鑄造專業冶金原理課程教學改革探索與實踐

徐流杰李秀青.河南科技大學摩擦學與材料防護教育部工程研究中心 河南洛陽 470032.河南科技大學材料科學與工程學院 河南洛陽 47003

?

鑄造專業冶金原理課程教學改革探索與實踐

徐流杰1,2李秀青1
1.河南科技大學摩擦學與材料防護教育部工程研究中心 河南洛陽 471003
2.河南科技大學材料科學與工程學院 河南洛陽 471003

摘 要：冶金原理是鑄造專業的一門重要的專業基礎課，針對鑄造專業的知識結構和教學特點，設計了鑄造專業冶金原理課程大綱，并從激發學生的學習興趣，理出課程教學主線，介紹和展示課程相關的前沿研究方向三方面探討了課堂教學方法。

關鍵詞：鑄造；冶金原理；教學大綱；課堂教學

冶金原理是冶金專業的重要必修課，內容包含火法冶金、濕法冶金、電冶金，一般為80學時。鑄造與冶金密不可分，體現在三大方面。其一，鑄造過程所用的原材料來源于礦石冶煉成的合金，鑄造是根據需要將各種原材料進行合理配比后熔化成合金液，然后澆注成形為鑄件毛坯，而熔煉所用的原材料是通過冶金過程獲得的。其二，鑄造合金熔化過程中涉及冶金，如鋼的精煉、除氣涉及物理化學反應，合金相的分解、熔化與溶解均與冶金物理化學過程有關；其三，澆鑄到砂型過程及之后的凝固過程存在冶金物理化學反應，如合金液與型砂的作用、合金液中新相的形成涉及冶金熱力學和冶金物理化學。

“沒有冶金就沒有鑄造”。在中國古代，冶金與鑄造是不分的，通常認為鑄造就是冶金。因此，冶金原理是鑄造專業的一門專業基礎課，研究鑄造合金熔煉、澆注過程和金屬/鑄型界面作用過程中熱力學共性問題均需要用到該課程的知識，該課程是指導鑄造合金熔煉過程中化學成分控制、坩堝爐襯材料選擇以及澆鑄過程中缺陷預防的基礎理論之一，是鑄造專業鑄造合金及熔煉、 造型材料以及鑄造工藝學等課程的理論基礎之一。通過對本課程的學習，使學生掌握冶金過程的基本原理，培養學生分析和解決冶金過程理論和實際問題的能力，為后續專業課程的學習和工作實踐奠定基礎。目前，很多學校鑄造專業開設冶金原理課。相對于冶金專業的80學時，鑄造專業通常僅有32學時，必須進行教學內容優化。

1 教學大綱設計

目前的教材均是針對冶金專業編寫的[1-4]，為了滿足鑄造專業學生對冶金學知識的要求，同時符合學校設計的32時的要求，本文重新為鑄造專業的學生設計了冶金原理教學大綱。因為鑄造專業主要應用火法冶，而濕法冶金幾乎不涉及，電冶金也涉及較少，因而本大綱中刪除了濕法冶金和電冶金的內容，重點學習火法冶金相關內容，包括熱力學、動力學及其應用。新編制鑄造專業教學大綱具體內容如表1所示。按照新編制的大綱學習，學生可以迅速掌握與鑄造專業相關的冶金學原理知識及相關的應用。

表1 鑄造專業冶金原理教學大綱

2 課堂教學

關于高校課堂教學方法已有大量文獻述及[5-7]，本文僅針對鑄造專業冶金原理課程，談幾點筆者近年來的課堂教學方法與體會。

2.1 激發學生的學習興趣

興趣是最好的老師，學生對課堂教學內容是否感興趣直接關系到教學效果。本課程一般在大學四年級開設，學生面臨畢業后工作的壓力，也有很多學生要準備研究生入學考試，這個階段學生普通學習興趣不高。冶金原理課重在講解冶金過程中的物理化學原理，公式很多，如果學生無法跟上教師講課的節奏，也就難以理解后面的內容。提高學生的興趣成為課堂教學成敗的關鍵。

第一，教學過程中討論學生感興趣相關知識。如在講授鋼鐵冶金時，讓學生討論為什么楊過的玄鐵劍那么硬。很多青年學生都有一個武俠夢，對金庸先生的武俠小說很感興趣，當時有學生回答：這把劍是由天外來石煉成的，經分析是隕石，為什么硬度高呢？從材料學的角度進行分析，這塊石頭含的合金元素與普通鋼不同，最終學生得出了分析結果，可能隕石中鎢元素含量比較高，經過冶煉后，其成分接近高速鋼，所以硬度高。這樣，通過學生感興趣的點，既學習了本課程的知識，又鍛煉了學生分析問題的能力，還加深了學生對以前所學知識的理解，可謂“一舉三得”。

第二，合理利用多媒體。科學技術的迅速發展為多媒體教學提供了良好的條件，由于圖文聲像并茂，能夠多角度調動學生的情緒、注意力和興趣，多媒體教學已成為課堂教學的重要部分。講授該課程時可以利用多媒體播放鑄造合金熔煉、精煉及燒注過程，講解鑄造過程中可能涉及的冶金原理，使學生可以更好地將該課程的知識與自己的專業聯系起來。中國五千年的文明史也是冶金與鑄造技術的發展史，課堂教學過程中可以利用多媒體給學生展示各個歷史時期的典型鑄造產品及冶金技術，在博物館里可以找到這些素材，這些直觀的視覺沖擊可以引起學生學習的興趣。

2.2 理出課程教學主線

冶金原理課程知識信息量大，有限的課程學時無法講解其全部內容，理出教學主線顯得尤為重要。作者講解的主線為：冶金熱力學原理為基礎，氧勢圖為其載體。在設計的教學大綱中安排了大量的學時講解冶金熱力學的基本原理，因為這是后面章節學習的基礎，熟練掌握了冶金熱力學原理，后面的章節學習就很容易，氧勢圖是冶金熱力學基本原理的一個具體應用，最后三章內容涉及化合物的形成分解、氧化物還原熔煉反應及氧化熔煉反應，均能以氧勢圖為載體進行講解。通過理出課程教學主線，可以使學生清晰的了解課程的主要教學內容，有助于學生更好的理解掌握相關知識點。

2.3 課程相關的前沿研究方向介紹與科研成果展示

美國學生高中時代已開始科學研究，而中國學生大學四年級做畢業設計時才開始接觸科學研究，并非中國學生不喜歡科學試驗，而是教育體系所限。目前，大學教師都從事科學研究，每名教師都有責任將與課程相關的前沿研究方向和最新科研成果介紹給學生。筆者在講課過程中，經常插入一些與該部分課程內容相關的新發表的成果。新的成果由于不成熟，有些成果甚至還有爭議，編制的教材上一般不會選用，將這成果介紹給學生，可以讓學生了解學科的前沿知識內容，滿足學生獵奇心理，感興趣的點也許成為學生今后事業的努力方向。筆者從事難熔合金的粉末冶金研究，對每一屆學生都抽出時間專門介紹近年來本課題組在這方面的研究成果，自己研究的方向能夠講得比較深入、透徹，講授過程中不僅與學生分享成功的成果，也分享科研過程中失敗的經歷。

3 結束語

冶金原理是鑄造專業的一門重要的專業基礎課，因教學學時所限，須對教學內容進行取舍，取舍的原則必須滿足鑄造專業學生對冶金學知識的要求。課堂教學須引起學生的學習興趣，作為專業課教師，講授該課程應該理論聯系實際，從科學研究的角度探討課程的知識點可以激發出學生的好奇心，進一步引起學生學習的興趣，該教學方法也可嘗試用于其他專業課程的教學。

參考文獻

[1] 黃希祜.鋼鐵冶金原理[M].北京:冶金工業出版社,2005.

[2] 李洪桂.冶金原理[M].北京:科學出版社,2005.

[3] 傅崇說.有色冶金原理[M].北京:冶金工業出版社,1992.

[4] 趙俊學.冶金原理[M].西安:西北工業大學出版社,2002.

[5] 劉瑞玲,王軍,王會霞,梁志敏.金屬成型理論基礎課程建設與教學改革實踐[J].中國現代教育裝備,2014,207(23):5-6.

[6] 黃良仙,劉俠,劉冰.近化學專業無機及分析化學課程教學改革探索與實踐[J].中國現代教育裝備,2015,225(9):49-51.

[7] 張軍紅,魯藝,何冶軍.冶金工程專業卓越工程師創新能力培養[J].中國冶金教育,2015(3):30-32.

Exploration and Practice of Teaching Innovation in Principles of Metallurgy Course for Foundry

Xu Liujie1,2, Li Xiuqing1
1. Engineering Research Center of Tribology and Materials Protection, Ministry of Education, Henan University of Science and Technology, Luoyang, 471003, China
2. School of materials science and engineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang, 471003, China

Abstract:The principle of metallurgy is an important basic technical course for foundry major. In view of the features of the knowledge and characteristics of teaching, the course syllabus for principles of metallurgy was designed. The classroom teaching methods were discussed, which related to stimulating students' interests in studies, sorting out teaching main line, introducing frontier research field and displaying their scientific achievements.

Key words:foundry; principle of metallurgy; course syllabus; classroom teaching

收稿日期：2015-10-21

作者簡介：徐流杰，博士，副教授。李秀青，博士，講師。

基金項目：河南省教育科學“十二五”規劃重點課題(編號：2012-JKGHAB-0034)；河南省高等教育教學改革研究項目(編號：2012SJGLX140)。