材料成型專業(yè)金屬學與熱處理課程教學改革探索

張 可,許丹丹,侯清宇

(1.安徽工業(yè)大學 冶金工程學院;2.安徽工業(yè)大學 數(shù)理科學與工程學院,安徽 馬鞍山 243002)

金屬學與熱處理是材料成型與控制工程專業(yè)學生學習的一門最重要的專業(yè)基礎必修課,該課程主要包括三大部分:金屬學原理、熱處理原理和工藝及金屬材料學。課程以金屬材料的成分、組織、工藝和性能之間的相互關系為主線。其中,“金屬學原理”較為抽象,不容易理解;“熱處理原理和工藝”所涉及的原理及工藝貼近實際生產,實用性強,學生沒有現(xiàn)場經歷和實驗課學習,不易掌握;“金屬材料學”涉及到的鋼種、合金種類繁多,知識點繁雜,難以理解和掌握。以往教學過程中,主要是以教師講授、學生被動學習為主的模式,這樣既不利于培養(yǎng)學生的自主學習能力和提高創(chuàng)新意識,又與工程教育認證的要求相違背[1]。筆者結合所在教學團隊的實踐經驗,對金屬學與熱處理的的教學改革進行初步探索。

一、調整教學內容,注重能力與實踐

傳統(tǒng)教學中授課內容大都限于教材,教材知識點在實際生產生活中的應用和聯(lián)系還存在一定差距,理論和實際的結合沒有得到足夠的重視,難以讓學生在生產生活中找到知識的價值和應用,因此,學生主動學習的欲望及對教材知識的求知欲較低[2]。基于當前大學科、大專業(yè)的發(fā)展趨勢以及培養(yǎng)綜合應用型人才的要求,在教學中作出了以下改進和調整:(1)注重實用,精簡教學內容。主要是對教學內容進行精選,刪減或調整陳舊或不常用的內容,合并相近內容,避免重復。例如,針對“鋼在冷卻時的轉變”這一節(jié),以等溫轉變(TTT)曲線和連續(xù)轉變(CCT)曲線為基礎,將珠光體轉變、貝氏體轉變及馬氏體轉變結合到一起講解,實現(xiàn)內容的整合及知識點的聯(lián)系,有助于學生學習和理解。(2)在講授原有經典理論的同時,將材料領域的新技術、新工藝、研究動態(tài)及最新應用狀況等前言知識積極融入進來,保證教學內容的更新和超前,拓寬學生的認知面。在“金屬的熱加工”這一節(jié)中,不但講解熱加工和冷加工的區(qū)別、聯(lián)系及應用,同時,補充了溫加工的概念及其當前研究和應用的發(fā)展前景,增強了學生對冷加工、熱加工概念的理解和認識,開闊了學生的眼界和認知。

二、理清結構脈絡,注重章節(jié)聯(lián)系

圖1 金屬學與熱處理各章節(jié)脈絡圖

《金屬學與熱處理》教材編寫的思路是“原理—工藝—材料—應用”,而“成分—工藝—組織—性能—應用”是貫穿這門課始終的主線,所有章節(jié)的講解應結合教材編寫思路和主線展開,分析其相互之間的聯(lián)系,找出其內在規(guī)律,使學生從整體上了解和認識該課程。先整體后局部,先宏觀后微觀,層層分解,梳理知識點和脈絡,幫助學生學習、理解和掌握知識,最終實現(xiàn)對知識的運用。圖1為金屬學與熱處理各章節(jié)脈絡圖,選用的教材為哈爾濱工業(yè)大學崔忠圻教授主編的金屬學與熱處理(第二版)。通過講授不僅使學生明白了課程的結構脈絡,而且增加了學生對課程章節(jié)的實際聯(lián)系和知識點的系統(tǒng)了解。

三、教學結合科研,理論聯(lián)系實際

授課教師參加國內和國際會議交流或參與國家級、省部級及橫向課題的研究,將獲得的最新科研進展和科研成果及時傳遞給學生,讓他們了解材料領域的最新科研成果和發(fā)展動態(tài),增強他們對本專業(yè)的學習興趣[3]例如,一名教師參與了科技部“十三五”國家重大研發(fā)計劃“煤炭采運用高耐磨性鋼板及應用”,該項目的核心設計理念為采用低碳馬氏體基體上引入微米—納米雙尺度超硬TiC顆粒的組織設計,實現(xiàn)在不增加硬度和降低焊接性能的情況下,耐磨性提高1.5～2.0倍,這是成分—組織—性能—應用這—主線應用于新鋼種開發(fā)的具體展現(xiàn),并且采用教材中基體軟韌相+彌散分布硬脆相相結合提高材料強度的知識點,將耐磨鋼的金相照片和力學性能展示給學生,激發(fā)了學生的學習熱情和發(fā)散思維。另外,在講授第七章“金屬和合金的回復和再結晶”時,將教材知識點與授課教師通過研究發(fā)表的論文“退火溫度對Nb-Ti微合金冷軋板再結晶行為的影響”相結合進行詳細闡述,通過展示實驗方案、實驗結果及討論等部分來增進學生對金屬的回復和再結晶的了解,將具體實驗上升為理論化、系統(tǒng)化內容,方便學生從整體上全面把握。這種理論聯(lián)系實際、科研應用于教學的授課手段,受到了學生的認可和歡迎。

四、課堂教學與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目結合

為了營造良好的學術科研氛圍,培養(yǎng)學生的自主學習意識和科技創(chuàng)新意識,激發(fā)廣大學生科技創(chuàng)新的熱情,近年來,學校組織開展了多種形式的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動,為本科生的自主學習和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供了一個很好的平臺。例如,“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術科技作品競賽,學生科研計劃項目(SRTP)及大學生研究訓練計劃等。材料成型專業(yè)學生參加了“SRTP”和“大學生材料創(chuàng)新大賽”等與金屬學與熱處理課程相關的比賽,通過參加比賽在金相制樣、組織觀察、光學顯微鏡操作及實驗技能的提高等方面得到了有效的鍛煉和提高,對理論知識有了直觀的、深人的理解和認識。另外,實踐教學是教學過程的重要環(huán)節(jié),學生通過參加科研項目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目及教材中的實驗課程,將理論知識和實際應用相結合,對他們理解教材知識、學以致用及培養(yǎng)科研能力具有重要的促進作用。

五、采用啟發(fā)式和討論式教學

根據(jù)近年來對金屬學與熱處理課程教學的實踐和體會,針對不同的課程內容,采取不同形式的授課方式,如師生研討、學生自學、反饋式講授等,提高了學生學習的熱情和動力,激發(fā)了學生的學習興趣。例如,在講授調質鋼時,為了提高調質鋼的強度及綜合力學性能,必須加人提高淬透性的合金元素、抑制回火脆性的元素和細化晶粒的元素,可引導學生分析合金元素在鋼中的作用,即可聯(lián)系Mn、Cr等元素可提高鋼的淬透性,Mo和W可抑制鋼的回火脆性,V和Nb能細化奧氏體晶粒;接著引導學生分析要獲得細小馬氏體和合金碳化物,需要保證合金元素充分固溶到奧氏體中,從而提高鋼的力學性能;再引導學生聯(lián)系調質鋼中由這些元素產生的強化方式主要有細晶強化、第二相強化、相變強化等,從而達到理解知識和運用知識的目的。通過這種連貫性的層級引導式的教學模式,啟迪學生思考和聯(lián)系銜接層次的知識點,主動聯(lián)系知識解決問題,促進教學效果的提高

六、考核及成績評定

為了考察學生對知識點的靈活掌握能力、運用知識和解決問題的能力,突出工程教育認證“能力”培養(yǎng)的目標,考核方法重在應用和綜合,識記為輔,金屬學與熱處理采用閉卷考試,卷面成績占70%;平時成績占30%,主要包括考勤、作業(yè)和實驗三部分,各占10%。教師考前出題,通常在試題的難易程度、內容分布及知識點考察等方面不易掌握、且與往年考試狀況的對比性差。我們設計金屬學與熱處理試題庫,該題庫中有填空題、選擇題、判斷題、名詞解釋、簡答題及綜合題等多種題型,覆蓋了教材中每個章節(jié)的主要內容,并且,試題的難度系數(shù)也各有差異,另外,每年結合材料領域的最新研究動態(tài)和科研成果,動態(tài)補充一些新試題[4]。實踐表明,試卷的難度和廣度更為合理,試題的科學性和合理性得到加強,選題和命題的效率有了明顯提高,而且,教學效果的評價更為客觀合理,更能真實地反映學生的學習成績和知識點的掌握情況,且與往年學生成績具有較強的可比性。