C ；

组织组分是：F和P。

′′

亚共晶白口铸铁中的相组分是：F和 Fe3C ；组织组分是：P、Fe3CⅡ和Le

相同点：在常温固态下，碳钢与白口铸铁的相组分都是F和Fe3C。

不同点：形成Fe3C的母相不同，形态不同。

4、画出简化的Fe-Fe3C相图中的钢部分相图，标出各特性点的符号，并进行以下分析：

（1）标注出相图中空白区域的组织组分和相组分；

（2）分析特性点P、S、E、C的含义；

（3）分析碳含量为0.4％的亚共析钢的结晶过程，并计算其在室温下的组织组分和相组分的相对量；

（4）指出碳含量为0.2％、0.6％、1.2％的钢在1400℃、1100℃、800℃时奥氏体中碳的质量分数。

答：（2）P点：727℃，碳含量为0.0218％，碳在铁素体中达到的最大溶解度点，也是共析转变时析出的铁素体成分点；

S点：727℃，碳含量为0.77％，共析转变点；

E点：1148℃，碳含量为2.11％，碳在奥氏体中达到的最大溶解度点，也是共晶转变时结晶的奥氏体成分点；

C点：1148℃，碳含量为4.34％，共晶转变点。

（3）碳含量为0.4％的亚共析钢的结晶过程为：L→L+A→A→F+A→P+F 碳含量为0.4％的亚共析钢在室温下的组织是P+F，其相对量为：

0.770.40100％48％

0.770.02180.400.0218

P100％52％

0.770.0218F或： P = 1-F = 1-48％ = 52％

碳含量为0.4％的亚共析钢在室温下的相是F+Fe3C，其相对量为：

F6.690.40100％94％

6.690.02180.400.0218Fe3C100％6％

6.690.0218或： Fe3C = 1-F = 1-94％ = 6％

6、现有两种铁碳合金，其中一种合金的显微组织中珠光体量占75％，铁素体体量占25％； 另一种合金的显微组织中珠光体量占92％，二次渗碳体量占8％。问这两种合金各属于哪一类合金？其碳的质量分数各为多少？

答：第一种合金的组织组成物为P+F，属于亚共析钢。两种组织的含碳量分别为：CF ≈0，CP＝0.77％；合金的含碳量为：

＝CPPCFF0.77％75％025％0.58％

7.材料工程基础学习心得 篇七

一、“基础+专业”双重特色教育的总体方案设计

方案包含三个大模块:“基础”特色模块、课程体系模块、“专业”特色模块。“基础”特色模块涵盖教学方法和实践环节。“课程体系”模块涵盖专业基础体系和模具计算机应用环节。“专业”特色模块涵盖专业方向、新增方向、科研与专业环节。每个环节中又有支撑特色的相关内容。

二、材料成型及控制工程专业“基础+专业”双重特色教育的探索

1.突出基础特色, 搭建专业平台。

注重基础课程的教学, 形成基础教学和实践的特色以及课程体系的融合。任何一种新技术均是在最基本的科学理论基础上发展起来的, 因此应该加宽加厚基础课, 在不增加这些基础课课时的前提下, 加大基础课的教学内容和教学方法的改革力度, 协调已学内容和后续内容之间的关系, 删除重复落后的内容, 不断更新和调整, 建立合理的基础课内容体系, 对此, 在基础课的讲学中, 对数学、大学物理等基础课程提出本专业的要求。强化技术基础课, 加强实践性环节, 围绕材料成型及控制工程学科领域中最基本的概念、原理、方法和技能而构成的技术基础课, 是该学科毕业生在各行各业发挥技术骨干作用的强有力保证。如:工程制图、机械设计、力学、工程热力学、流体力学、机械工程材料、模具制造工艺、电工电子学、传感器测试技术、机械控制工程、液压与气动技术、数控技术等课程。加大实践性环节, 适时调整授课重点, 并根据科技发展的特点, 加大和改进实践环节的时间和内容, 及时引进新的实践环节和方法。课程体系创新, 专业学生应该能具备材料成型工艺设计、计算机优化和新工艺技术开发与研究。所以建立本专业计算机应用课程体系, 基于生产实践的专业特色课程体系, 从而提高学生的综合素质, 培养创新意识与应用能力, 增强学生在人才市场中的竞争能力。实践环节与内容改革, 增加实践环节的学时数, 提高实践环节的起点;进行专业毕业模式创新, 培养学生的创新意识与应用能力。教学手段信息化, 在课程体系的建立和课程内容组织实施上, 借鉴了柔性制造系统 (FMS) 的思路, 建立不同的课题组。课题组还吸纳一些相关基础课的老师参加, 这样既可以使学科交叉向深度和广度延伸, 又密切了基础课教师与社会的关系。学生由于可以参加到课题组的实践活动中来, 学习有针对性, 学习兴趣得到了提高, 使之毕业后的社会适应性相应增强。

2.形成专业特色, 培养学生实际能力。

适时更新专业选修课, 专业课旨在传授材料成型及控制工程学科的基本理论与研究方法, 专业选修课的发展是适时的和多样化的, 它的基础是建立在教师科研的基础上的。为适应社会对多样化人才的需求, 我们根据学校应用性人才培养的特点, 从实际出发, 分析师资、生源、历史条件、所在区域经济发展和人才市场需求以及教师的科研情况, 确定专业培养方向的选修课。同时教师根据市场的要求不断地收集补充各学科的发展动态, 及时地将最新的知识传授给学生。

3.建立“专业”的特色动态方向设置体系:

专业方向设置的基本原则是为市场经济服务的。新时代市场经济的迅猛发展, 对各种专业人才的需求变化较快。要提高学生的就业率, 需及时应对人才市场需求的变化, 及时调整专业方向, 建立动态的专业方向设置体系。形成适应人才市场的专业特色。为适应人才市场的需求, 我们充分发挥教学优势, 将材料成型及控制工程这个大专业划分为冲压成型、塑料成型二个方向, 增设一个压铸成型方向, 并将这三个方向的专业课程列为必修课内容, 辅以课程设计的实践环节。满足了人才市场对成型设计人才的需求, 这样动态调整学生专业方向的个数和人数, 初步形成“基础+专业”的双重动态专业方向设置体系。结合就业导向, 改革毕业设计内容, 学生在本科学习阶段, 打好扎实的基础, 同时为毕业做好充分的准备。为此我们主要结合生产实际, 设立毕业设计题目, 将本科生提早放入生产实践中进行锻炼, 学习企业设计方法和运作模式。在毕业设计的过程中, 教师结合自己在生产中的实际体会, 教会学生探索和获得新知识的方法, 培养学生的创新意识与应用能力。学生面对大量的未知领域, 加强业余时间学习和钻研, 请教技术人员, 查阅文献和参考书, 熟悉行业标准规范等, 自学能力得以提高, 团队协作精神、务实的作风、克服困难的勇气处处显现。在设计工作过程中学会如何交往、做人, 这都将为他们走向工作岗位打下良好基础。本专业近三年生产实践课题占95%以上, 通过毕业设计答辩, 效果较好, 证实了学生具有一定的方案论证能力, 具有一定的寻找探索新知识的理论依据和验证能力。

4.进行专业课程体系创新, 形成具有专业特色的教育计划:

“基础+专业”的3个专业方向的教学计划修订总体思路为:注重基础及公共基础课教学, 强化实践环节, 同时提高专业办学起点, 开设特色选修课, 突出方向的特色。该专业各方向的公共基础课, 技术基础课完全一样, 前4个学期统一设课, 第5学期开设专业基础课, 第6学期始开设专业基础课及专业课与课程设计, 第7学期开设专业课和方向特色选修课并辅以专业课程设计, 再加上第8学期的毕业设计环节, 形成基础与专业5∶3的学期比例关系, 保证专业课的教学与实践。

5.增加实践环节的学时数, 提高实践环节的起点:

实践是创新之源, 因此从工程实际应用出发, 进一步注重工程基础知识和实践能力的培养, 提高大学生创新意识及应用能力, 就成为教学计划修订的重要内容。修订后的教学计划实践教学时数占24%, 专业综合实践、生产实习、大型实验、毕业实习等实践环节占10周。进行实践内容的改革, 减少验证性实验, 增加综合性与设计性实验。我们开设一门16学时的材料成型及控制工程专业综合实验课, 将测绘、设计、计算机辅助设计、制造工艺等融合在一起, 锻炼学生完成专业完整的工作进程, 来提高学生的实践能力和兴趣, 培养应用能力, 在开放实验室, 学生在教师指导下自行设计制造和装配调试的教学模具已经在教学中得以应用, 效果较好。