金屬材料與熱處理課的教學方法

楊國勇

摘 要：本文從激發學生學習興趣出發，以金屬材料的成分、性能和用途為學習主線，從碳元素分清碳鋼和鑄鐵及其性能、講解概念要通俗易懂、聯系實際教學、重視實踐教學等方面，探討如何上好金屬材料與熱處理這門中職學校機械類專業基礎課的教學方法。

關鍵詞：金屬材料與熱處理 教學方法 中職學校

金屬材料與熱處理課程是中職學校機械類專業的一門專業基礎課，是研究金屬材料的成分、組織、熱處理與金屬材料性能間的關系和變化規律的學科，是每個機械類專業學生必學的一門課程。這門課，由于材料種類繁多，其性能又千變萬化，概念多、抽象，學生學習有一定困難。下面筆者就這門課程談一些教學上的方法。

一、激發學生學習興趣

興趣是學習的動力、源泉。想要學生學好金屬材料與熱處理這門課，首先要激發學生學習興趣。筆者是這樣做的：上這門課的第一次，帶上一把菜刀，上課時，舉起菜刀問學生們：“這是什么？”

學生們都說：“菜刀。”

“沒錯，我們每位學生家里都有菜刀，但對菜刀有多少了解呢？菜刀是用什么材料制作的？”

有的學生說：“鋼。”

“沒錯。是不是所有的鋼材都能制作菜刀？”這個就有學生不懂了，有的說是，有的說不是。“不是所有的鋼都能制作菜刀的，因為鋼的材料很多，不同材料的鋼有不同的組織和成分，組織和成分不同，則其性能也不同，那么什么樣的材料才能制作菜刀呢？大家想知道嗎？”

“想。”學生們大聲地說。

“金屬材料與熱處理這門課就是介紹金屬材料的成分、組織及性能的，學習這門課后我們就能知道這些知識，也就知道什么樣的材料能制作菜刀了。”筆者接著又說：“我們有時在菜市場上見到賣菜刀的商人，用菜刀砍鋼板，刀刃一點也沒有損壞，但是當我們把菜刀買回家，用了一段時間后，刀刃就出現不鋒利、卷刃的現象。”

這時有一個學生說：“我家的菜刀就像老師說的一樣，剛開始很鋒利，用一段時間就不行了。”

筆者反問這個學生：“能不能告訴其他學生，這是為什么呢？”

學生說：“不懂。”

筆者說：“學習了這門課的熱處理知識就能了解其中的原因。”

“老師，您現在就告訴我們，好嗎？”學生很渴望了解這些知識。

但是，這時還不能告訴學生，要激發學生的好奇心及興趣，吊吊學生胃口，留下懸念，讓學生期待著聽下一回分解。在后面講課過程中，講解菜刀用了一段時間后硬度降低，出現刃口卷刃現象，是因為菜刀在使用過程中，特別是砍骨頭及刃磨過程中發熱，菜刀刃口退火，硬度降低；還有，菜刀在使用過程中刃口表面被氧化和脫碳，造成刃口含碳量降低，則其硬度降低，于是就出現菜刀刃口不鋒利及卷刃現象。如果菜刀刃用得不久，硬度就降低，說明菜刀材料不好，因此，有一句話“好鋼用在刀刃上，好的鋼才能制作出好的刀具”。每當講到這些，看到學生全神貫注的樣子，就知道學生在認真聽課。可見，調動、激發學生學習興趣的重要性。

二、以金屬材料的成分、性能和用途為學習主線

金屬材料的學習，中職學校的學生對材料內部組織只做一般了解，主要懂得各種常用材料的成分、性能和用途即可。在教學過程中，可以由材料成分的特性歸納出材料的性能及用途，學生容易理解及記憶。如鋼由鐵和碳元素組成，鐵和碳是其成分，碳成分特性是脆性大，如鉛筆和木炭中含碳量較多，較脆；鐵成分的特性是韌性較好。如果鋼中含碳量少，則其性能凸顯鐵的特性，韌性好；如果鋼中含碳量多，則凸顯碳的特性，硬度高而脆，韌性差。再如高速鋼，常用的牌號W18Cr4V，成分是鋼中加入W、Cr、V元素，W元素材料與日常生活中電燈泡上燈絲相同，燈絲叫鎢絲，鎢絲在高溫下不溶斷，因此，鎢具有高熱硬性。用學生生活中見過的事物舉例學生更容易理解。Cr元素在不銹鋼中含有，不銹鋼韌性較好，白白亮亮的不易生銹，就是因為含有鉻。高速鋼中含有Cr元素，也是白白亮亮的不易生銹，因此，在工廠有的師傅又把高速鋼稱為白鋼刀。釩元素能顯著提高鋼的硬度、耐磨性和熱硬性，并能細化晶粒。雖然釩的特性不便于在日常中的使用舉例，但是，從上述的例子也可以得出高速鋼的性能是：具有高熱硬性、高耐磨性，切削時能長期保持刃口的鋒利，故又稱鋒鋼，因此，其用途主要是制作刀具。講到此，筆者問學生：“高速鋼是做菜刀的好材料嗎？”大家說：“是。”

三、以碳元素分清碳鋼和鑄鐵及其性能

鋼鐵材料是以鐵和碳兩種元素為主要元素的合金，以碳元素可以分清碳鋼和鑄鐵及其性能。如含碳量大于0.0218%，小于2.11%，且不含有特意加入合金元素的鐵碳合金為碳素鋼；含碳量大于2.11%的鐵碳合金為鑄鐵。含量碳越高，硬度越大，塑性、韌性降低；鋼含碳量低，則其塑性、韌性較好，具有良好的力學性能；鑄鐵含碳量高，則其硬而脆，力學性能低，但具有良好的鑄造性能和切削加工性能。根據含碳量又把碳鋼分為：低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。根據含碳量可知其性能；低碳鋼強度、硬度較低，塑性、韌性及焊接性良好；中碳鋼具有較高的強度和硬度，塑性和韌性隨著含碳量增加而降低；高碳鋼具有較高的強度、硬度和彈性，但焊接性不好，切削性稍差，冷變形塑性差。

四、講解概念要通俗易懂

金屬材料與熱處理教材上涉及的術語多、概念多，而且抽象，學生學習起來有一定難度。如“強度”，其定義是金屬在靜載荷作用下，抵抗塑性變形或斷裂的能力；“硬度”，其定義是材料抵抗局部變形特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。記得第一次上這門課時，只是從定義內容上講授、解釋這兩個概念，之后筆者提問學生一個問題：“我手中的一支粉筆，兩手輕輕用力就把粉筆折斷了，是說粉筆的強度低？還是說粉筆的硬度低？”筆者一面說一面示范。有的學生說是強度，也有的說是硬度。的確，按照教材上定義內容講授、解釋，學生較難理解。如果教師授課時采用通俗易懂的方法，學生才易于理解、區分這些概念。后來筆者把強度解釋為：材料塑性變形或斷裂的現象用“強度”來表示，如果材料較容易發生塑性變形或斷裂的，則其強度低，相反強度高。把硬度解釋為：材料局部變形，用壓痕或是劃痕的大小來區分。如果壓痕或劃痕大，則其硬度低，相反硬度高。還舉了這樣一個例子：一支粉筆、一根與粉筆直徑相似的木棒，分別折斷，粉筆比木棒容易折斷，則粉筆強度比木棒低；用一把尖鏨的自身重量壓在粉筆上出現一個較深的刀口壓痕，同樣把尖鏨的自身重量壓在木棒上出現一個不是很明顯的刀口壓痕，這說明木棒硬度比粉筆高。

對于“塑性”和“彈性”這兩個概念，筆者在講授時引入橡皮泥和彈簧的例子。材料可塑性大，則其塑性大，相反，塑性小。彈簧在外力作用下被拉長或被壓縮，當把外力去除，彈簧又恢復原狀，這種現象就是彈性變形。如果外力相同，彈性變形越大，則彈性越好，反之，彈性越差。通過這樣講解，這些概念變得簡單易懂，學生很快就能區分、理解其內容。

還有，鋼的淬火熱處理實驗，把一塊金屬鋼加熱后放入水中冷卻，其硬度就提高了。學生感到很神奇，也不理解。筆者舉了一個例子：一堆小的石頭壘在一起和一堆大的石頭壘在一起，石頭之間誰的間隙最小？當然是小的石頭。密度大的物質，其硬度高，反之，其硬度低。筆者把熱處理后金屬內部的小晶體，即晶粒比喻成石頭。金屬內部晶粒小，則其密度大，硬度高；晶粒粗，則其密度小，硬度低。鋼淬火熱處理過程中，隨溫度、時間變化，晶粒不斷變大。因此，淬火鋼要得到高的硬度就要保證淬火后晶粒要細。但是，鋼太硬，則脆性大，其強度低。因此，加熱溫度時間不同、保溫時間不同及冷卻介質不同，都會影響鋼內部晶粒的大小。因此，鋼的淬火熱處理要根據其性能的需要采取相應的熱處理工藝，即選擇適當的加熱溫度、保溫時間及冷卻介質，才能獲得我們需要的硬度、強度性能。這樣講學生容易理解，知識的展開也有了深度和廣度。

五、聯系實際教學

金屬材料與熱處理是一門具有較強實踐性的課程，但是，教材內容上聯系實際的較少，需要教師在教學過程中根據教學內容設法聯系相關的實物，特別是要聯系生產過程中所用工具、量具、刃具材料，使學生學習后以及今后實習或是工作中，既能說出本專業中常用的工量刃具材料牌號，又能說出其成分、性能及其用途。聯系日常生活中常見的鋼材，如建筑中用的低碳鋼、制作防盜網常用的不銹鋼和鋁合金進行講解學生會更感興趣愛聽。除此之外，教師還可根據各專業使用的工量刃具，在這些的實物上貼上寫有名稱、牌號及性能的標牌，讓學生記這些標牌上的內容，比僅僅只要求學生記書本上的內容既能聯系實際，又便于學生記憶。通過這樣的教學，很多學生實習時，就能輕輕松松說出本專業常用的工量刃具的材料了。

六、重視實踐教學

金屬材料與熱處理這門課，雖然是理論課，但是筆者除重視講授專業理論知識外，還重視實踐教學。筆者要求學生除完成教材上實驗如，鉗工專業的學生外，還要進行鏨子的鍛造及淬火熱處理。由于進行了多次淬火熱處理實踐，學生自然而然就能熟記淬火的整個工作過程：加熱—保溫—冷卻。學生做完同一種材料淬火時加熱溫度及保溫時間相同，但分別在鹽水、油、空氣中冷卻，發現其硬度各不相同的實驗，驗證了書上的知識。這時，學生對所學淬火熱處理知識又有了更進一步的理解，記得更牢、深刻。對中職學生來說，很多學生課堂上不喜歡聽課，但上實踐課積極性很高，通過實踐教學也提高了學生的學習興趣。

總之，教學方法很多，方法正確了，不僅學生愛聽課，而且教學效果顯著。

參考文獻：

[1]勞動和社會保障部教材辦公室.金屬材料與熱處理[M].北京.中國勞動和社會保障部出版社，2001.

（作者單位：廣西工業技師學院）