金屬學與熱處理課程教學思考*

徐　陽，李　晶，胡　偉，胡春霞，龔成功

（蘭州工業學院 材料工程學院，甘肅 蘭州730050）

金屬學與熱處理課程教學思考*

徐陽，李晶，胡偉，胡春霞，龔成功

（蘭州工業學院 材料工程學院，甘肅 蘭州730050）

金屬學與熱處理是材料工程專業一門重要的必修專業基礎課，因此結合專業的特點，對金屬學與熱處理課程進行改革，提高學生的學習激情，是當前一項重要的教學任務。

金屬學與熱處理；專業基礎；教學改革

眾所周知，金屬材料是工業、農業、國防、科技等領域使用最廣泛的材料，在國民經濟中占有非常重要的地位。金屬學與熱處理課程是研究金屬材料及其強化方法的課程，是冶金、材料、機械專業學生的必修課程，專業覆蓋面非常廣。涉及金屬學、熱處理、材料學3大教學板塊，是一門理論、實踐兼重的課程，所以在教、學兩方面都有一定的難度。

1　課程介紹

蘭州工業學院是一所服務面向甘肅省制造業、以工科為主的大學，《金屬學與熱處理》是蘭州工業學院材料成型及控制工程和焊接技術及工程專業的必修的專業基礎課。因課程內容基礎性強，它能充分利用學生已經學過的基礎知識（包括物理化學課程等），并能連接后續的材料測試、加工和應用等課程，因此它是承接基礎課和后續專業課的重要環節，而且本課程涉及的相關知識多，因此非常重要。

本課程以培養學生的應用能力為主要目標，理論實踐相結合，使學生通過本課程的學習，熟悉材料科學的相關基礎知識，掌握熱處理的基本原理和工藝，使學生具有合理選擇材料（金屬材料為主）、選用毛坯及分析毛坯結構工藝性及選用合適熱處理方法的能力，為后續部分和專業課程的學習以及將來解決材料的生產、加工等問題打下比較系統而堅實的理論基礎［1-7］。

2　課程教學現狀

2.1課程學時有限

本課程共64學時，其中理論講授54學時，實驗10學時。本課程的內容體系結構包括金屬學原理及熱處理原理兩大部分。其中金屬學是研究金屬或合金的化學成分、組織、結構及性能之間的相互關系及變化規律的科學。利用這條主線主要介紹晶體學基礎、金屬凝固理論、相圖知識、金屬塑性變形與斷裂、金屬的回復與再結晶的基本理論。而金屬熱處理以金屬學為基礎，重點研究固態相變的規律性，研究金屬或合金熱處理組織與性能之間的關系，以及熱處理理論在生產實踐中的應用。理論內容較多，知識點瑣碎繁雜，56個理論學時講授13個章節的所有內容，確實存在一定困難，學生通常不易抓住重點，普遍反映學習有難度，對本課程的學習失去信心。

2.2教材內容較多

本課程選用的教材為崔忠圻和覃耀春主編的《金屬學與熱處理》（第2版），與同類教材相比，該教材非常好地在深度和廣度兩個方面涵蓋了本課程的理論與實踐知識，曾被評為95國優教材，現為十一五國家級規劃教材，但是該教材出版較早，雖然幾年來經過多次再版，但是很多材料領域的最新科技進步的前沿知識沒有反映出來，教材缺乏活力和生動性，學生的知識面較窄，缺乏學習興趣。

3　教學改革

為提高這門課的教學質量，在本課程的教學中采取了以下一些教學方法與手段：

3.1理清教學脈絡

在教材內容較多，學時有限的情況下，只有讓學生理清全書的結構脈絡，抓住重點和難點，才是學生學好這門課的關鍵。

在講緒論時，就向學生介紹這門課是以金屬材料為研究對象，以材料科學研究的四大要素成分、組織、工藝、性能為主線講解，使學生在看似抽象、復雜、枯燥的內容中尋找到其內在、本質的規律。這門課的主要研究內容可概括為一個關系：成分——組織——結構——性能；兩張圖：Fe-Fe3C相圖（成分、組織）、C曲線（制備、加工）；三種材料：鋼、鑄鐵、有色金屬，四種熱處理：退火、正火、淬火、回火。

在“成分——組織——性能”這條主線中，成分決定組織，組織決定性能，性能體現組織，組織體現成分。我們來分析一下這條主線之間與各個章節之間的有什么樣的相互關系：

3.1.1成分

鋼的成分主要是由鋼的冶煉過程決定的，鋼的成分主要是由Fe、C、Si、Mn、P、S、合金等元素組成、其中Fe和C元素是最基本的兩大元素，所以我們要先學習Fe-C合金，在學習Fe-C合金之前，要先學習二元合金，如果有時要特殊考慮其它某些元素對鋼性能的影響，必須學習多元合金相圖來分析問題，在多元合金相圖中，三元相圖是最簡單的一種，但與二元相圖比較，三元相圖的類型多而復雜。

3.1.2組織結構

冶煉好的成分合格的鋼水要經過凝固形成固態的鑄坯，因此必須學習金屬的結晶過程，金屬結晶后形成的組織結構極大地影響到金屬的加工性能和使用性能。鑄坯或鑄錠一般要加工成型材后才可使用，因此要學習塑性變形的知識，型材的深加工由于加工硬化而變得困難，應當學習回復和再結晶處理。

金屬與合金的熔煉及結晶、冷變形金屬的回復與再結晶以及后續的熱處理工藝過程中都存在擴散現象，因此要深入了解這些過程，就必須掌握有關擴散的知識。

3.1.3性能

為了合理使用金屬材料，就必須掌握其性能，并了解影響其性能的因素。影響金屬材料性能的因素有內因和外因兩個方面：內因是材料的化學成分和組織結構；外因是材料的加工工藝，主要是指熱處理和塑性變形，如圖1所示。尤其是熱處理是改善金屬材料性能的重要手段，它是通過改變金屬材料的內部組織結構來達到改善其性能的目的。而某些金屬或合金不能用熱處理強化，只能采用塑性變形加工來強化性能。

圖1　材料成分、組織結構和性能之間的關系

老師在第一堂課講緒論時就把課程的結構脈絡講清楚，使學生對這門課的各個章節之間的關系搞清楚，這樣就激發了學生的學習熱情，大大調動了學習的主動性和積極性。

3.2及時更新教學內容

教師上課前精心設計，剔除陳舊的教學內容，引入和補充前沿知識。為了使學生的知識結構能夠跟上科技的發展，在教學過程中，要隨時關注金屬學與熱處理方面的最新進展，將其更新到教學內容中，也可以讓學生在課下上網去查閱相關的新工藝和新技術，在課上將查閱的新資料講給老師和同學，充分調動學生學習的主動性，增強學習興趣。

在教學過程中，也可將教師的科研成果和工程實踐補充進課堂中。例如“硅鋼軋制過程中氣氛控制的化學熱力學實驗及理論研究”這個項目中，就把“金屬學與熱處理”和之前學的“物理化學”課程的相關知識融合到一起，可以先給學生介紹什么叫硅鋼，硅鋼有什么用途，硅鋼的生產工藝，硅鋼生產的熱處理氣氛的控制，以及用熱力學原理來解釋。通過這種講授方式使學生清楚地認識到理論課程的重要性，將理論與實踐相結合在工程實踐中具有重大的意義，大大增加了學生的學習興趣，一定程度上拓展了學生的專業知識。

3.3針對不同專業合理組織教學

教學中，針對不同專業的具體情況，講授時有所側重，有所刪減，比如說材料成型及控制工程專業、焊接技術及工程專業和冶金工程專業根據專業的具體情況，可以設置不同的講課學時來講授。無論多課時課程還是少課時課程，重要的基礎知識、基本理論統一要求，保持了課程系統性。而有些知識可以有所側重，如對冶金工程和焊接工程專業，以相圖和結晶為重點，擴散知識必須講；對材料成型與控制工程專業，分為鑄造和模具兩個方向，鑄造方向以相圖和結晶為重點，模具方向以形變再結晶為重點，擴散知識可略講。這樣就保證了課程共性與個性的統一，更重要的是滿足了各專業的實際需要。

3.4科學應用多媒體等現代化教學手段

《金屬學與熱處理》內容龐雜抽象，學生對教學內容、知識點難掌控。一方面全程采取多媒體教學，在課件中加入大量圖片、視頻，圖聲并茂，盡可能豐富教學內容。同時為避免學生記筆記難、無暇聽課等多媒體教學的短處，在尚未實現教學資源上網的階段，及時將電子版多媒體課件發給學生，學生提前獲得課件后，課堂上更專心于聽課、思考和理解。這樣既提高了課堂教學效率及課后復習效果，又便于鼓勵其自學。曾經擔心學生獲得課件后會不聽課，實踐證明這種方法和措施不僅可以提高課堂教學效率，更重要的是大大提高了學生的學習積極性。

3.5采取啟發式、討論式等教學方法，提高學生的學習興趣與積極性

為提高學生的學習興趣，一方面教學思路上盡可能從現象出發，繁雜的理論分析之后，回到實際應用，使學生意識到學有所用；另一方面加強課堂提問，鼓勵同學積極、踴躍提出問題；同時，針對不同的課程內容，采取多種形式的課堂討論，加強習題課，并輔以自學相結合的方式，課后與同學及時交流，強化了課堂教學的互動性，使同學及時消化與鞏固所學知識，充分調動學生學習的主動性與積極性。

3.6重視實踐教學環節

材料工程專業是一個實踐性很強的工科專業，金屬學與熱處理課程更是與實際緊密結合的專業基礎課，因此實驗教學是教學過程中的重要環節。在實驗教學中基礎實驗與大綜合性實驗也都圍繞這“成分——組織——性能”這條主線進行開設，從而深化學生對基礎理論、基本知識的真正理解與掌握，達到全面、綜合的專業技能訓練目的，提高學生動手解決問題的能力。

該課程可以按照這條主線設置以下幾個實驗項目，如圖2所示：

圖2　實踐教學體系框圖

1）金屬化學成分分析實驗：利用金屬直讀光譜儀和氫氧氮分析儀測定金屬材料的成分。

2）金相組織分析實驗：包括對各種典型金屬材料進行試樣的制備與組織觀察。

3）金屬力學性能測試實驗：利用萬能試驗機、扭轉試驗機、沖擊試驗機、硬度計測定各種力學性能指標。

在課下開放實驗室，鼓勵學生到實驗室，在實驗老師的指導下對自己感興趣的實驗進行動手操作。還可以舉辦金相大賽，通過金相技能競賽，為同學們提供一個實踐平臺，加深同學們對本專業金相知識的了解及熱愛，將理論應用于實踐，使同學們的綜合素質得到更全面的提升，也使大家對專業的熱愛轉化為實際。

4　結論

總之，金屬學與熱處理是一門基礎理論和工程實踐緊密結合的課程，通過以上改革方式將書本上的理論知識與工程實際相接軌，將枯燥難懂的理論內容變得鮮活起來，讓學生對這門課感興趣，這是我們每個專業教師必須重視的問題，因此我們在每堂課之前都要精心設計教學內容和教學方法，力爭上好每一節課。

［1］于景媛．《金屬學與熱處理》課程教學改革初探［J］．實驗科學與技術．2014，12（4）：183-185．

［2］姚永紅．《金屬學與熱處理》學習方法淺析［J］．安徽電子信息技術學院學報．2004，3（5）：222．

［3］王海燕．關于“金屬學與熱處理”課程課堂教學的思考［J］．中國冶金教育．2007（5）：31-33．

［4］何代華．金屬學與熱處理課程教學改革［J］．中國冶金教育，2014，（3）：5-6．

［5］程光輝．金屬學與熱處理課程教學改革與初步實踐［J］.濟源職業技術學院學報．2011，10（4）：86-88．

［6］王豫．金屬學與熱處理課程教學內容和教學方法的改革實踐［J］．安徽工業大學學報．2001，18（4）：106-107．

［7］王明光．《金屬學與熱處理》課程教學方法研究與實踐［J］．黑龍江冶金．2013，33（5）：60-62．

G642

2016年度蘭州工業學院青年科技創新項目，項目編號：16K-008。