Материаловедение - Томский политехнический университет

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РФ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
УТВЕРЖДАЮ
Директор ИПР
___________ Дмитриев А.Ю.
“_____”________________ 2015 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
НАПРАВЛЕНИЕ ООП 220700 «Автоматизация технологических процессов и
производств»
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ: АТПП в нефтегазовой отрасли
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) : бакалавр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА ____2012 г.
КУРС__2_____ СЕМЕСТР ____3____
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ __3____
ПРЕРЕКВИЗИТЫ ______ Б.2 Б.2. 1_______________
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции__________________ 18_ час.
Лабораторные занятия_____ 18_ час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ _ 36_ час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА _36_ час.
ИТОГО _72_ час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ _______очная_______
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ _зачет
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ____кафедра МТМ________
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ _______________К.С.Костиков
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
_______________ Е.И. Громаков
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
_______________ В. П. Безбородов
2015 г.
1. Цели освоения дисциплины
Цели дисциплины и их соответствие целям ООП
Код
цели
Цели освоения дисциплины
«Материаловедение»
Цели ООП
Ц1
Формирование способностей понимать
сущность
физических
процессов, использовать знания
материаловедения и физические
законы в производственно-технологической деятельности
Формирование
способности
выполнять исследования структуры
и свойств материалов, расчеты
параметров
физико-механических
процессов
Подготовка
выпускников
к
производственно-технологической
деятельности в области химических
технологий, конкурентоспособных
на мировом рынке химических
технологий.
Подготовка
выпускников
к
проектно-конструкторской
деятельности в области химических
технологий, конкурентоспособных
на мировом рынке химических
технологий.
Ц3
Формирование творческого мышления
при
получении
фундаментальных
знаний
о
материалах, основных законах и
методах
проведения
физикомеханических
исследований,
использование их при обработке и
анализе результатов исследований
Подготовка выпускников к научным
исследованиям для решения задач,
связанных
с
разработкой
инновационных методов создания
химико-технологических
процессов, веществ и материалов
Ц5
Формирование навыков самостоятельного проведения теоретических
и экспериментальных физико-химических исследований
Подготовка
выпускников
к
самообучению и непрерывному
профессиональному
самосовершенствованию
Ц2
2. Место дисциплины в структуре ООП
Согласно ФГОС и ООП «Химическая технология» дисциплина «Материаловедение»
является вариативной дисциплиной и относится к общепрофессиональному циклу.
Код дисциплины
ООП
Наименование дисциплины
Кредиты
Форма
контроля
3
зачет
Модуль Б.3.В1 (общепрофессиональный)
Вариативная часть
Б.В.3.1.1
Материаловедение
До освоения дисциплины «Материаловедение» должны быть изучены следующие
дисциплины (пререквизиты):
Код дисциплины
Наименование дисциплины
Кредиты
Форма
ООП
контроля
пререквизиты
Модуль Б.2 Б.2. 1 (физический)
Б. Б.2. 2.1
Физика
4
экзамен
При изучении указанных дисциплин (пререквизитов) формируются «входные»
знания, умения, опыт и компетенции, необходимые для успешного освоения дисциплины
«Материаловедение».
В результате освоения дисциплин (пререквизитов) студент должен:
Знать:
 законы Ньютона и законы сохранения, элементы механики жидкостей, законы
термодинамики, статистические распределения, законы электростатики, волновые
процессы, геометрическую и волновую оптику, основы квантовой механики, строение
многоэлектронных атомов, строение ядра, классификацию элементарных частиц;
 строение атомов и молекул.
Уметь:
 решать типовые задачи, связанные с основными разделами физики, использовать
физические законы;
Владеть:
 методами проведения физических измерений, методами корректной оценки
погрешностей при проведении физического эксперимента;
 теоретическими методами описания свойств простых и сложных веществ на
основе электронного строения их атомов и положения в периодической системе
химических элементов, экспериментальными методами определения физико-мехаческих
свойств неорганических соединений.
В результате освоения дисциплин (пререквизитов) обучаемый должен обладать
следующими общепрофессиональными компетенциями:
 использовать знания о современной физической картине мира, пространственновременных закономерностях, строении вещества для понимания окружающего мира и
явлений природы;
 использовать знания о строении вещества для понимания свойств материалов и
механизмов процессов, протекающих в окружающем мире.
3. Результаты освоения дисциплины
Результаты освоения дисциплины получены путем декомпозиции результатов
обучения (Р1, Р5), сформулированных в основной образовательной программе 240100
«Химическая технология», для достижения которых необходимо, в том числе, изучение
дисциплины «Материаловедение».
Планируемые результаты обучения согласно ООП
Код
Результат обучения (выпускник должен быть готов)
результата
Профессиональные компетенции
Проводить теоретические и экспериментальные исследования в
Р5
области современных технологических процессов получения
материалов
№ п/п
1
2
3
Планируемые результаты освоения дисциплины «Материаловедение»
Результат
Применять знания материаловедения при изучении и разработке
технологических процессов получения материалов
Применять экспериментальные методы материаловедения для
определения физико-механических свойств материалов
Выполнять обработку и анализ данных, полученных при
экспериментальных исследованиях материалов
В результате освоения дисциплины студент должен:
Знать:
 особенности строения технических материалов, зависимость их свойств от
строения и состава,;
 способы упрочнения и разупрочнения материалов;
 физическую сущность явлений, происходящих в материалах ;
 основные
способы
изготовления деталей, заготовок, изделий из
конструкционных материалов, их преимущества, недостатки,
 особенности технологического процесса, применяемое оборудование и
инструмент,

о принципах выбора оптимального метода получения изделий;
 о выдающихся ученых ТПУ, внесших весомый вклад в развитие
материаловедения и создание современных технологий;
Уметь:
 в результате анализа условий эксплуатации выбирать материал и способ
изготовления изделий методами литья, сварки, обработки давлением и резанием;
 назначать режимы сварки и упрочняющей термообработки;
 определять механические свойства материалов при различных температурах;
 прогнозировать влияние температуры на свойства металлов и сплавов;
 определять физико-механические свойства металлов и сплавов;
 обобщать и обрабатывать экспериментальную информацию.
Владеть:
 навыками определения твердости металлов и сплавов;
 навыками исследования структуры металлов и сплавов;
методами расчета пластической деформации металлов и сплавов;
навыками исследования процессов кристаллизации металлов и сплавов;
 навыками термической обработки сталей и сплавов;
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:
1. Универсальные (общекультурные):
 готовность к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства,
способность приобретать новые знания в области естественных наук;
 понимать роль материаловедения для развития цивилизации.
2. Профессиональные:
общепрофессиональные:
 способность и готовность использовать основные законы естественнонаучных
дисциплин в профессиональной деятельности;
 способность применять методы теоретического и экспериментального
исследования;
производственно-технологическая деятельность:
 способность и готовность осуществлять технологические процессы в
соответствии с регламентом и использовать технические средства для измерения
основных параметров технологических процессов, свойств металлов и сплавов;
научно-исследовательская деятельность:
 способность планировать и проводить физико-механические эксперименты,
проводить обработку их результатов и оценивать погрешности.
4. Структура и содержание дисциплины
4.1
Аннотированное содержание разделов дисциплины.
1. Материаловедение. Введение. Разновидности и классификация технических
материалов. Металлы. Атомно-кристаллическое строение. Дефекты кристаллического
строения и их влияние на свойства. Деформация. Влияние на структуру и свойства
металлов. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла.
Рекристаллизация. Холодная и горячая деформация. Кристаллизация. Формирование
структуры металлов и сплавов при кристаллизации. Строение слитка. Металлические
сплавы. Строение, виды взаимодействия компонентов в сплавах. Диаграммы состояния.
Сплавы железо-углерод. Свойства компонентов, диаграмма состояния. Классификация
сплавов. Углеродистые и легированные стали. Классификация, обозначение и
применение. Термическая обработка стали. Закалка, отпуск, отжиг. Разновидности, изменения структуры и свойств. Цветные металлы и сплавы. Медь и ее сплавы. Алюминий и
его сплавы.
2. Технология
конструкционных материалов. Структура металлургического
производства. Производство чугуна. Производство стали. Обработка металлов
давлением. Прокатка. Прессование. Волочение. Ковка. Штамповка. Литейное
производство. Сварочное производство. Обработка металлов резанием. Изготовление
полуфабрикатов и деталей из композиционных материалов.
4.2
Структура дисциплины
Структура дисциплины «Материаловедение» по разделам и видам учебной
деятельности с указанием временного ресурса в часах представлена в таблице 1.
Таблица 1
Структура дисциплин
по разделам и формам организации обучения
Название раздела
СРС
Итого
(час)
(час)
Лекции
Лабор.
занятия
3 семестр
1. Материаловедение
10
10
2. Технология
8
8
конструкционных
материалов
Итого
18
18
5. Образовательные технологии
Для
достижения
планируемых
результатов
обучения,
в
дисциплине
«Материаловедение» используются различные образовательные технологии:
1. Информационно-развивающие технологии, направленные на формирование
системы знаний, запоминание и свободное оперирование ими.
Используется лекционно-лабораторный метод, изучение литературы, применение
новых информационных технологий для самостоятельного пополнения знаний, включая
использование технических и электронных средств информации.
2. Деятельностные практико-ориентированные технологии, направленные на
формирование системы профессиональных практических умений при проведении
экспериментальных исследований, обеспечивающих возможность качественно выполнять
профессиональную деятельность.
Используется анализ, сравнение методов проведения физико-механических
исследований, выбор метода, в зависимости от объекта исследования в конкретной
производственной ситуации и его практическая реализация.
3. Развивающие проблемно-ориентированные технологии, направленные на
формирование и развитие проблемного мышления, мыслительной активности,
способности видеть и формулировать проблемы, выбирать способы и средства для их
решения.
Используются виды проблемного обучения: ознакомление на лекциях с основными
проблемами материаловедения, коллективная мыслительная деятельность в группах при
выполнении лабораторных работ. При этом используются три уровня сложности и
самостоятельности: проблемное изложение учебного материала преподавателем; создание
преподавателем проблемных ситуаций, а обучаемые вместе с ним включаются в их
разрешение в ходе самостоятельной деятельности.
4. Личностно-ориентированные технологии обучения, обеспечивающие в ходе
учебного процесса развитие активности личности в учебном процессе. Личностноориентированные технологии обучения реализуются в результате индивидуального
общения преподавателя и студента при выполнении лабораторных работ, подготовке
индивидуальных отчетов по лабораторным работам, на консультациях.
Для целенаправленного и эффективного формирования запланированных
компетенций у обучающихся, выбраны следующие сочетания форм организации учебного
процесса и методов активизации образовательной деятельности, представленные в
таблице 2.
Таблица 2
Методы и формы организации обучения (ФОО)
Методы
IT-методы
Работа в команде
Case-study
Игра
Методы проблемного обучения
Обучение на основе опыта
Опережающая самостоятельная
работа
Проектный метод
Поисковый метод
Исследовательский метод
Лекции
Лаб. раб.
+
+
+
+
+
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов
6.1 Текущая самостоятельная работа (СРС)
Текущая самостоятельная работа по дисциплине «Материаловедение», направленная
на углубление и закрепление знаний студента, на развитие практических умений,
включает в себя следующие виды работ:
 работа с лекционным материалом;
 подготовка к лабораторным работам;
 подготовка к контрольным работам;
 подготовка к зачету.
6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР)
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа по дисциплине
«Материаловедение»,
направленная
на
развитие
интеллектуальных
умений,
общекультурных и профессиональных компетенций, развитие творческого мышления у
студентов, включает в себя следующие виды работ по основным проблемам курса:
 анализ и структурирование информации;
 выполнение лабораторных работ, обработка и анализ данных;
6.3. Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм:
самоконтроль и контроль со стороны преподавателя.
Самоконтроль зависит от личностных качеств, ответственности за результаты своего
обучения, заинтересованности в положительной оценке своего труда, материальных и
моральных стимулов, от того насколько обучаемый мотивирован в достижении лучших
результатов. Задача преподавателя состоит в том, чтобы создать необходимые условия для
выполнения самостоятельной работы (учебно-методическое обеспечение), правильно
использовать различные стимулы для реализации этой работы (рейтинговая система),
повышать её значимость, и грамотно осуществлять контроль самостоятельной
деятельности студента (фонд оценочных средств).
6.4. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Для организации самостоятельной работы студентов (самостоятельной проработки
теоретического материала и подготовки по лекционному материалу; подготовки к
лабораторным
занятиям,
контрольным
работам)
преподавателями
кафедры
«Материаловедение и технология металлов» разработаны следующие учебнометодические пособия и методические указания:
1. Чинков Е.П., Багинский А.Г. Материаловедение и технология конструкционных
материалов. - Учебное пособие. Томск. Изд-во ТПУ, 2005 г. -140 с.
2. Егоров Ю.П., Лозинский Ю.М., Роот Р.В., Хворова И.А. Материаловедение. Томск,
Изд-во ТПУ, 2005 г. -160 с.
3. Основы материаловедения. Конструкционные материалы: учебное пособие/Ж.Г.
Ковалевская, В.П. Безбородов. – Томск: Изд-во Томского политехнического
университета, 2010. – 112 с.
4. 4. Мартюшев Н. В., Безбородов В. П. Материаловедение и технология
конструкционных материалов: Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2010. – 110
с.
5. 5. Мартюшев Н. В., Безбородов В. П. Материаловедение и современые технология
конструкционных материалов: Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2012. – 155
с.
По всем темам лабораторных работ на кафедре «Материаловедение и технология
металлов» имеются методические указания, тесты, альбомы микроструктур сталей и
сплавов, коллекции металлографических шлифов, плакаты, тренажеры, компьютерные
программы. наглядные пособия и витрины с различными материалами, диаграммы
различных сплавов и др.
Дополнительная рекомендуемая литература:
1. Методические пособия по лабораторным работам.
2. Интернет: http://www.dvo.ru/ntc/study/books.php3
3. Интернет: http://lalls.narod.ru/Literatura/index.htm
4. Интернет: http://www.chem.msu.su/rus/teaching/materials/
5. Интернет: http://elanina.narod.ru/lanina/index.files/student/tehnology/index.htm
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины
Средства (фонд оценочных средств) оценки текущей успеваемости и промежуточной
аттестации студентов по итогам освоения дисциплины «Материаловедение» представляют
собой комплект контролирующих материалов следующих видов:
 Входной контроль. Представляет собой перечень из 20 вопросов, ответы на
которые студент должен знать в результате изучения темы. Поставленные вопросы
требуют коротких но точных ответов. Входной контроль проводится на каждой
лабораторной работе в течение 10 минут.
 Контрольные работы (2). Состоят из двух вопросов по основным разделам курса.
Проверяется степень усвоения теоретических и практических знаний,
приобретенных умений.
 Экзаменационные билеты (30 вариантов). Состоят из теоретических и
практических вопросов по всем разделам, изучаемым в семестре.
Разработанные контролирующие материалы позволяют оценить степень усвоения
теоретических и практических знаний, приобретенные умения и владение опытом,
способствуют формированию профессиональных и общекультурных компетенций
студентов.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
 основная литература:
1. Ржевская С.В. Материаловедение. - Учебник для вузов. М.: ЛОГОС. 2004. - 424 с.
2. Колесов С.Н., Колесов И.С. Металловедение и технология конструкционных
материалов. - М.: Высшая школа. 2004. - 519 с.
4. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Материаловедение. - Учебник для вузов. СПб.: Химиздат.
2004. - 736 с.
 дополнительная литература:
1. Чинков Е.П., Багинский А.Г. Материаловедение и технология конструкционных материалов. - Учебное пособие. Томск. Изд-во ТПУ, 2005 г. -140 с.
2. Егоров Ю.П., Лозинский Ю.М., Роот Р.В., Хворова И.А. Материаловедение.
Томск, Изд-во ТПУ, 2005 г. -160 с.
3. Основы материаловедения. Конструкционные материалы: учебное пособие/Ж.Г.
Ковалевская, В.П. Безбородов. – Томск: Изд-во Томского политехнического
университета, 2010. – 112 с.
4. Мартюшев Н. В., Безбородов В. П. Материаловедение и технология
конструкционных материалов: Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2010. – 110
с.
5. Мартюшев Н. В., Безбородов В. П. Материаловедение и современые технология
конструкционных материалов: Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2012. – 155
с.
1. Методические пособия по лабораторным работам.
2. Интернет: http://www.dvo.ru/ntc/study/books.php3
3. Интернет: http://lalls.narod.ru/Literatura/index.htm
4. Интернет: http://www.chem.msu.su/rus/teaching/materials/
5. Интернет: http://elanina.narod.ru/lanina/index.files/student/tehnology/index.htm
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Наименование (компьютерные классы,
учебные лаборатории, оборудование)
Учебная лаборатория, оснащенная компьютерами (6 шт.)
Учебная лаборатория
Учебная лаборатория
Учебная лаборатория
Учебная лаборатория
Учебная лаборатория
Учебная лаборатория
Установки для определения твердости
Электрические печи
Аудитория,
количество установок
16 б корпус, 235 ауд.
16 б корпус, 114 ауд.
16 б корпус, 115 ауд.
16 б корпус, 116 ауд.
16 б корпус, 117 ауд.
16 б корпус, 118 ауд.
16 б корпус, 119 ауд.
16 б корпус, 119 ауд,
3 шт.
16 б корпус, 119 ауд,
6 шт.
10
Электрическая печь
11
Пневматический ковочный молот
12
Металлографические и биологические микроскопы
13
Сварочный пост
14
Установки контактной сварки
15
Установки разливки жидких металлов
16
17
18
Приспособления для разливки жидких металлов
Приспособления для ковки металлов
Металлорежущие станки
19
Металлорежущие инструменты
16 б корпус, 117 ауд,
1 шт.
16 б корпус, 117 ауд,
1 шт.
16 б корпус, 117 ауд,
12 шт.
16 б корпус, 117 ауд,
1 шт.
16 б корпус, 117 ауд,
2 шт.
16 б корпус, 117 ауд,
3 шт.
16 б корпус, 117 ауд.
16 б корпус, 117 ауд.
16 б корпус, 117 ауд,
12 шт.
16 б корпус, 117 ауд.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки 240100 «Химическая
технология»
Программа одобрена на заседании кафедры «Материаловедение и технология
металлов» (протокол №____ от «____»_________2015 г.)
Автор:
___________ Безбородов В.П.