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粉体工程

作者:刘丽发布时间:2022-04-02


一、课程教学目标

知识传授目标:通过学习使学生掌握粉体物料的基本性质与表征、粉体加工过程的基本理论,熟悉粉体物料粉碎、分级分离、混合造粒、贮存输送等单元操作的机械过程原理及有关机械设备的构造、原理、性质及应用等,了解粉体的制备方法,了解粉尘对人类的危害与防护措施。

能力培养目标1:能应用所学知识分析无机非金属材料领域涉及粉体的一系列工程问题,认识到在无机非金属材料的生产过程中,存在多种可选择的方案,并能通过查阅相关标准和进行文献研究,寻求可替代的解决方案。

能力培养目标2:能运用粉体基本性质和表征方法、材料生产的单元操作过程的基本原理,借助文献研究,分析无机非金属材料研发、生产和应用过程中的影响因素,具备从事无机非金属材料的生产、设计、运行和开发研究等工作的能力。

能力培养目标3:培养学生具有对无机非金属材料工业机械加工过程初步分析及机械设备选型的能力;对粉体单元操作过程与系统进行优化选择;对机械过程及设备进行科学研究的初步能力。


二、思政育人目标

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。在粉体的制备、生产过程中注重环境保护和可持续发展,能够正确分析和评价粉体生产过程中可能对人类、环境和社会可持续发展造成的损害和隐患,并利用所学专业知识,进行有效的防护。


三、课程思政典型教学案例设计

案例一:我国粉体工业的特点与爱国热情的培养

案例意义:

1.让学生了解我国粉体为主体的相关产业,使学生认识到学习粉体理论知识对国家相关产业发展的意义,能够学以致用,明确了今后努力发展的工作方向。

2.使学生认识到我国粉体工业发展与国外的差距,激发学生的爱国热情和民族自豪感,激发学生奋发学习的动力。

教学过程:

1.介绍我国粉体为主体的相关产业,结合丰富的图片,特别一些高精尖领域的应用,如:电子材料、军事领域等,使学生深刻体会学习粉体工程知识的重要性,粉体工程在国民经济中的重要意义,激发学生的学习热情,找到今后工作的努力方向。

2.介绍我国粉体工业发展现状、特点和发展趋势。在这部分知识学习过程中,采用提问和讨论的方式,并引导学生课后查阅相关文献,了解我国和国外粉体工业的现状和差距,激发学生的爱国热情和民族自豪感,鼓励学生奋发图强,勇于担当,敢于知难而上,以国家发展为己任。


案例二:粒度分布函数表达式与规律普遍性和复杂问题简单化

案例意义:

1.通过建立数学模型的方法找到粉体粒度分布的规律,使学生了解看似复杂的问题,都是有规律可循的,了解规律的普遍性原理。

2.在用复杂的函数关系解决实际问题时,将函数关系由非线性关系转化为线性关系,使学生了解如何复杂问题简单化,并指导实际生产。

教学过程:

1.通过自然界的粉体粒度分布特点和工业生产的粉体粒度分布特点,鼓励学生寻求内在规律,并引导学生借助数学模型和数学知识,找到便于我们进行分析和使用的数学函数关系式。此部分可以采用引导提问的方式,使学生对数学的知识进行回顾和联想。

2.在利用三种主要的函数关系表达式进行解析计算时,引导学生思考如何将正态分布、对数正态分布及罗辛-拉姆勒分布这样复杂的非线性的函数关系式,进行线性化的转化,进而使我们在实际应用时能够得心应手,直接指导生产实践。此部分主要采用引导激发的教学方式,积极调动学生的积极性,充分的进行深入的思考。

3.总结强调:万事万物都是有规律可循的,要有深入探究的精神,积极利用现有知识。要学会在数学函数关系的处理中,将非线性的问题线性化的方法,掌握使复杂问题简答化的思想。


案例三:粉体的填充和堆积特性与由简答到复杂和由理论到实践的认知过程

案例意义:

在对粉体填充和堆积特性探讨过程中,从最简单的情况开始讨论,逐渐讨论到复杂的情况,以由此找到的规律指导生产实践。

教学过程:

1. 首先通过常见的实例让学生思考粉体的疏填充和密填充对材料外在特征的影响,进而强调掌握粉体的填充和堆积特性的重要性,引起学生足够的重视,激发学生进行深入学习的兴趣。

2. 抛出问题:让学生思考如何进行粉体填充才能得到我们想要的材料的特性呢?比如,建筑用樑、柱,道、桥等材料,如何才能获得更大的强度,进行更密实的填充呢?

逐步深入探讨:为了找到填充的规律,将从最简单的情况进行讨论,逐一讨论更加复杂的情况,从完全等径球体的规则填充,到等径球体的不规则填充;从不等径球体的规则填充,不等经球体的不规则填充;从两组元颗粒体系的填充,到多组元颗粒体系的填充,逐步找到影响实际填充的因素和实际填充的规律。坚持从简单到复杂,由理论到实践的认知过程,最终得出对生产实践具有指导意义的规律。


案例四:莫尔圆和粉体层的对应关系与复杂问题简单化

案例意义:

1. 在研究粉体摩擦特性的过程中,通过假设粉体处于理想的极限应力状态下,得出粉体摩擦特性的普遍规律。

2. 借助莫尔圆与粉体层之间存在的对应关系,使复杂的力学关系直观化、简单化。

3. 学习库尔曼和莫尔两位工程师勇于探索的精神。

教学过程:

1. 通过让学生观察流沙和土壤的由流动到静止的状态的不同,引导学生思考粉体颗粒之间的摩擦特性对于粉体流动性质的影响,如何研究粉体的摩擦特性呢?

2. 在研究粉体摩擦特性的过程中,假定粉体层处于理想的极限应力状态条件下,再进行的深入探讨。这种假设理想条件的方法,也是我们研究问题的一个普遍的方法,将复杂问题简单化,得出普遍规律,再将这种普遍规律应用于实际条件中。粉体摩擦特性的规律与力学中的莫尔圆相互联系起来,利用莫尔圆与粉体层的对应关系,很简单的找到复杂的现象的内在规律。

3. 在推导莫尔圆方程的过程中,向学生介绍对此理论作出重要贡献的两位德国工程师K.库尔曼和克里斯蒂安O.莫尔,鼓励大家学习他们的勇于探索的精神,尊重自然规律,不断进取。


案例五:粉末颗粒的分散和表面改性与学以致用

案例意义:

通过介绍国内外粉末颗粒的分散和表面改性的各种传统和先进的方法,鼓励学生要理论联系实际,学以致用,增强学生的使命感和责任感,激发学生的爱国热情,增强其民族自豪感,激励其为国家振兴、民族强盛而努力学习。

教学过程:

1. 通过实例让学生了解粉体的特殊的表面现象,引导学生对粉体的表面特性的原因进行思考和学习。

2. 通过布置小论文的形式,让学生课下进行大量的文献查阅和总结,综述粉体颗粒分散和粉体颗粒表面改性的方法,并对国内外发展现状进行分析和对比。

3. 学生准备PPT资料,进行课堂汇报和课堂讨论。本环节为本次课程学习的重要部分,旨在通过学生们的课程小论文和汇报讨论达到以下教学目标:

(1)掌握粉体颗粒分散的机理;

(2)掌握粉体颗粒表面改性的机理;

(3)掌握粉体颗粒分散和表面改性方法;

(4)了解粉体颗粒分散和表面改性国内外研究现状;

(5)了解粉体颗粒分散和表面改性在实际生产中的应用。

在学习过程中,引导学生积极思考,注重理论联系实际,能够学以致用,增强学生的使命感和责任感,激发学生的爱国热情,增强其民族自豪感,激发学生奋发学习的动力,树立正确的人生观价值观。


案例六:偏析和结拱对粉体贮存的影响与系统的整体性原理

案例意义:

通过学习贮存时局部出现的偏析和结拱现象对粉体贮存的影响作用,引导学生加强对系统整体性原理的认识,认清整体和局部的关系,培养学生的大局意识。

教学过程:

1. 结合生产案例,让学生了解在粉体的贮存过程中可能出现一定的不良情况,为保证粉体贮存和保证粉体的流动性,一定要对局部可能出现的问题进行防治。

2.系统的分析粉体贮存和流动时偏析的机理、偏析的防治方法,分析结拱的原因、结拱的类型以及防拱破功的措施。在分析过程中,结合系统整体性原则,引导学生认识到要保证贮存系统的顺利运行,务必每个环节对系统的影响,如果局部出现了的结拱和偏析等不良情况,势必使整个贮存系统不能正常工作。整体和部分是相互联系、密不可分的。整体是由部分构成的,离开了部分,整体就不复存在。部分的功能及其变化会影响整体的功能,关键部分的功能及其变化甚至对整体的功能起决定作用。引导学生树立全局观念,立足整体,统筹全局,搞好局部,用局部的发展推动整体的发展,实现最优目标。要充分重视部分的作用,不管是在生活、工作,还是学习上,要做到防微杜渐,谨小慎微,以保证生活、工作、学习的顺利进行。

四、课程思政实施成效及学生反馈

学生反馈老师潜移默化的影响,使他们树立了正确的价值观,无论在生活还是学习中,都能够积极面对,凡是以大局为重。



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