基于情境教學法的金屬材料與熱處理課程一體化改革探析

張金梅

摘 要：金屬材料與熱處理是一門專業性強、概念理論多的專業基礎課程，傳統教學方法導致教師難教、學生難學。本文提出，應對其教學內容和教學方法進行一體化改革，用情境教學法增加教學的趣味性、直觀性和實踐性，引導學生自主學習，提高課堂教學效果。同時提出以過程性評價來代替學習結果的學業成績評價思路。

關鍵詞：金屬材料與熱處理 情境教學法 一體化 過程性評

一、背景

金屬材料與熱處理是技工院校機械類專業開設的一門專業性強、概念理論多的專業基礎課程。課程涉及的理論多，與現實生活的聯系少，很多材料的力學性能各具特色，沒有規律，需要強記。教師感到難教，學生學不進去。但這門課又主要講授金屬材料的成分、組織、熱處理與金屬材料性能之間關系及變化規律，是在機械設計與制造過程中有關金屬材料選擇與應用必備的基礎課程。因此必須對其進行一體化改革，將該課程的教學與現實生活、實驗課程、專業課程緊密聯系，增加教學的趣味性、直觀性和實踐性。

二、實施情景教學，提高學生學習能力

情境學習理論是作為提供有意義學習并促進知識向真實生活情境轉化的重要學習理論，對教師重新認識學習者的學習、反思傳統教學具有革命性的影響。金屬材料及熱處理課程的傳統教學多按照教材章節順序講授為主，輔以少量實驗課程，而這種教學方法存在一定的局限性。通過案例教學、任務驅動、項目整合及多媒體現代教學手段的有效結合，創造現代教學所倡導的情景教學教育，引導學生自主學習，可以強化教學效果。

1.提煉案例，有效植入知識要點

在每個教學章節中，應收集提煉一個案例。在整理案例時，教師要注意到該章節重點知識點的涵蓋以及知識的擴展，以現實生活及生產實例的現象作為切入點，以重點知識為主線，設計問題，引導學生思考、查閱、理解并記憶需掌握的名稱、性能及工藝，使金屬材料與熱處理課程成為充滿師生互動，學生互動的趣味課堂。

（1）案例引入。在講授金屬材料的性能時，學生往往不能理解機械零部件的損壞現象與金屬的力學性能之間的關系。這時教師要在教學中將機械零件常見的變形、斷裂與磨損三種損壞形式與現實生活中實例結合起來，實施案例教學。

【案例】1月21日，華電長沙電廠所轄沙坪變電站500千伏線路因連續冰凍覆冰嚴重，導致該線路跳閘停運，強送不成功。26日，送電三分公司組織對該線路進行人工除冰。當時，鐵塔上絕緣子串及導地線覆冰厚度大大超過設計標準，鐵塔不堪重負發生倒塌，導致三名搶修作業人員死亡。我們從專業角度思考以下兩個問題：為什么電力工人要在暴風雪中為高壓線鐵塔除冰？為什么鐵塔會斷裂倒塌？

（2）案例分析。通過引導學生對這兩個問題的深入探討，引出有關“靜載荷”“金屬的變形”以及“強度”的概念：“強度”是金屬在靜載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力。在此事件中，電力工人在暴風雪中為高壓線鐵塔除冰，是為了減輕鐵塔的載荷;由于冰塊使鐵塔的靜載荷大幅度增加，超過了強度設計標準，導致了鐵塔的斷裂和悲劇的發生。

2.任務驅動，激發學生主動求知

任務驅動教學法，是基于建構主義學習理論的教學方法，它是指在教學過程中通過具體任務驅動學生自主學習、協作學習，引導學生在完成任務的過程中主動建構屬于自己的知識和技能。在金屬材料及熱處理課程教學中，以“講清概念、強化應用”為重點，在學生掌握基本理論、方法和技能的基礎上，應通過任務驅動教學法，培養學生應用知識分析問題、解決問題的能力，使學生能夠將所學的每一個分散的內容融會貫通，應用到解決實際問題，激發學生主動求知。

（1）任務引入。教師在講解熱處理的基本方法時，從問題引導著手，讓學生思考：像銼刀、銑刀這一類的切削工具，自身必須具有很高的硬度，它們又是如何被加工的？從而引出預備熱處理的工藝概念。教師在完成退火、正火等熱處理工藝的基本知識講授后，應采用任務驅動教學法，讓學生解決前面的問題思考所留下的疑惑。

【任務】制造銼刀、銑刀等刀具的材料，通常選用的都是高含碳量的碳素工具鋼和合金工具鋼（銼刀：T12;銑刀：W18Cr4V），其硬度高，切削性能差。為使材料具有良好的切削加工性能并為最終熱處理做好準備，在進行切削加工前，請學生思考其應選用的預備熱處理工藝。

（2）任務實施。學生帶著所給的任務，首先分析銼刀、銑刀所選用的T12、W18Cr4V是高含碳量的碳素工具鋼和合金工具鋼，正火后硬度過高，較難進行切削加工;不能像低碳鋼和中碳鋼通常所采用正火代替退火，來提高生產效率，降低能耗。然后分析鋼中是否存在網狀滲碳體組織，若是就要先對其進行正火，以消除鋼中的網狀滲碳體組織，最后再進行球化退火;否則可以直接進行球化退火。通過實踐發現，“任務驅動”法將退火、正火的定義、組織特點及目的、應用的場合等枯燥的知識點與真實工作任務聯系在一起，有利于激發學生的學習興趣，培養學生的自學能力、協作能力和應用知識解決問題的能力。

3.學用合一，拓展知識的融合度

在課程改革中，應突出課程實用性與知識的融合度，實現一體化整合。對鐵碳合金及其組織這部分知識只要求有個基本的了解，重點放在機械零件材料選用上，并以此為切入點，使學生在掌握材料選用所考慮的使用要求、工藝要求和經濟性要求三個原則的同時，熟知熱處理工藝在整個工藝要求中所處的地位及其重要性。

（1）項目整合。即選取典型零件，把典型零件的工作條件、技術要求與材料選擇、加工工藝、熱處理工序的作用分析整合起來，達到材料選擇、機械加工與熱處理知識的融合。

【項目】分析汽車變速齒輪與汽車傳動齒輪的工作條件，通過調研、查找資料，合理選擇所需材料，確定熱處理技術條件和加工工藝，列表對其中的熱處理工序的作用進行分析。

（2）項目實施。學生在分析汽車變速齒輪與汽車傳達齒輪的工作條件時，可以了解到，兩者的工作條件雖然相似，但汽車傳動齒輪的光軸部分要與座體上的軸承相配合，花鍵軸和齒輪要承受更大的載荷。所以在材料的選擇上，汽車變速齒輪屬于典型的要求力學性能“外硬內韌”的零件，要選用淬透性好、晶粒不易長大的合金滲碳鋼20CrMnTi的鍛件毛坯;汽車傳達齒輪要用淬透性、綜合性能好的合金調質鋼40Cr的鍛件毛坯。同時學生會根據熱處理技術條件選擇正確的加工工藝線路及熱處理工藝。

（3）能力提升。通過學用合一，使學生可以獲得有關工程材料的基本理論和基本知識，初步掌握零件設計時的合理選材、用材，正確運用熱處理技術、妥善安排加工工藝路線及材料檢測，具有初步分析和解決實際工程問題的能力。在項目設計時，教師要善于利用已學過的知識來引導學生學習新知識和新技能，使新舊知識相互滲透形成整體，讓學生在愉快的氣氛中既掌握了知識，又發展了解決問題的能力。

4.多媒體教學，豐富教學內容展示

多媒體教學具有容量大、直觀、容易接受的特點。教師可以把課程內容制作成圖文并茂的課件，提高教學效果。例如在講授“純金屬的結晶、拉伸變形、疲勞破壞、塑性變形的過程”內容時，可預先把校企合作企業這方面的實驗生產過程拍攝下來，制作成課件，教學時能生動、清晰、直觀地進行展示，從而提高教學效果。

三、強化實驗，鍛煉學生的動手能力

實驗課程是金屬材料及熱處理教學有效且重要的組成部分。通過實驗，可以使學生在加深對金屬學基礎理論及熱處理原理和工藝的理論學習、理解和掌握的同時，增加對熱處理工序與工藝的感性認識，開發學生的創新能力，促進學生動手動腦能力的全面提升。

1.加大投入，創造必備條件

目前，有一定數量的學校對熱處理實驗課程開設不足，僅開設硬度測試、觀察鐵碳合金的平衡組織等簡單的實驗，而拉伸實驗、熱處理實驗等實驗因實驗設備等條件限制開設得不多，影響了基礎知識學以致用的過程鞏固和動手能力的提高。學校應當加大實驗設施的投入和配備，在現有常用硬度計、金相顯微鏡、預磨機等實驗設備的基礎上，有條件的可以增加靜拉伸實驗儀、箱式電阻爐等熱處理設備，為綜合性實驗做準備。要加強對教學設備的運行維護，保持良好運行狀態，防止在實驗過程中出現安全隱患。

2.理實一體，創新方法內容

熱處理專題實驗內容大多是取材于課程中重要知識點或反映某一工程實踐問題。教師在教學組織上要增加理論知識與實驗內容的結合度，因材施教，進一步完善、優化實驗步驟或方法，針對學生興趣點設計和整合實驗，在掌握基本實驗步驟的基礎上，自行設計實驗，自己分組實施，實現理論課和實驗課一體化。如：在教師的引導下，在已完成20、45、T8、T12鋼式樣的常規熱處理實驗并測試硬度后，可以由學生自己針對45鋼嘗試采用不同的工件擺放方式、冷卻介質、加熱溫度及保溫時間，確定不同實驗方案進行對比試驗。通過不斷地摸索，使學生能夠對不同材料（碳鋼、鑄鐵、合金鋼）進行熱處理并能對金相組織分析;同時對實驗中出現的問題，能利用所學知識及查閱資料，及時改進實驗方案，從而加深學生對知識理解和動手能力提高，達到課程目標。

四、小結

通過采用案例教學、任務驅動、項目整合等情境教學法，利用多媒體教學手段，實現理實一體，使金屬材料及熱處理課程改革得到進一步的完善，激發了學生的情境思維能力，讓學生主動參與到教與學的認知活動中，達到學與用的統一。案例的收集整理、任務和項目的設計、理論知識和實驗內容的整合是課程改革的關鍵點，對教師的知識面、課堂組織、教學手段及教學能力提出了更高要求。同時必須改革課程的傳統考核評價方式，以過程性評價來代替學習結果的學業成績評價，實現學生知識與技能、過程與方法、情感與價值觀的全面發展，這需要學校管理層做好頂層設計，以點帶面，整體推動全校的教學改革和評價方式。

參考文獻：

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[2]尹文艷，張明明.情境教學法在高職教學中的應用研究[J].繼續教育，2015（5）.

（作者單位：南京技師學院）