《金属材料与热处理》专业课教学模式初探

【摘要】《金属材料与热处理》是机械类技工学校的一门技术基础课，作为技校生必须首先学好这门课程。为此，在教学的过程中应该根据本学科特点实施教学，培养、激发学生的学习兴趣，突破教学难点。

【关键词】技校学生 专业基础课 教学模式

【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）04-0254-02

《金属材料与热处理》是技工学校机械加工专业的一门专业基础课，主要研究的是金属材料的成分、组织、性能、用途及其与热处理之间的关系和变化规律[1， 2]。材料的成分与组织决定性能，而性能决定用途，通过热处理可改变金属材料的成分、组织，从而达到改变性能、用途的目的。掌握了金属材料的成分、组织和性能的变化规律，就可以将理论应用于生产实践，在生产中做到合理选材，合理安排热处理工艺，正确制定工件加工工艺的路线及方法，从而获得满足加工精度、表面质量和性能要求的优良工件。但是本课程的特点是内容繁杂抽象，而且概念多、术语多、牌号多、难理解、难记忆，对于学习基础欠佳，没有养成良好的学习习惯、对理论学习缺乏兴趣的技校学生来说，学习起来比较困难。针对学生现状，培养学生的学习兴趣，上好这门抽象但又与生产实践紧密相联的重要的专业基础课，让学生们学到专业基础知识，笔者在教学过程中主要强调了以下几点：

一、激发学生的学习热情

首先，谈古论今，上好第一节课。第一印象在心理学上被称为首因效应[3]，专业课老师与学生的第一次接触，要重视专业课的入门教学。在课程的绪论部分，要生动讲述该学科的产生、发展、应用及其影响，激起学习者的学习热情，诱导学生探索专业奥秘的欲望，教学中要能给学生惊喜、新奇、实际之感。专业理论要和实践相结合，多联系生产生活中的事例。例如，我上绪论课时，先介绍本专业有关情况，说明本课程的重要性及学习本课程的必要性，明确地位；然后解释“金属材料”的概念及其分类，巧妙地引入本课的基本内容，通过列举身边所用到的各种金属材料，以及有关热处理工艺的知识，使学生感觉知识就在身边，从而自然引出金属材料、热处理工艺在工、农、科学技术等各个方面的应用，彰显金属材料的重要性，激发学生的学习兴趣。

其次，趣味盎然地导入新课。所谓导入，关键是引起学生注意、激发学习兴趣，形成学习动机，明确学习目标和建立知识间联系的教学活动方式[4]。新课的导入虽仅占几分钟时间或仅有几句话，但它是教学过程的重要环节和阶段，它正如戏曲的引子，影视剧的“序幕”一样，可以引起学生的注意和兴趣，拨动学生的心弦，充分调动学生的学习积极性和主动性。例如在学习钢的表面热处理这一节时，以“外焦里嫩”的油炸食品启发学生思考，如何使同一种材料制作的零件具有“外焦里嫩”的特性，即零件表面具有高的硬度和耐磨性，而零件的内里具有足够的塑性和韧性呢？钢的表面热处理就可以很好地解决这个问题。如此导入新课，既可以指导学生联系日常生活常识去学习，又可以激发他们学习热处理原理的兴趣，使枯燥的知识变得趣味横溢。

再次，兴致勃勃地组织参观实习，增强感性认识。刚入学的学生对《金属材料与热处理》的感性认识少，仅凭课堂教学难以达到效果。因此，要采取有效措施，增强学生的感性认识、激发学生的学习兴趣，有计划地组织学生下车间锻炼，进企业参观，多接触各种金属材料，了解金属的切削加工，以及热处理工艺的方法和热处理工序的安排等，并适时提出问题，诱导学生产生探究的兴趣。例如，在工厂参观零件的整个加工工艺过程时，同学们会看到不同的零件不仅采用的热处理方法不同，而且各种热处理工序的安排也不一样，这时我就向他们提出，在零件的加工路线中，为什么要将正火、退火安排在“粗加工”前，而“淬火、回火、渗碳、渗氮”处理必须放在“粗加工”之后呢？启发学生初步了解热处理的工序位置不同，所起到的作用不同，“粗加工”前是为改善切削加工性，而“粗加工”之后是为满足零件的力学性能要求等。这样不仅开拓了学生的视野，也有利于调动学生的学习积极性。

二、培养学生的学习兴趣

首先，扣人心弦地设置问题，培养浓厚兴趣。浓厚持久的学习兴趣要在好学深思，不断解决问题的过程中深化和发展。在教学中，必须培养学生多思、勤思、善思的习惯，让学生思维进入“生疑―质疑―释疑”的良好循环过程。思考越深入，提出的问题越深刻，解释后取得的效果越明显。要使学生生疑，教师就要善于设疑，设疑的难度要适当，使得学生通过思考和学习能够解疑，这样才会对学生产生极大的吸引力和促动力，取得良好的教学效果。例如在学习钢的热处理时，可以提出问题：铁匠在制造凿子等工具时，为什么要先把胚料放到加热炉中烧红再打？不加热行不行？锻打以后，为什么要浸入水中？不浸行不行？浸水之后取出，放到炉中加热，这又是为什么呢？这一连串的疑问，环环相扣，促使学生思维步步深入，让学生带着浓厚的兴趣完成学习任务。

三、明确课程重点

从整个课程结构看，原理、工艺、材料为重点，其中工艺、材料为重中之重。原理部分主要包括结构、结晶理论、Fe-Fe3C相图理论、热处理原理，其重点是“两图”，即Fe-Fe3C相图和共析钢奥氏体等温转变曲线图。Fe-Fe3C相图是研究铁碳合金的理论基础[5]，共析钢奥氏体等温转变曲线图，是研究热处理的理论基础。对于这“两图”要熟记、理解，并且真正能够学会应用。工艺部分主要指热处理工艺，这里重点是整体热处理的四火[6]（退火、正火、淬火、回火）和局部热处理的表面热处理，要熟练掌握各种热处理的工艺（加热温度、冷却方式）、目的、组织、热处理后的性能应用。材料部分包括碳钢、合金钢、铸铁、有色金属及硬质合金，其重点是碳钢、合金钢、铸铁，要掌握各类材料的牌号、成分、一般施以的热处理方法、性能及用途。

四、抓住课程主线

纵观本课程内容，可以找出一条主线，即“成分―组织―性能―应用”，这条主线是本课程的纲，各种金属材料之所以性能不同，主要是其内部组织结构不同。热处理（指普通热处理）是在不改变化学成分的前提下，通过改变组织来达到改变性能的目的，即“工艺―组织―性能”，这可看作是一条副线，可以说这条主线（及其副线）贯穿了整个课程。因此在讲授时应抓住这条主线，并把它贯穿于每一章，每个工艺，每种材料，这样网络就清楚了。例如第二章由“结构―性能”贯穿，晶格类型不同，晶格常数不同，晶粒大小不同，内部缺陷种类的多少不同均会影响金属的性能；第三章由“工艺―组织―性能”贯穿，第四章由“成分―组织―性能”贯穿，其中温度的变化（工艺不同）对铁碳合金的组织也有重大影响，这可由副线解释；第五章、第七章、第八章金属材料部分由“成分―组织―性能―应用”贯穿，第六章由“工艺―组织―性能―应用”贯穿。总之，本课程的大小问题均可由主线引导。

五、重在理解

《金属材料与热处理》是一门叙述性课程，比较抽象，因此应特别强调对问题的理解。这里应注意以下几点：

1.对基本概念、名词术语要搞清其物理本质，并充分利用教具、图表等，组织学生脑、眼、耳并用，充分调动学生的主动性、积极性，使之产生兴趣，增强理解记忆效果。例如讲 “固溶强化”，可先以纯铝及铝合金的强度、硬度的差别为例，讲清“固溶强化”在生产中的意义，然后从字面加以解释，再通过看组织示意图从本质上进一步解释，学生就容易掌握了。2.对于一些重要规律要加以解释，例如含碳量对铁碳合金力学性能的影响规律；淬火钢回火时，回火温度与力学性能的变化规律等。可通过组织的变化加以解释，并与实际结合起来举例说明。3.对于一些重要观点要加以阐明。例如热处理强化、合金化强化、细化晶粒强化均是强化金属材料的重要手段，要通过生产中的实例加以阐明，并说明其各自的特点及应用。4.对于一些问题要进行综合分析。培养学生分析问题、解决问题的能力，是技工学校培养学生的目的。要达到这个目的，除对基本知识熟练掌握外，还应能够将前后知识联系起来综合考虑。例如对45钢要能利用Fe-Fe3C相图理论分析平衡状态下的室温组织及其性能，又能利用热处理知识对其施以正确的热处理工艺，以进一步改善其性能，同时还能利用金属材料知识说明其用途。

六、结合实践

《金属材料与热处理》属实用性科学，先要解决选材及工艺问题，在讲授时应注意以下几点：1.与各专业密切结合，对不同专业有不同侧重。例如金属结晶理论Fe-Fe3C相图与铸造焊接专业联系紧密，各种碳钢的牌号、成分、性能与车削加工效率的提高密切相关。金属材料知识与机械制造各专业均有密切联系，但也要有不同侧重。如焊工侧重普通碳素钢；车工钳工侧重优质碳素钢；钳工工具多为碳素工具钢、低合金结构钢；而车工工具多为高速钢、硬质合金等。总之对不同专业要有不同侧重，不能用同一教案。 2.要能找到每个理论、每种材料、每个工艺在生产实际中的落脚点。《金属材料与热处理》的每个理论都与生产实际有密切联系，每种材料都有特定的应用范围，这些都要在讲授中具体体现出来，通过生产中的实例加以说明。3.对于生产实际问题，要能从理论上分析，并能从理论上找到解决实际问题的方法。例如钳工在锉削铸铁件时硬度过高，难以锉削，要能从石墨化的理论上找到硬度过高的原因是白口所致，故可采用石墨化退火[7]，消除白口降低硬度以便于切削加工。此外，理论教学与实习教学紧密联系，将会收到更好的教学效果。例如车工在实习车削碳素钢时会发现，车削低碳钢时，断屑难、粘屑，加工表面粗糙，加工性较差；车削中碳钢时会产生不连续的切屑，被加工表面质量优于低碳钢，加工性良好；车削高碳钢时，切削力和刀具磨损比车削中碳钢时要大，刀具耐用度低，加工性差。探究这种客观现象原因的好奇心，可以极大地激发学生的学习热情，通过课堂理论讲授对这一部分的学习，学生们可以比较好的掌握碳素钢的切削加工性取决于含碳量，碳素钢随着含碳量的增加硬度增大，韧性降低。这种教学策略可以使学生印象深刻，收到满意的教学效果。

参考文献：

[1]姚桂玲.趣学趣教《金属材料与热处理》例谈[J].中国科教创新导刊，2011，76.

[2]刘金明，刘国平.“金属材料与热处理”课程体系构建及教学方法优化[J].中国电力教育， 2013，273，（5）.

[3]彭红. 首因效应对高职课堂教学的影响及其对策[J].无锡职业技术学院学报 ，2012， 11，（1）.

[4]尚晓艳，赵奎友.导入新课――大学英语课堂的兴奋剂[J].兰州教育学院学报，2013， 29， （9）.

[5]陈瑞均.探讨《金属材料与热处理》中“铁碳合金相图”的应用[J].课程教育研究，2013， （7）.

[6]孔建，徐海峰. 一种热处理新工艺在9SiCr模具钢中的应用研究[J].热加工工艺 ，2013， 42， （16）.

[7]马文旭，毛磊，秦森.可锻铸铁石墨化退火工艺的优化[J]. 热处理， 2013， 28 ，（1）.