《金屬材料與熱處理》專業課教學模式初探

周桂英

【摘要】《金屬材料與熱處理》是機械類技工學校的一門技術基礎課，作為技校生必須首先學好這門課程。為此，在教學的過程中應該根據本學科特點實施教學，培養、激發學生的學習興趣，突破教學難點。

【關鍵詞】技校學生 專業基礎課 教學模式

【中圖分類號】G71 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）04-0254-02

《金屬材料與熱處理》是技工學校機械加工專業的一門專業基礎課，主要研究的是金屬材料的成分、組織、性能、用途及其與熱處理之間的關系和變化規律[1， 2]。材料的成分與組織決定性能，而性能決定用途，通過熱處理可改變金屬材料的成分、組織，從而達到改變性能、用途的目的。掌握了金屬材料的成分、組織和性能的變化規律，就可以將理論應用于生產實踐，在生產中做到合理選材，合理安排熱處理工藝，正確制定工件加工工藝的路線及方法，從而獲得滿足加工精度、表面質量和性能要求的優良工件。但是本課程的特點是內容繁雜抽象，而且概念多、術語多、牌號多、難理解、難記憶，對于學習基礎欠佳，沒有養成良好的學習習慣、對理論學習缺乏興趣的技校學生來說，學習起來比較困難。針對學生現狀，培養學生的學習興趣，上好這門抽象但又與生產實踐緊密相聯的重要的專業基礎課，讓學生們學到專業基礎知識，筆者在教學過程中主要強調了以下幾點：

一、激發學生的學習熱情

首先，談古論今，上好第一節課。第一印象在心理學上被稱為首因效應[3]，專業課老師與學生的第一次接觸，要重視專業課的入門教學。在課程的緒論部分，要生動講述該學科的產生、發展、應用及其影響，激起學習者的學習熱情，誘導學生探索專業奧秘的欲望，教學中要能給學生驚喜、新奇、實際之感。專業理論要和實踐相結合，多聯系生產生活中的事例。例如，我上緒論課時，先介紹本專業有關情況，說明本課程的重要性及學習本課程的必要性，明確地位；然后解釋“金屬材料”的概念及其分類，巧妙地引入本課的基本內容，通過列舉身邊所用到的各種金屬材料，以及有關熱處理工藝的知識，使學生感覺知識就在身邊，從而自然引出金屬材料、熱處理工藝在工、農、科學技術等各個方面的應用，彰顯金屬材料的重要性，激發學生的學習興趣。

其次，趣味盎然地導入新課。所謂導入，關鍵是引起學生注意、激發學習興趣，形成學習動機，明確學習目標和建立知識間聯系的教學活動方式[4]。新課的導入雖僅占幾分鐘時間或僅有幾句話，但它是教學過程的重要環節和階段，它正如戲曲的引子，影視劇的“序幕”一樣，可以引起學生的注意和興趣，撥動學生的心弦，充分調動學生的學習積極性和主動性。例如在學習鋼的表面熱處理這一節時，以“外焦里嫩”的油炸食品啟發學生思考，如何使同一種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，而零件的內里具有足夠的塑性和韌性呢？鋼的表面熱處理就可以很好地解決這個問題。如此導入新課，既可以指導學生聯系日常生活常識去學習，又可以激發他們學習熱處理原理的興趣，使枯燥的知識變得趣味橫溢。

再次，興致勃勃地組織參觀實習，增強感性認識。剛入學的學生對《金屬材料與熱處理》的感性認識少，僅憑課堂教學難以達到效果。因此，要采取有效措施，增強學生的感性認識、激發學生的學習興趣，有計劃地組織學生下車間鍛煉，進企業參觀，多接觸各種金屬材料，了解金屬的切削加工，以及熱處理工藝的方法和熱處理工序的安排等，并適時提出問題，誘導學生產生探究的興趣。例如，在工廠參觀零件的整個加工工藝過程時，同學們會看到不同的零件不僅采用的熱處理方法不同，而且各種熱處理工序的安排也不一樣，這時我就向他們提出，在零件的加工路線中，為什么要將正火、退火安排在“粗加工”前，而“淬火、回火、滲碳、滲氮”處理必須放在“粗加工”之后呢？啟發學生初步了解熱處理的工序位置不同，所起到的作用不同，“粗加工”前是為改善切削加工性，而“粗加工”之后是為滿足零件的力學性能要求等。這樣不僅開拓了學生的視野，也有利于調動學生的學習積極性。

二、培養學生的學習興趣

首先，扣人心弦地設置問題，培養濃厚興趣。濃厚持久的學習興趣要在好學深思，不斷解決問題的過程中深化和發展。在教學中，必須培養學生多思、勤思、善思的習慣，讓學生思維進入“生疑—質疑—釋疑”的良好循環過程。思考越深入，提出的問題越深刻，解釋后取得的效果越明顯。要使學生生疑，教師就要善于設疑，設疑的難度要適當，使得學生通過思考和學習能夠解疑，這樣才會對學生產生極大的吸引力和促動力，取得良好的教學效果。例如在學習鋼的熱處理時，可以提出問題：鐵匠在制造鑿子等工具時，為什么要先把胚料放到加熱爐中燒紅再打？不加熱行不行？鍛打以后，為什么要浸入水中？不浸行不行？浸水之后取出，放到爐中加熱，這又是為什么呢？這一連串的疑問，環環相扣，促使學生思維步步深入，讓學生帶著濃厚的興趣完成學習任務。

三、明確課程重點

從整個課程結構看，原理、工藝、材料為重點，其中工藝、材料為重中之重。原理部分主要包括結構、結晶理論、Fe-Fe3C相圖理論、熱處理原理，其重點是“兩圖”，即Fe-Fe3C相圖和共析鋼奧氏體等溫轉變曲線圖。Fe-Fe3C相圖是研究鐵碳合金的理論基礎[5]，共析鋼奧氏體等溫轉變曲線圖，是研究熱處理的理論基礎。對于這“兩圖”要熟記、理解，并且真正能夠學會應用。工藝部分主要指熱處理工藝，這里重點是整體熱處理的四火[6]（退火、正火、淬火、回火）和局部熱處理的表面熱處理，要熟練掌握各種熱處理的工藝（加熱溫度、冷卻方式）、目的、組織、熱處理后的性能應用。材料部分包括碳鋼、合金鋼、鑄鐵、有色金屬及硬質合金，其重點是碳鋼、合金鋼、鑄鐵，要掌握各類材料的牌號、成分、一般施以的熱處理方法、性能及用途。

四、抓住課程主線

縱觀本課程內容，可以找出一條主線，即“成分—組織—性能—應用”，這條主線是本課程的綱，各種金屬材料之所以性能不同，主要是其內部組織結構不同。熱處理（指普通熱處理）是在不改變化學成分的前提下，通過改變組織來達到改變性能的目的，即“工藝—組織—性能”，這可看作是一條副線，可以說這條主線（及其副線）貫穿了整個課程。因此在講授時應抓住這條主線，并把它貫穿于每一章，每個工藝，每種材料，這樣網絡就清楚了。例如第二章由“結構—性能”貫穿，晶格類型不同，晶格常數不同，晶粒大小不同，內部缺陷種類的多少不同均會影響金屬的性能；第三章由“工藝—組織—性能”貫穿，第四章由“成分—組織—性能”貫穿，其中溫度的變化（工藝不同）對鐵碳合金的組織也有重大影響，這可由副線解釋；第五章、第七章、第八章金屬材料部分由“成分—組織—性能—應用”貫穿，第六章由“工藝—組織—性能—應用”貫穿。總之，本課程的大小問題均可由主線引導。

五、重在理解

《金屬材料與熱處理》是一門敘述性課程，比較抽象，因此應特別強調對問題的理解。這里應注意以下幾點：

1.對基本概念、名詞術語要搞清其物理本質，并充分利用教具、圖表等，組織學生腦、眼、耳并用，充分調動學生的主動性、積極性，使之產生興趣，增強理解記憶效果。例如講 “固溶強化”，可先以純鋁及鋁合金的強度、硬度的差別為例，講清“固溶強化”在生產中的意義，然后從字面加以解釋，再通過看組織示意圖從本質上進一步解釋，學生就容易掌握了。2.對于一些重要規律要加以解釋，例如含碳量對鐵碳合金力學性能的影響規律；淬火鋼回火時，回火溫度與力學性能的變化規律等。可通過組織的變化加以解釋，并與實際結合起來舉例說明。3.對于一些重要觀點要加以闡明。例如熱處理強化、合金化強化、細化晶粒強化均是強化金屬材料的重要手段，要通過生產中的實例加以闡明，并說明其各自的特點及應用。4.對于一些問題要進行綜合分析。培養學生分析問題、解決問題的能力，是技工學校培養學生的目的。要達到這個目的，除對基本知識熟練掌握外，還應能夠將前后知識聯系起來綜合考慮。例如對45鋼要能利用Fe-Fe3C相圖理論分析平衡狀態下的室溫組織及其性能，又能利用熱處理知識對其施以正確的熱處理工藝，以進一步改善其性能，同時還能利用金屬材料知識說明其用途。

六、結合實踐

《金屬材料與熱處理》屬實用性科學，先要解決選材及工藝問題，在講授時應注意以下幾點：1.與各專業密切結合，對不同專業有不同側重。例如金屬結晶理論Fe-Fe3C相圖與鑄造焊接專業聯系緊密，各種碳鋼的牌號、成分、性能與車削加工效率的提高密切相關。金屬材料知識與機械制造各專業均有密切聯系，但也要有不同側重。如焊工側重普通碳素鋼；車工鉗工側重優質碳素鋼；鉗工工具多為碳素工具鋼、低合金結構鋼；而車工工具多為高速鋼、硬質合金等。總之對不同專業要有不同側重，不能用同一教案。 2.要能找到每個理論、每種材料、每個工藝在生產實際中的落腳點。《金屬材料與熱處理》的每個理論都與生產實際有密切聯系，每種材料都有特定的應用范圍，這些都要在講授中具體體現出來，通過生產中的實例加以說明。3.對于生產實際問題，要能從理論上分析，并能從理論上找到解決實際問題的方法。例如鉗工在銼削鑄鐵件時硬度過高，難以銼削，要能從石墨化的理論上找到硬度過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，理論教學與實習教學緊密聯系，將會收到更好的教學效果。例如車工在實習車削碳素鋼時會發現，車削低碳鋼時，斷屑難、粘屑，加工表面粗糙，加工性較差；車削中碳鋼時會產生不連續的切屑，被加工表面質量優于低碳鋼，加工性良好；車削高碳鋼時，切削力和刀具磨損比車削中碳鋼時要大，刀具耐用度低，加工性差。探究這種客觀現象原因的好奇心，可以極大地激發學生的學習熱情，通過課堂理論講授對這一部分的學習，學生們可以比較好的掌握碳素鋼的切削加工性取決于含碳量，碳素鋼隨著含碳量的增加硬度增大，韌性降低。這種教學策略可以使學生印象深刻，收到滿意的教學效果。

參考文獻：

[1]姚桂玲.趣學趣教《金屬材料與熱處理》例談[J].中國科教創新導刊，2011，76.

[2]劉金明，劉國平.“金屬材料與熱處理”課程體系構建及教學方法優化[J].中國電力教育， 2013，273，（5）.

[3]彭紅. 首因效應對高職課堂教學的影響及其對策[J].無錫職業技術學院學報 ，2012， 11，（1）.

[4]尚曉艷，趙奎友.導入新課——大學英語課堂的興奮劑[J].蘭州教育學院學報，2013， 29， （9）.

[5]陳瑞均.探討《金屬材料與熱處理》中“鐵碳合金相圖”的應用[J].課程教育研究，2013， （7）.

[6]孔建，徐海峰. 一種熱處理新工藝在9SiCr模具鋼中的應用研究[J].熱加工工藝 ，2013， 42， （16）.

[7]馬文旭，毛磊，秦森.可鍛鑄鐵石墨化退火工藝的優化[J]. 熱處理， 2013， 28 ，（1）.