《金属材料与热处理》专业课教学模式初探

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  【摘要】《金属材料与热处理》是机械类技工学校的一门技术基础课,作为技校生必须首先学好这门课程。为此,在教学的过程中应该根据本学科特点实施教學,培养、激发学生的学习兴趣,突破教学难点。
  【关键词】技校学生 专业基础课 教学模式
  【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2014)04-0254-02
  《金属材料与热处理》是技工学校机械加工专业的一门专业基础课,主要研究的是金属材料的成分、组织、性能、用途及其与热处理之间的关系和变化规律[1, 2]。材料的成分与组织决定性能,而性能决定用途,通过热处理可改变金属材料的成分、组织,从而达到改变性能、用途的目的。掌握了金属材料的成分、组织和性能的变化规律,就可以将理论应用于生产实践,在生产中做到合理选材,合理安排热处理工艺,正确制定工件加工工艺的路线及方法,从而获得满足加工精度、表面质量和性能要求的优良工件。但是本课程的特点是内容繁杂抽象,而且概念多、术语多、牌号多、难理解、难记忆,对于学习基础欠佳,没有养成良好的学习习惯、对理论学习缺乏兴趣的技校学生来说,学习起来比较困难。针对学生现状,培养学生的学习兴趣,上好这门抽象但又与生产实践紧密相联的重要的专业基础课,让学生们学到专业基础知识,笔者在教学过程中主要强调了以下几点:
  一、激发学生的学习热情
  首先,谈古论今,上好第一节课。第一印象在心理学上被称为首因效应[3],专业课老师与学生的第一次接触,要重视专业课的入门教学。在课程的绪论部分,要生动讲述该学科的产生、发展、应用及其影响,激起学习者的学习热情,诱导学生探索专业奥秘的欲望,教学中要能给学生惊喜、新奇、实际之感。专业理论要和实践相结合,多联系生产生活中的事例。例如,我上绪论课时,先介绍本专业有关情况,说明本课程的重要性及学习本课程的必要性,明确地位;然后解释“金属材料”的概念及其分类,巧妙地引入本课的基本内容,通过列举身边所用到的各种金属材料,以及有关热处理工艺的知识,使学生感觉知识就在身边,从而自然引出金属材料、热处理工艺在工、农、科学技术等各个方面的应用,彰显金属材料的重要性,激发学生的学习兴趣。
  其次,趣味盎然地导入新课。所谓导入,关键是引起学生注意、激发学习兴趣,形成学习动机,明确学习目标和建立知识间联系的教学活动方式[4]。新课的导入虽仅占几分钟时间或仅有几句话,但它是教学过程的重要环节和阶段,它正如戏曲的引子,影视剧的“序幕”一样,可以引起学生的注意和兴趣,拨动学生的心弦,充分调动学生的学习积极性和主动性。例如在学习钢的表面热处理这一节时,以“外焦里嫩”的油炸食品启发学生思考,如何使同一种材料制作的零件具有“外焦里嫩”的特性,即零件表面具有高的硬度和耐磨性,而零件的内里具有足够的塑性和韧性呢?钢的表面热处理就可以很好地解决这个问题。如此导入新课,既可以指导学生联系日常生活常识去学习,又可以激发他们学习热处理原理的兴趣,使枯燥的知识变得趣味横溢。
  再次,兴致勃勃地组织参观实习,增强感性认识。刚入学的学生对《金属材料与热处理》的感性认识少,仅凭课堂教学难以达到效果。因此,要采取有效措施,增强学生的感性认识、激发学生的学习兴趣,有计划地组织学生下车间锻炼,进企业参观,多接触各种金属材料,了解金属的切削加工,以及热处理工艺的方法和热处理工序的安排等,并适时提出问题,诱导学生产生探究的兴趣。例如,在工厂参观零件的整个加工工艺过程时,同学们会看到不同的零件不仅采用的热处理方法不同,而且各种热处理工序的安排也不一样,这时我就向他们提出,在零件的加工路线中,为什么要将正火、退火安排在“粗加工”前,而“淬火、回火、渗碳、渗氮”处理必须放在“粗加工”之后呢?启发学生初步了解热处理的工序位置不同,所起到的作用不同,“粗加工”前是为改善切削加工性,而“粗加工”之后是为满足零件的力学性能要求等。这样不仅开拓了学生的视野,也有利于调动学生的学习积极性。
  二、培养学生的学习兴趣
  首先,扣人心弦地设置问题,培养浓厚兴趣。浓厚持久的学习兴趣要在好学深思,不断解决问题的过程中深化和发展。在教学中,必须培养学生多思、勤思、善思的习惯,让学生思维进入“生疑—质疑—释疑”的良好循环过程。思考越深入,提出的问题越深刻,解释后取得的效果越明显。要使学生生疑,教师就要善于设疑,设疑的难度要适当,使得学生通过思考和学习能够解疑,这样才会对学生产生极大的吸引力和促动力,取得良好的教学效果。例如在学习钢的热处理时,可以提出问题:铁匠在制造凿子等工具时,为什么要先把胚料放到加热炉中烧红再打?不加热行不行?锻打以后,为什么要浸入水中?不浸行不行?浸水之后取出,放到炉中加热,这又是为什么呢?这一连串的疑问,环环相扣,促使学生思维步步深入,让学生带着浓厚的兴趣完成学习任务。
  三、明确课程重点
  从整个课程结构看,原理、工艺、材料为重点,其中工艺、材料为重中之重。原理部分主要包括结构、结晶理论、Fe-Fe3C相图理论、热处理原理,其重点是“两图”,即Fe-Fe3C相图和共析钢奥氏体等温转变曲线图。Fe-Fe3C相图是研究铁碳合金的理论基础[5],共析钢奥氏体等温转变曲线图,是研究热处理的理论基础。对于这“两图”要熟记、理解,并且真正能够学会应用。工艺部分主要指热处理工艺,这里重点是整体热处理的四火[6](退火、正火、淬火、回火)和局部热处理的表面热处理,要熟练掌握各种热处理的工艺(加热温度、冷却方式)、目的、组织、热处理后的性能应用。材料部分包括碳钢、合金钢、铸铁、有色金属及硬质合金,其重点是碳钢、合金钢、铸铁,要掌握各类材料的牌号、成分、一般施以的热处理方法、性能及用途。
  四、抓住课程主线
  纵观本课程内容,可以找出一条主线,即“成分—组织—性能—应用”,这条主线是本课程的纲,各种金属材料之所以性能不同,主要是其内部组织结构不同。热处理(指普通热处理)是在不改变化学成分的前提下,通过改变组织来达到改变性能的目的,即“工艺—组织—性能”,这可看作是一条副线,可以说这条主线(及其副线)贯穿了整个课程。因此在讲授时应抓住这条主线,并把它贯穿于每一章,每个工艺,每种材料,这样网络就清楚了。例如第二章由“结构—性能”贯穿,晶格类型不同,晶格常数不同,晶粒大小不同,内部缺陷种类的多少不同均会影响金属的性能;第三章由“工艺—组织—性能”贯穿,第四章由“成分—组织—性能”贯穿,其中温度的变化(工艺不同)对铁碳合金的组织也有重大影响,这可由副线解释;第五章、第七章、第八章金属材料部分由“成分—组织—性能—应用”贯穿,第六章由“工艺—组织—性能—应用”贯穿。总之,本课程的大小问题均可由主线引导。   五、重在理解
  《金属材料与热处理》是一门叙述性课程,比较抽象,因此应特别强调对问题的理解。这里应注意以下几点:
  1.对基本概念、名词术语要搞清其物理本质,并充分利用教具、图表等,组织学生脑、眼、耳并用,充分调动学生的主动性、积极性,使之产生兴趣,增强理解记忆效果。例如讲 “固溶强化”,可先以纯铝及铝合金的强度、硬度的差别为例,讲清“固溶强化”在生产中的意义,然后从字面加以解释,再通过看组织示意图从本质上进一步解释,学生就容易掌握了。2.对于一些重要规律要加以解释,例如含碳量对铁碳合金力学性能的影响规律;淬火钢回火时,回火温度与力学性能的变化规律等。可通过组织的变化加以解释,并与实际结合起来举例说明。3.对于一些重要观点要加以阐明。例如热处理强化、合金化强化、细化晶粒强化均是强化金属材料的重要手段,要通过生产中的实例加以阐明,并说明其各自的特点及应用。4.对于一些问题要进行综合分析。培养学生分析问题、解决问题的能力,是技工学校培养学生的目的。要达到这个目的,除对基本知识熟练掌握外,还应能够将前后知识联系起来综合考虑。例如对45钢要能利用Fe-Fe3C相图理论分析平衡状态下的室温组织及其性能,又能利用热处理知识对其施以正确的热处理工艺,以进一步改善其性能,同时还能利用金属材料知识说明其用途。
  六、结合实践
  《金属材料与热处理》属实用性科学,先要解决选材及工艺问题,在讲授时应注意以下几点:1.与各专业密切结合,对不同专业有不同侧重。例如金属结晶理论Fe-Fe3C相图與铸造焊接专业联系紧密,各种碳钢的牌号、成分、性能与车削加工效率的提高密切相关。金属材料知识与机械制造各专业均有密切联系,但也要有不同侧重。如焊工侧重普通碳素钢;车工钳工侧重优质碳素钢;钳工工具多为碳素工具钢、低合金结构钢;而车工工具多为高速钢、硬质合金等。总之对不同专业要有不同侧重,不能用同一教案。 2.要能找到每个理论、每种材料、每个工艺在生产实际中的落脚点。《金属材料与热处理》的每个理论都与生产实际有密切联系,每种材料都有特定的应用范围,这些都要在讲授中具体体现出来,通过生产中的实例加以说明。3.对于生产实际问题,要能从理论上分析,并能从理论上找到解决实际问题的方法。例如钳工在锉削铸铁件时硬度过高,难以锉削,要能从石墨化的理论上找到硬度过高的原因是白口所致,故可采用石墨化退火[7],消除白口降低硬度以便于切削加工。此外,理论教学与实习教学紧密联系,将会收到更好的教学效果。例如车工在实习车削碳素钢时会发现,车削低碳钢时,断屑难、粘屑,加工表面粗糙,加工性较差;车削中碳钢时会产生不连续的切屑,被加工表面质量优于低碳钢,加工性良好;车削高碳钢时,切削力和刀具磨损比车削中碳钢时要大,刀具耐用度低,加工性差。探究这种客观现象原因的好奇心,可以极大地激发学生的学习热情,通过课堂理论讲授对这一部分的学习,学生们可以比较好的掌握碳素钢的切削加工性取决于含碳量,碳素钢随着含碳量的增加硬度增大,韧性降低。这种教学策略可以使学生印象深刻,收到满意的教学效果。
  参考文献:
  [1]姚桂玲.趣学趣教《金属材料与热处理》例谈[J].中国科教创新导刊,2011,76.
  [2]刘金明,刘国平.“金属材料与热处理”课程体系构建及教学方法优化[J].中国电力教育, 2013,273,(5).
  [3]彭红. 首因效应对高职课堂教学的影响及其对策[J].无锡职业技术学院学报 ,2012, 11,(1).
  [4]尚晓艳,赵奎友.导入新课——大学英语课堂的兴奋剂[J].兰州教育学院学报,2013, 29, (9).
  [5]陈瑞均.探讨《金属材料与热处理》中“铁碳合金相图”的应用[J].课程教育研究,2013, (7).
  [6]孔建,徐海峰. 一种热处理新工艺在9SiCr模具钢中的应用研究[J].热加工工艺 ,2013, 42, (16).
  [7]马文旭,毛磊,秦森.可锻铸铁石墨化退火工艺的优化[J]. 热处理, 2013, 28 ,(1).
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