金属材料工程培养方案-上海大学

上海大学金属材料工程专业卓越工程师
培养方案
目录
1. 上海大学金属材料工程专业培养标准 (4)
1.1培养目标 (4)
1.2知识、能力和素质要求 (4)
2. 上海大学金属材料工程专业培养方案 (8)
2.1培养方案制订的基本原则 (9)
2.2培养方案制订的总体思路 (9)
2.3课程体系框架和特点 (10)
2.4教学大纲 (14)
2.5 企业学习阶段培养方案 (23)
附件： (26)
1. 《材料科学概论B》课程教学大纲 (26)
2.《科技英语》课程教学大纲 (28)
3.《材料表征技术A》课程教学大纲 (30)
4.《材料科学基础（一）（二）》课程教学大纲 (34)
5. 《固态相变》课程教学大纲 (38)
6.《金属凝固过程及组织控制》课程教学大纲 (40)
7. 《金属材料学》课程教学大纲 (42)
8. 《金属力学性能》课程教学大纲 (45)
9. 《金属物理性能》课程教学大纲 (47)
10. 《金属塑性成形原理》课程教学大纲 (50)
11. 《传热学》课程教学大纲 (54)
12. 《计算机在材料科学中的应用D》课程教学大纲 (56)
13. 《耐磨技术与数值计算(专题研讨课)》课程教学大纲 (59)
14. 《失效分析》课程教学大纲 (60)
15. 《热处理工艺学》课程教学大纲 (63)
16. 《金属焊接工艺基础》课程教学大纲 (65)
17. 《金属塑性成形工艺A》课程教学大纲 (67)
18. 《现代铸铁》课程教学大纲 (69)
19. 《材料保护技术及其工程设计》课程教学大纲 (71)
20. 《铸造非铁合金材料》课程教学大纲 (73)
21. 《材料表面工程技术》课程教学大纲 (75)
22. 《材料和热加工物理模拟技术》课程教学大纲 (77)
23. 《金属材料的魅力(1)(研讨课)》课程教学大纲 (79)
24. 《金属材料的魅力(2)(研讨课)》课程教学大纲 (80)
25. 《材料类专业职业生涯培训》课程教学大纲 (82)
26. 《复合材料》课程教学大纲 (85)
27. 《材料制备技术新进展》课程教学大纲 (88)
28.《模具设计与制造》实验课程教学大纲 (91)
29. 《新型功能材料》课程教学大纲 (92)
30. 《特种铸造技术》课程教学大纲 (96)
31. 《材料起源、发展及未来（教授论坛）》教学大纲 (99)
32. 《现代冶金与新材料(校友论坛)》课程教学大纲 (102)
33.《金属材料工程实验技术（1）》实验课程教学大纲 (104)
34. 金属材料工程实验技术（2）》实验课程教学大纲 (105)
35. 《金属材料工程实验技术（3）》实验课程教学大纲 (106)
36. 大学生科技实践（1）（2）教学大纲 (109)
1. 上海大学金属材料工程专业培养标准
1.1培养目标
金属材料工程专业卓越工程师主要培养具备金属材料工程领域的基础知识，了解材料科学与工程领域的相关专业知识，能在现场从事产品的生产、营销和服务或工程项目的施工、运行和维护等方面工作，适应社会主义市场经济发展的高层次、高素质、德智体全面发展的科学研究与工程技术人才。

1.2知识、能力和素质要求
金属材料工程专业的毕业生应具有以下知识结构：
一、具有从事金属材料工程专业所需要的相关数学、基础科学、工程技术知识和一定的人文社科知识。

1) 材料科学与工程以数学、大学物理、工程化学、物理化学等相关自然科学为基础，数学、化学和物理是材料工程最基础的工具知识。

2) 工程技术知识包括电子技术、电工技术、程序设计、工程力学等相关学科知识，注重原理性知识的掌握与探究，并侧重发现和解决实际工程问题。

3) 工程制图、机械设计，掌握简单机械设备与零部件的绘制方法，熟悉各种机械标准，初步学会使用AutoCAD 软件。

4) 人文和社会科学，具备一定的法律、管理学、技术经济、环境工程、生命科学与生物技术、土木工程与建筑、美术、艺术等人文与社科知识。

二、掌握较扎实的金属材料的组成与结构、材料的表征、材料的制备、材料的性能与应用的基本理论、基本方法及相关的基本实验技能，具备设计、制备、研究、分析新材料的基本能力，并能够应用相关专业基础理论和专业知识，正确分析和解决材料生产过程中的实际问题，了解金属材料工程与技术的发展趋势。

1）材料的组织、结构及性能
①掌握材料的分类方法及其应用，了解材料的物理和化学性质，了解组成、结构与性能之间的关系；
②使学生比较全面系统地获得材料科学的基本理论，掌握材料的化学成分、组织和性能之间的关系。

主要内容包括：（1）晶体学, （2）晶体结构, （3）位错, （4）金属和合金中的扩散, （5）凝固, （6）相图, （7）塑性变形, （8）回复和再结晶；
③初步掌握金属材料固态相变基本的原理。

主要内容包括：钢中奥氏体的形成，珠光体转变，马氏体转变，贝氏体转变，过冷奥氏体转变动力学图，淬火钢在回火时的转变，以及晶粒度，组织观察等实验。

④了解金属凝固的方式及其对金属组织与性能的影响。

内容包括：金属凝固过程中金属流动、传热和传质现象；单相合金结晶过程中的溶质再分配，固液界面前沿液态金属的过冷状态，成分过冷对结晶方式和晶体形态的影响；共晶合金和偏晶合金的凝固方式和结晶组织；凝固区域结构和凝固动态曲线；金属凝固方式对合金性能和缺陷的影响；控制金属凝固组织的因素，定向凝固和单晶制取技术；了解金属凝固过程的计算机模拟和凝固技术的新发展；掌握单元、二元、三元系统的相平衡特点、相图的表示方法、基本类型和分析方法；了解相图的实际应用。

2）高性能结构材料
①掌握金属材料的成分、组织结构与性能之间关系，合金化的基础知识。

②掌握金属材料的分类，性能和应用，并了解金属材料发展的最新动态和成果。

③了解工程构件用钢、机器零件用钢、工模具钢、不锈钢、铸铁材料和有色合金材料，同时介绍了比较成熟的最新成果和发展动向。

④运用所学知识，合理的制定选材、热处理工艺、机械性能测定等。

⑤了解高性能结构材料，如汽车用钢板材料、铝合金、船板用钢、发电设备用材的主要性能、特点、制备及应用范围。

⑥了解金属基和非金属基复合材料的分类、组织和性能特点、制造工艺方法及其应用。

3）材料加工技术
①掌握铸造工艺原理和方法，如：铸造生产用粘土砂、水玻璃砂、油砂、合成树
脂砂的基本概念，性能及其应用；铸件结构的铸造工艺分析及设计的基础知识；铸造工艺方案确定；铸件浇注与浇注系统设计原理，冒口的设计以及铸件工艺装备设计等，使学生具有铸件工艺设计的能力。

②掌握金属材料的热处理工艺原理和方法，如：金属的加热、退火与正火、钢的淬火和回火、钢的表面淬火、金属的化学热处理；了解热处理新技术（真空热处理、形变热处理、离子化学热处理、渗金属、激光热处理和复合热处理等）在工业生产中的应用和发展趋势；掌握热处理工艺对组织与性能的影响规律，初步具有设计热处理工艺的能力。

③掌握常用的焊接方法（如熔化焊），焊接热过程、焊接化学冶金过程和物理冶金过程, 工程中常用的金属材料（低合金钢、不锈钢、铸铁、铝合金、钛合金）的焊接工艺特点，常用焊接材料和常见的焊接缺陷，焊接应力与变形。

④掌握金属冲压、锻造与轧制加工的方法和技术。

包括：冲压性能及试验，冲裁、弯曲与拉伸过程成型性分析、变形力计算及工艺设计；锻造工艺基础，自由锻工序与工艺，模锻类型及分析，模锻工艺设计及变形力计算；轧制原理，型材与板材的轧制工艺流程及主要工艺问题。

⑤了解现代流行的新型化学热处理工艺、各种表面沉积强化方法、表面冶金强化技术、离子注入和冲击硬化等先进的表面处理技术，能用普通低价材料经表面处理代替昂贵的稀有材料，节约能源，降低成本，制作新材料，特别是复合材料和功能材料；机件的维修、修复和装饰。

4）金属材料性能
①理解金属力学性能指标的本质及其与外在服役条件和内部化学成分，组织结构之间的关系，通过服役条件下的失效分析正确选择力学性能指标，正确地评定和选用金属材料。

②掌握金属及合金的物理性能与成分、组织和结构等内部因素之间的关系，以及与温度、应力、电磁场等环境因素之间的关系，学会常用的物理分析方法和手段。

5）材料表征技术
①使学生掌握材料研究和分析测试的一般方法，要求能够根据不同的研究内容选择最适宜的测试仪器；
②掌握光学显微镜、X射线衍射仪、透射电镜、扫描电镜和电子探针、热分析仪、内耗仪、热膨胀仪等仪器的用途和优缺点；
③理解光学显微镜、X射线衍射法、透射电镜物相分析和形貌观察、扫描电镜断口分析和电子探针微区成分分析以及热分析仪、内耗仪、热膨胀仪的基本原理；
④了解光学显微镜、X射线衍射仪、透射电镜、扫描电镜和电子探针、热分析仪、内耗仪、热膨胀仪的构造。

本科阶段除学习以上知识外，金属材料工程专业卓越工程师更注重学生能力和素质的培养。

即：1）学习、应用知识的能力与创新能力（综合运用一般和专门的工程技术知识，对现有的技术和新兴技术的应用进行优化）；2）工程实践能力（应用恰当的理论和实践方法，创新性地分析和解决工程问题）；3）技术与商务领导能力（具备技术、商务和管理的综合能力，率领团队有效地完成工作任务）；4）人际交流能力（展现有效的交流沟通能力）；5）具有职业操守、社会责任和可持续发展的素养（展示自己对职业标准的个人承诺，认识到自己对社会、职业和环境的责任）。

具体表现在：
1. 具有综合运用金属工程理论和技术手段分析并解决工程实际问题的能力，能参与金属产品及生产工艺、装备的开发、设计、运行和维护训练。

1) 根据市场的需求变化及生产技术的发展，能够编制金属材料产品生产过程的改进方法和项目建议书；
2) 参与金属材料生产及工程项目的设计、开发，并考虑原料、成本、生产、环保、安全、劳动保护等因素，选择和评估完成工程项目任务所需的技术、工艺、方法和方案；
3) 参与工程项目计划的制定与实施；完成工程项目任务，参与工程项目的相关评价；
4) 参与工程项目改进意见的提出，并主动从反馈结果中学习与提高；
5) 具有对产品开发、设计、技术改造与创新的初步能力。

2. 综合运用专业与人文社科等知识，参与材料生产过程的运行与管理。

1) 按照材料领域相关标准和程序要求开展工作；具有材料环境、职业健康安全和法律意识；
2) 使用恰当的管理方法，对计划和预算进行管理，制定工作任务并组织必要的人、财、物等资源；
3) 具备处理应对材料生产过程突发危机与事件的初步能力，并采取恰当的行动；
4) 参与材料企业管理、协调等工作，确保工作目标进度实施。

3. 有效的沟通与交流能力。

1) 熟练掌握一门外语，能在跨文化环境下进行沟通与表达；
2) 能够进行工程项目文件的编写，如：可行性分析报告、项目任务书、投标书等，并可进行说明、解释；
3) 具备较强的人际交往能力，能够自我控制并了解、理解他人需求和意愿；
4) 具备较强的适应能力，自信、灵活地处理新的和不断变化的人际环境和工作环境；
5) 能够跟踪材料领域最新技术发展趋势，具备收集、分析、判断、归纳和选择国内外相关文献资料的能力；
6) 具备团队合作精神，并具备一定的协调、管理、竞争与合作的初步能力。

4. 具备良好的职业道德，体现对职业、社会、环境的责任。

1) 掌握一定的职业健康安全、环境的法律法规、标准知识，以及应遵守的职业道德规范。

遵守所属职业体系的职业行为准则；
2) 具有良好的质量、安全、服务和环保意识，并承担有关健康、安全、福利等事务的责任；
3) 为保持和增强其职业能力，检查自身的发展需求，制定并实施继续职业发展计划。

2. 上海大学金属材料工程专业培养方案
上海大学金属材料工程专业卓越工程师采用“3+1”模式，3年在校学习，累计1年在企业或科研院所学习和做毕业设计。

对于工程技术类型的人才，最后1年主要在企业内学习、进行毕业设计；对于少数有意愿从事科学研究的优秀学生，按照科学研究类型人才培养，最后1年主要在校内试验室、校企联合实习基地或校外科研院所进行科学研究。

2.1培养方案制订的基本原则
培养方案制订遵循以下基本原则：
1）人才培养的重心不仅仅是知识传授，还应更侧重于能力的培养。

要以道德养成为根本，以工程技术为主线，注重学生的知识、能力、素质的全面协调发展；
2）通识教育和基础教育兼顾，知识结构合理。

夯实学科基础，实施以培养“人的全面发展”为核心的通识教育；
3）通过强化实践教学，培养学生的工程观念、工程素质。

进一步完善实践课程体系，加强实践环节，实现知识到能力的转化；
4）理论与实践教学相结合，重视案例教学、基于项目的教学和工程实践教学，培养工程能力和素质；
5）以工程项目为载体，使学生在工程环境中接受熏陶，激发学习兴趣，增强工程意识，提升工程素质和能力。

2.2培养方案制订的总体思路
建立符合工程教育规律的教学体系。

围绕工程教育的核心问题制定教学计划、课程设置、教学大纲，突出以工程项目为载体任务拉动式的研讨性和实践性环节设置；梳理现有教学体系，优化课程设置；夯实学科基础，强化工程文化；增加实践性和研讨性课程比例；扩大开放性实验、实训和实习。

建立以工程项目为载体的教学模式。

以项目为载体任务拉动式教学模式贯穿于课程教学的全过程，以工程实例为核心，把知识点与工程应用有机地联系起来。

重视案例教学、项目教学与工程教学，培养工程能力和素质。

改变传统的教学方式，更新授课内容，采用以项目为载体的教学模式。

在课程教学、实践过程中，将学生分成小组开展项目研究，由学生选题、撰写开题报告和实施、答辩，从全方位培养学生的协调管理能力、实践创新能力、团队合作能力和表达沟通能力。

2.3课程体系框架和特点
金属材料专业卓越工程师培养将按照四个阶段（层次）循序渐进地培养。

第一阶段：学习从事金属材料工程专业所需要的相关数学、基础科学、工程技术知识和一定的人文社科知识。

初步了解专业，培养专业兴趣。

第二阶段：进一步学习并掌握从事金属材料工程专业所需要的相关数学、基础科学、工程技术知识和一定的人文社科知识。

初步接触专业基础理论，树立专业志向。

第三阶段：系统学习金属材料的基本理论、基本方法及相关的基本实验技能，了解金属材料工程与技术的发展趋势。

了解工程问题的发现和求解过程，基本掌握分析和解决工程问题的工具和手段，经过一部分专业实训。

第四阶段：通过工程实践，掌握金属材料的基本理论、基本方法及相关的基本实验技能，具备设计、制备、研究、分析新材料的基本能力，并能够应用相关专业基础理论和专业知识，正确分析和解决材料生产过程中的实际问题。

根据工程能力四个阶段的培养要求，在梳理现有教学体系的基础上，建立新的课程体系，优化课程设置，在夯实学科基础的同时，增加实践性和研讨性课程比例，扩大开放性实验、实训和实习时间。

采用讲课与动手同步，强调实践与自学相结合；大部分课程理论部分由校内教师担当，工程应用部分聘请校外专家授课；项目实践部分采用“自主设计-自主实验”模式，指导教师按项目给学生分组并下达项目任务书。

学生以强化课程内容为目的，按照项目要求自己设计试验方案并实施，在实验中发现问题和解决问题并验证。

重点培养学生灵活应用知识能力、动手能力，以及自我获取知识能力。

新的课程体系框架如表1所示。

表1 金属材料专业卓越工程师计划课程体系框架
在该课程体系中，第一阶段和第二阶段主要集中在第一和第二学年完成，以数理、电学与计算机、力学与机械等基础知识的学习为主，学习少量的专业课程。

第三阶段和第四阶段主要以专业知识学习为主，逐步递进，通过对现有课程体系的梳理，确定了以金属材料的组成与结构、材料的表征、材料的制备、材料的性能与应用为核心课程，涵盖若干专业理论课程和实践项目的金属材料工程本科专业理论体系。

新的课程体系具有如下特点：
1）新课程体系分层次、分阶段对学生的工程能力进行培养和考核。

详见表2。

2）更好地体现了学生的知识、能力、素质的全面协调发展。

3）开设“金属材料工程实验技术（1-3）”和“大学生科技实践(1)、(2)”等系列课程，进一步增加了实践环节的比重，完善实践课程体系，实现知识到能力的转化，以提高学生的工程能力。

“金属材料工程实验技术（1-3）”课程是培养学生掌握金属材料的制备，宏观及微观组织与性能基本测试方法与实验技术。

”金属材料工程实验技术
(1)”、”金属材料工程实验技术(2)”实验课程重点培养学生在金属材料的制备、宏观及微观组织与性能基本测试方法以及实验技术等方面的技能。

实验内容有金属与合金的成分设计、金属熔炼、造型、铸造性能及造型材料、铸造工艺、金相实验技术、显微镜使用及显微组织观察、金属塑性成形试验，金属材料力学性能测试等，使学生了解金属材料工程领域研究与实验的方法与技术。

”金属材料工程实验技术(3)”作为实验性的专业高级选修课，以学生实践操作为主，教师辅导为辅的原则，设置了包含高科技实验和计算机模拟在内10组实验，要求每个学生独立系统地完成实例操作和结果分析，以书写小论文和现场答辩的形式作为对学生学习的评价手段，先进的教学手段、方法和理念，对提高我学科本科生的社会竞争能力，从研究型和工程型两个方面均可望打下坚实的基础。

大学生科技实践(1)、(2)是金属材料工程专业实践类课程。

通过参与指导教师的课题研究，在企业基于项目的实践研究，参与企业生产第一线班组的生产质量讨论，工艺流程的制定，突出理论联系实际，使学生加深和加强对基础课及专业课内容的理解，培养他们的实践意识和动手能力。

通过本课程的学习，使学生了解材料研究和材料工程试验的基本方法，提高大学生的文献检索、阅读和综合能力，科研、方案策划和计划，试验数据和结果的整理分析方法，增强学生进行科学实验和动手的能力。

主要内容包括：（1）文献资料查阅与整理：根据指导老师提出的小课题，查阅有关文献资料，以了解课题研究的性质。

国内外的研究动态和达到的水平；（2）试验方法：课题试验方案和计划的制订。

有关实验设备仪器的操作方法，试验步骤和要点，试验结果的整理；（3）报告写作：根据查阅的文献资料和试验写出报告，小结本课程学习的体会和收获。

4）以工程项目为载体，学生在工程环境中进一步接受熏陶，激发学习兴趣，增强工程意识，提升工程素质和能力。

金属材料专业教师在承接国家、省部级课题的基础上，与宝钢集团、上海汽车集团、上海电气集团、鞍钢、首钢、中信泰富等几十家公司建立了良好的合作关系。

近几年，分别从新型模具钢成分优化、强韧化、表面强化、半固态铝合金的产业化、轧辊材料优化、船用钢板、管道用钢、新型汽车钢板（相变诱发塑性钢、双相钢、孪晶诱发塑性钢、烘烤硬化钢等）、超临界/超超临界机组锅炉用钢的研发和生产、不锈钢、冲压成形以及陶瓷材料等方面承担了多项产业化或产学研项目，不仅解决了社会经济发展中的关键材料、工艺问题，而且在这些项目
的支撑下，为本科生人才培养注入了充足的科研经费和课题，同时带动了教学与科研的有机衔接。

将产学研合作优势转化为教学，近年来我们每年都可以持续形成数量可观、方向各异、工作量适中的本科生的研究课题，为我专业的每一名学生精心准备内容丰富的菜单式研究题目，向他们展现宽广深厚的材料研究领域。

基于这种培养理念，长期以来我们一直坚持着为所有的本科生提供具有实际应用价值的研究课题，激励学生参与导师产学研项目。

近年来，有些学生在大二时就开始跟随导师进入实验室和进入企业。

通过以工程项目为载体，学生在工程环境中接受熏陶，激发学习兴趣，增强工程意识，提升工程素质和能力。

5）新的课程体系体现了“校企联合培养”卓越工程师的先进理念，企业不再是简单的用人单位，而是与高校一起参与到培养人才的过程中。

美国Kennametal（肯纳金属公司）创立于1938年，总部位于美国宾夕法尼亚州拉特罗布市，它是集科研、制造及营销为一体的跨国公司。

美国肯纳金属公司在世界上30多个国家设有60多个子公司、分公司、附属机构和合资企业。

作为具有60年历史的世界著名硬质合金刀具生产制造商，美国肯纳金属公司一直是粉末冶金和刀具装置制造业的领袖，目前在世界硬质合金行业排名第二。

肯纳金属公司全球拥有雇员12,000多名，公司的年销售额超过20亿美元。

我们与该公司合作，为材料类高年级本科生开设了一名完全由公司资深专家和有丰富经验的部门经理开设的职业生涯培训课程——《材料类专业职业生涯培训》。

目的在于帮助提高学生的职业素养和竞争力，为今后更快地适应从学生到职员的角色转换做准备。

通过该课程的学习，提高学生的职业素养和专业技能以及工程实践能力。

该课程主要分职业素质课程和产品技术课程两大部分。

其中职业素质课程包括：“自我管理”、“演讲技巧”、“沟通技巧”、“职业形象”、“销售技巧”等；产品技术课程包括：“车削”、“铣削”、“孔加工”、“刀柄”、“刀具设计基本知识”、“陶瓷工程理论和实践”等。

课程结束后，优秀学生通过面试，进入Kennametal公司为学生提供的实习平台，让学生更接近企业，在相互了解沟通中为未来进入企业做好心理和实践能力的准备。

课程的培训不仅使学生更好地了解肯纳公司先进的刀具设计、制造工艺，还使同学们在课程的学习过程中进一步了解了外企先进的企业文化和理念，为将来走入企业，了解企业内涵、企业的发展目标等提高了感性认知和理性认识。

通。