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无机非金属材料工艺学

作者:王慧贤发布时间:2022-04-02

一、课程教学目标

知识传授目标:熟悉典型的无机非金属材料的主要品种(陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料)的定义和分类。掌握无机非金属材料的工艺原理,包括原料及其预处理,组成及配料计算,配合料的制备与加工,煅烧、烧成与熔化,冷却,制品及加工。了解无机非金属材料的物化性能等。

能力培养目标1针对无机非金属材料工艺环节如粉碎、成型、烧结等特定单元中的问题或者材料生产工艺升级改造的解决方案,能够基于无机非金属材料的制备原理,通过文献研究、实验、分析测试等相关方法进行调研和分析

能力培养目标2:能够根据无机非金属材料(陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料)的特征,选择合理的研究路线,进行实验方案的设计,给出最佳实验方案。

能力培养目标3:能够根据无机非金属材料制备或改进的实验方案构建实验系统,依据实验操作及安全规程,安全地开展实验,并能正确采集实验数据。

能力培养目标4:针对无机非金属材料的制备或改进的实验数据进行有效的处理、分析和解释,通过信息综合,获得合理有效的结论。


二、思政育人目标

把思政元素引入到课程体系中,强化学生工程伦理教育,培养学生精益求精的大国工匠精神,激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。能站在环境保护和可持续发展的角度思考无机非金属材料制备的可持续性,能够正确分析和评价材料制备过程中可能对人类、环境和社会可持续发展造成的损害和隐患。


三、课程思政典型教学案例设计

案例一:践行绿色发展理念,提升环境保护意识

案例意义:

1. 环境保护和节能降耗、可持续发展。

2. 材料的绿色智能化制造和新型绿色材料的开发,引导学生的社会责任感。

教学过程:

在我国自然矿产资源日益紧缺、环境污染与生态破坏日趋严峻的今天,材料的绿色智能化制造和新型绿色材料的开发已经迫在眉睫。在讲授材料生产过程时,会涉及到原料选择、加工与提纯,材料制备全过程的节能降耗,固废的排放与废弃产品的综合利用等问题。如何在材料生产过程中做到绿色生产与使用,这是材料行业的科研人员臻于追求的。

思政引入:讲授材料的生产工艺过程,让学生掌握材料的组成、结构、制备、性能、应用之间关系的基本规律,同时讲授环境保护、节能降耗和可持续发展方面的专业知识,如研究原料球磨新工艺、提高球磨效率,发展等静压成型新技术,推广低温快速烧成新工艺等节能降耗专业知识;如何资源化利用材料使用后所产生的大量废料等。

总结强调:在讲授过程中将这些问题贯穿其中,不仅使学生从思想上意识到环境保护和可持续发展的重要性,更使学生从技术上掌握如何实现环境保护和节能降耗等。


案例二:辩证唯物理论量变与质变

案例意义:

1. 配料计算过程是一个立足整体、统筹全局与选择的过程;

2. 物料配比体现了矛盾的主要方面和次要方面,体现了辩证关系原理及量变与质变的辩证唯物理论。

教学过程:

玻璃配料中,二氧化硅是绝对主体,决定其透明度、机械强度、化学稳定性及热稳定性,处于支配地位,是决定玻璃性质的主要方面。配料计算时必须确保二氧化硅含量大于75%,同时添加氧化钙(含量小于12%)、氧化铝及助熔剂等辅助原料。辅助原料虽然是次要因素,但作用不可忽视,其主要降低熔化温度、粘度及结晶倾向,对玻璃性质有一定影响,确保了玻璃的成型与定型。

思政引入:当改变主次因素量变达到一定数值时,事物的性质发生了变化,配料中提高氧化钙含量,改变氧化钙与二氧化硅主次位置,氧化钙提升至64%,二氧化硅降至25%时就变成水泥物料配比。

总结强调:引导学生培养认真、仔细的做事态度,否则就会差之毫厘,谬以千里,引导学生培养每天量变,积累脚踏实地的学习行为,每天掌握一点新知识,迈出一小步,经过四年积累方可走出千里路程


案例三:陶瓷发展史与文化自信

案例意义:

1. 从中国陶瓷悠久的历史文化,建立中国特色社会主义的文化自信;

2. 树立学生热爱陶瓷文化,热爱祖国的思想。

教学过程:

上课前,教师先考大家一个单词“China”翻译成中文是什么意思?那如果把大写字母“C”改为小写字母“c”,有没有同学知道是什么意思?学生一起回答是陶瓷。教师设置问题:为什么要用这个单词代指中国?使学生感到疑惑从而激发学生兴趣。由此引出本课内容——《陶瓷发展简史》。

思政引入:十八世纪以前,欧洲人还不会制造瓷器,因此中国特别是昌南镇的精美瓷器很受欢迎。在欧洲,昌南镇瓷器是十分受人珍爱的贵重物品,人们以能获得一件昌南镇瓷器为荣。就这样欧洲人就以昌南作为瓷器(china)和生产瓷器的中国China)的代称,久而久之,欧洲人就把昌南的本意忘却了,只记得它是瓷器,即中国了。由此可见,我国有非常悠久的陶瓷文化,从而鼓励同学们建立中国特色社会主义的文化自信。

总结强调:陶瓷艺术是我国千年文化的结晶,在陶瓷工艺品的勾勒画面上,能够保留我国独特的文化风韵,进而在海内外传播过程中展示我国的大国风范。陶瓷艺术千年的东方雅韵,是向世界各国展示我国文化的最好名片。同学们应该树立文化自信。


案例四:从无机非金属材料的特殊地位树立专业自信心与认同感

案例意义:

1. 从水泥的制备过程对环境的影响,培养学生的社会责任感;

2. 我国的生态文明建设,需要专业人员具有良好的综合人文素养。

教学过程:

在水泥工艺学的授课过程中,可以对水泥高温煅烧、气体排放、粉体球磨等工艺环节对环境的影响进行讲解,进而引入工业废渣的综合利用、新型球磨及减排措施等新工艺的介绍,加强学生的环保意识和责任感,进而着力培养具有责任感、使命感的高素质专业人才。

思政引入:在工程应用背景下,无机非金属材料工程专业的毕业生,还需具备较高的人文素质,这要求他们不仅能够对工程实践的合理性进行分析,了解与材料生产、设计、研发相关的法律、法规以及承担的责任,还能从社会、健康、安全、法律以及文化的角度,评价材料工程实践产生的影响以及无机非金属材料工程实践对环境、社会可持续发展的影响。要让他们具有人文社会科学素养、社会责任感,遵守工程职业道德和规范,履行责任。

总结强调:十八大以来,我国在进行经济建设的同时,提出了生态文明建设是关系中华民族永续发展的根本大计,并着力解决与经济社会发展相伴生的生态环境问题,但目前仍面临突出问题与严峻挑战。无机非金属材料陶瓷、玻璃、耐火材料以及水泥等都是高耗能、排放比较严重的行业,需要专业人员具有良好的综合人文素养,以责任感和使命感坚持以习近平总书记生态文明思想为指导,坚持以制度建设为抓手,坚持以加强法治建设为保障,通过技术使产业升级,建立以产业生态化和生态产业化为主体的生态经济体系,从而促进生态建设进程。因此,本专业在培养专业人才的同时,必须有意识地对学生加强相关思想和意识的建设,让学生了解本行业目前的发展状况、与环境的相互关系以及法律法规对行业的发展要求和限制。


案例五:无机非金属材料的原料客观规律性与主观能动性

案例意义:

1. 常用原料性质是客观存在,发挥主观能动性,一种原料可以生产性质不同的产品;

2. 客观规律性和主观能动性辩证关系原理。

教学过程:

无机非金属材料常用天然原料种类丰富,石英为无机非金属材料常用天然原料之一,由硅氧四面体共用边或角而构成的空间架状结构。石英原料性质客观存在,不受我们主观意识所改变,在尊重其客观规律性的前提下可充分发挥人的主观能动性,采用不同工艺路线获得性能完全不同的物质。石英经高温熔化快冷可做成石英玻璃,玻璃透明且透光;石英、黏土与长石混合料经高温烧结可转变为莫来石为主相的陶瓷,陶瓷抗压不抗拉、易碎、几乎不透光;石英、石灰石与铁铝原料经过媛烧可生成水泥熟料,水泥是水硬性胶凝材料。

思政引入:高等教育是获取基础认识与熟悉客观规律的阶段,工作是运用客观规律发挥主观能动性的阶段,掌握的规律越多、越熟练,在以后工作中才能更得心应手。

总结强调:在讲授无机非金属材料常用天然原料章节过程中,教导学生珍惜时间,不负韶华,积极掌握书本理论知识。


案例六:成型工艺理论与实践的关系

案例意义:

1. 理论知识指导具体成型过程,实践行为丰富了理论知识;

2. 理论与实践的辨证关系。

教学过程:

成型是将合理配比的原料采用一定工艺路线加工成一定外形及尺寸的实践过程。书本知识是前人实践经验的总结,成型工艺章节即该领域前辈对成型实践留下的经验总结与认识,如:空心注浆可生产花瓶、管、杯、壶等小型薄壁的产品;实心注浆可制备大尺寸、复杂外形的制品如盅、鱼盘、瓷板等;玻璃砖、水杯、花瓶、餐具等采用压制法;广口瓶、小口瓶等空心制品等采用吹制法;玻璃粘度随温度变化规律及影响玻璃粘度的因素及参数。

思政引入:高等教育阶段的专业课程学习就是获取前人经验的过程,通过掌握间接经验,才能分析产品成型具体实践过程的各种矛盾关系,并找出解决矛盾的方法。总体来说,实践与认识的辨证关系贯穿于此章节的始末,赵括纸上谈兵误国,学生目无他人误己。

总结强调:学生应该树立谦虚、踏实的做事风格,践行三人行必有我师的行为准则。同时,学生应树立积极实践的理念,明白认识从实践中产生,随实践而发展。不管是本科硕士还是博士,工作应该从具体基层工作做起,在实践中磨练自己,三五年即可成为公司的中流砥柱。


四、课程思政实施成效及学生反馈

学生普遍反应,即使在专业课上,依然能感受到满满的正能量,不但学到了知识,还学会了做人做事。



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