《金屬學(xué)與熱處理》課程教學(xué)改革初探

于景媛，李 強(qiáng)，劉偉東，齊錦剛，石 萍，陳 揚(yáng)

(遼寧工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

《金屬學(xué)與熱處理》課程教學(xué)改革初探

于景媛，李 強(qiáng)，劉偉東，齊錦剛，石 萍，陳 揚(yáng)

(遼寧工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

針對(duì)《金屬學(xué)與熱處理》課程本身和教學(xué)對(duì)象的特點(diǎn)，通過(guò)在教學(xué)實(shí)踐中的嘗試，對(duì)教材內(nèi)容、教學(xué)方式和考試方法等方面的改革進(jìn)行了探討，獲得了一些有益的成效，提高了該門(mén)課程的教學(xué)質(zhì)量。

金屬學(xué)與熱處理；教學(xué)改革；結(jié)合科研；探索

課程建設(shè)作為高等學(xué)校教學(xué)工作的基礎(chǔ)和學(xué)科建設(shè)與發(fā)展的支撐點(diǎn)，其水平無(wú)論是對(duì)高校的教育教學(xué)質(zhì)量還是對(duì)人才培養(yǎng)水平均起著至關(guān)重要的作用，在高等教育改革中的地位十分重要[1]?！督饘賹W(xué)與熱處理》是材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的學(xué)科技術(shù)基礎(chǔ)必修課，學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，比較全面系統(tǒng)地獲得金屬與合金的理論知識(shí)，為專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)打下理論基礎(chǔ)，并為今后從事金屬材料的生產(chǎn)、研究提供初步能力。課程主要講述金屬及合金的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)、組織與性能之間的關(guān)系及其變化規(guī)律，進(jìn)而掌握提高金屬性能的幾種方法(合金化、塑性變形、熱處理)的基本原理，掌握如何合理選用金屬材料及金相分析等基本技能。但是，由于在教學(xué)過(guò)程中采用較為單一的方法和手段，一些新出現(xiàn)的金屬學(xué)和熱處理方面的最新進(jìn)展不能及時(shí)補(bǔ)充到教材內(nèi)容中去，且考核方法較為單一，導(dǎo)致《金屬學(xué)與熱處理》的教學(xué)效果不太令人滿(mǎn)意。為了使本門(mén)課程的教學(xué)質(zhì)量進(jìn)一步提升，使學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力得到提高，遼寧工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院將課程的特點(diǎn)、學(xué)生的實(shí)際情況和其他兄弟院校的經(jīng)驗(yàn)[2-6]相結(jié)合進(jìn)行了一系列的教學(xué)改革嘗試。

1 及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容

為了使學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)能夠跟上科技的發(fā)展，使學(xué)生走上工作崗位有更強(qiáng)的適應(yīng)能力，在教學(xué)過(guò)程中，我們隨時(shí)關(guān)注金屬學(xué)與熱處理方面的最新進(jìn)展，將其更新到教學(xué)內(nèi)容中。

例如，在現(xiàn)有教材中講到熱處理時(shí)，對(duì)傳統(tǒng)的熱處理講得較多，對(duì)一些熱處理新技術(shù)如激光熱處理介紹較少。激光熱處理是以激光作為熱源對(duì)材料進(jìn)行熱處理。其加熱時(shí)間很短(10-3～10-1s范圍)，區(qū)域也很小，僅一個(gè)點(diǎn)、—條線或一個(gè)小面。激光熱處理具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)處理過(guò)程極快，故大氣氣氛對(duì)表面的影響一般較??；(2)熱能是由光束傳遞給零件表面，屬無(wú)接觸加熱，不會(huì)發(fā)生因接觸引起的表面沾污；(3)由于采用了特制的望遠(yuǎn)鏡頭聚焦，其焦深很長(zhǎng)，可達(dá)100～150 mm，因此零件表面在焦深范圍內(nèi)上下變動(dòng)，對(duì)光能的吸收無(wú)影響，這對(duì)處理表面凹凸不平的零件來(lái)說(shuō)是非常有利的；(4)熱處理變形小；(5)可進(jìn)行局部表面合金化處理；(6)易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并可節(jié)約能量和改善勞動(dòng)條件。總之，激光熱處理是一種新興的富有生命力的熱處理方法。在授課時(shí)我們及時(shí)將激光熱處理技術(shù)增到授課內(nèi)容中，擴(kuò)展了學(xué)生的知識(shí)面。

例如，在講到調(diào)質(zhì)時(shí)，我們將高溫調(diào)質(zhì)工藝融合到講授中，高溫固溶化淬火十高溫回火(即高溫調(diào)質(zhì)處理)，高溫固溶化后采取淬火，不僅可以抑制先共析碳化物的析出，而且淬火得到的馬氏體+殘余奧氏體組織經(jīng)高溫回火后，可得到球狀的碳化物，并呈均勻彌散的分布。據(jù)報(bào)道，退火的GCrl5鋼料經(jīng)1 050 ℃、30 min加熱后在沸水中淬火，并隨即進(jìn)行高溫回火(740 ℃、2 h)，可使其碳化物平均粒度細(xì)化到0.3 mm。又如，為了提高T 8鋼沖頭的韌性和耐磨性，以調(diào)質(zhì)處理 (800 ℃加熱、水—油冷，560 ℃回火2 h)代替球化退火，經(jīng)低溫淬火(750 ℃加熱，水—油冷)+280 ℃～300 ℃回火后，可消除大塊崩刃現(xiàn)象，并使壽命提高十倍。

我們及時(shí)地將新工藝，典型應(yīng)用實(shí)例加入到教材中，這樣使學(xué)生將來(lái)無(wú)論是走上工作崗位還是繼續(xù)深造都能跟上科技發(fā)展的步伐。

2 采用先進(jìn)的多媒體教學(xué)方式

《金屬學(xué)與熱處理》這門(mén)課程中金屬學(xué)部分的理論內(nèi)容較多，其中很多知識(shí)點(diǎn)比較抽象，例如，位錯(cuò)和三元相圖部分。如果授課的時(shí)候單憑教師的語(yǔ)言描述很難將知識(shí)點(diǎn)講清楚。因此授課過(guò)程中采用多媒體教學(xué)方式，通過(guò)制作精美的立體圖形和動(dòng)畫(huà)可以將各種抽象的知識(shí)形象地講授給學(xué)生。

例如在講授位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，由于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)類(lèi)似于毛毛蟲(chóng)的爬行。上課時(shí)通過(guò)播放毛毛蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)的畫(huà)面能使學(xué)生更清楚地理解位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。還有在講授Fe-Fe3C相圖時(shí)，由于Fe-Fe3C相圖是勻晶相圖、共晶相圖和包晶相圖的綜合相圖，因此凝固過(guò)程比單一相圖復(fù)雜。為了使學(xué)生更好地掌握Fe-Fe3C相圖中工業(yè)純鐵、碳鋼和鑄鐵的凝固過(guò)程，授課時(shí)通過(guò)動(dòng)畫(huà)的形式將凝固的各個(gè)階段給學(xué)生展示出來(lái)，使他們能更好地掌握。還有在講授三元相圖的時(shí)候，一個(gè)三元共晶相圖有1個(gè)液相區(qū)，3個(gè)兩相區(qū)，4個(gè)三相區(qū)和1個(gè)四相區(qū)，如果單純用文字來(lái)描述，學(xué)生很難理解。因此授課時(shí)，通過(guò)空間立體圖形和分割，可以使學(xué)生很清楚地觀察各個(gè)相區(qū)，形成良好的感官認(rèn)識(shí)，有助于學(xué)習(xí)相圖的分析和使用。

3 采用教學(xué)和科研有機(jī)融合的教學(xué)模式

遼寧工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的科研總體水平相對(duì)較高，目前師資總數(shù)39名，其中具有博士學(xué)位的28名。博士研究生導(dǎo)師1名，碩士研究生導(dǎo)師22名，近年已主持或參與完成國(guó)家、省部級(jí)項(xiàng)目70多項(xiàng)。獲省科技進(jìn)步獎(jiǎng)10余項(xiàng)，授權(quán)專(zhuān)利10余項(xiàng)。近年來(lái)，公開(kāi)發(fā)表論文200 余篇，其中被SCI、EI、CA 收錄100多篇，出版專(zhuān)著5 部。我校材料學(xué)院科研成果顯著，教師每年科研工作量都較大。學(xué)生也參加了由國(guó)家、省和學(xué)校舉辦多種創(chuàng)新活動(dòng)和競(jìng)賽?；诒拘５目蒲谢顒?dòng)基礎(chǔ)和金屬學(xué)和熱處理課程的自身特點(diǎn)，本文提出教學(xué)和科研有機(jī)融合的教學(xué)模式。

3.1 將教師的科研成果和工程實(shí)踐補(bǔ)充進(jìn)課堂中

在課堂教學(xué)中，將書(shū)本上的基本內(nèi)容和基本原理同本學(xué)院相關(guān)研究方向的科研成果融合在一起。通過(guò)這種講授，讓學(xué)生能直觀理解《金屬學(xué)與熱處理》在科研實(shí)際課題中的應(yīng)用。

例如，在介紹汽油機(jī)中的凸輪軸的熱處理時(shí)，我們先介紹了傳統(tǒng)的熱處理方式如高頻淬火和軟氮化等，但是這些熱處理的淬火變形大，常引起校直斷裂、廢品率高、嚴(yán)重影響使用。隨后我們以某位教師所從事的激光研究為例，介紹了先進(jìn)的激光表面改性技術(shù)，由于激光束能量密度高，加熱及冷卻速度都相當(dāng)快，硬化效果好，可成倍提高耐磨性；尤其對(duì)形狀復(fù)雜的凸輪軸不必整體加熱，可只對(duì)軸頸及凸輪局部進(jìn)行表面處理，硬化后幾乎不變形，完全可以解決精度和抗磨損問(wèn)題；凸輪軸材質(zhì)為合金鑄鐵，是激光處理較合適的材料。這種方法能耗低，效率高，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

通過(guò)這種授課方式大大增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而提高了本課程的教學(xué)質(zhì)量。

3.2 將學(xué)生參與的各項(xiàng)創(chuàng)新活動(dòng)與課堂教學(xué)相結(jié)合

為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，進(jìn)而提高學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。學(xué)校近年來(lái)開(kāi)展了一系列創(chuàng)新活動(dòng)和競(jìng)賽。教師在授課時(shí)，結(jié)合學(xué)生參與的相關(guān)創(chuàng)新活動(dòng)的題目，把創(chuàng)新活動(dòng)中用到的相關(guān)金屬熱處理的知識(shí)融入到課堂教學(xué)中。

例如，有的同學(xué)申請(qǐng)的創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目為Al-Cu-Mg-Ag合金時(shí)效析出相析出行為的研究，我們?cè)谡n堂教學(xué)過(guò)程中，講到時(shí)效處理一節(jié)時(shí)，將Al-Cu-Mg-Ag合金時(shí)效過(guò)程中發(fā)生的物理和化學(xué)反應(yīng)，以及時(shí)效前后的成分、組織和性能的變化情況與時(shí)效處理教學(xué)融合起來(lái)，大大提高了教學(xué)效果。還有舉辦的金相大賽，使學(xué)生觀察經(jīng)過(guò)不同熱處理后金屬樣品的顯微組織確定樣品的材質(zhì)其相應(yīng)的熱處理工藝。

通過(guò)這些方式將書(shū)本上的理論知識(shí)與工程實(shí)際相接軌，使學(xué)生能更好地學(xué)以致用，為將來(lái)更順利地走上工作崗位奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 采取題庫(kù)+實(shí)驗(yàn)+平時(shí)的考核方式

學(xué)校自2003年開(kāi)始大力推行考試方法改革工作。根據(jù)學(xué)校的統(tǒng)一部署，本課程中采用了平時(shí)+實(shí)驗(yàn)+題庫(kù)的考核方式。

平時(shí)經(jīng)常進(jìn)行隨堂測(cè)驗(yàn)，通過(guò)隨堂測(cè)驗(yàn)?zāi)芙o予學(xué)生警示作用，督促學(xué)生認(rèn)真聽(tīng)講和及時(shí)復(fù)習(xí)。例如，在講授“共晶相圖”“包晶相圖”“鐵碳相圖”和“三元相圖”這幾部分知識(shí)點(diǎn)時(shí)，由于該部分求取組織組成物和相組成物含量的計(jì)算題較多，為了加速學(xué)生對(duì)該部分知識(shí)的熟練掌握，我們頻繁地進(jìn)行隨堂考試，使學(xué)生很好地掌握了該部分計(jì)算題，為最后期末考試取得良好成績(jī)奠定基礎(chǔ)。

為了加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)對(duì)教學(xué)的輔助作用，我們提出了實(shí)驗(yàn)考核占據(jù)期末成績(jī)的比例，使學(xué)生全面重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，深化了學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的理解與運(yùn)用，促進(jìn)了學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力的提高，增強(qiáng)了學(xué)生團(tuán)結(jié)合作的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。

此外，期末考試采用了題庫(kù)考試模式，加大了考試的難度，拓寬了學(xué)生需要復(fù)習(xí)的知識(shí)范圍，使學(xué)生更重視本門(mén)課程的學(xué)習(xí)，為金屬學(xué)和熱處理知識(shí)的深入掌握奠定基礎(chǔ)。

通過(guò)推行考試方法改革，解決了傳統(tǒng)考核方法的弊端，增強(qiáng)了學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的自覺(jué)性，轉(zhuǎn)變了學(xué)風(fēng)，提高了學(xué)生的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，促進(jìn)教師改革教學(xué)方法，提高了教師的教學(xué)能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)《金屬學(xué)與熱處理》課程進(jìn)行教學(xué)改革，進(jìn)一步提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和解決實(shí)際生產(chǎn)和科研問(wèn)題的能力，專(zhuān)業(yè)視野進(jìn)一步得到拓寬，同時(shí)也使課堂教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)際的結(jié)合更加緊密，是培養(yǎng)滿(mǎn)足社會(huì)需求的創(chuàng)新人才的有效方法和途徑。

[1]趙政，陳學(xué)文，李旭.高職畜牧獸醫(yī)專(zhuān)業(yè)教師深入生產(chǎn)第一線實(shí)踐鍛煉芻議[J].科技信息，2008(28):346-347.

[2]仵海東，曹鵬軍，劉筱微. “金屬學(xué)及熱處理”課程建設(shè)與改革探索[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版，2009(12):205-206.

[3] 黃之德.《金屬學(xué)及熱處理》課程教學(xué)實(shí)踐與探索[J].中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育，2003(7):38-39.

[4] 王海燕，趙莉萍，馮佃臣，等. 關(guān)于“金屬學(xué)與熱處理”課程課堂教學(xué)的思考[J].中國(guó)冶金教育，2007(5):31-33.

[5] 楊在志.《金屬學(xué)與熱處理原理》課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2013(41):50-51.

[6] 姚永紅，王建武.《金屬學(xué)與熱處理》學(xué)習(xí)方法淺析[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004,15(3):222-223.

Educational Reform Exploration of the Course ofMetallographyandHeatTreatment

YU Jingyuan, LI Qiang, LIU Weidong, QI Jinggang, SHI Ping, CHEN Yang

(College of Materials Science and Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China)

Considering the characteristics of the course and audiences ofmetallographyandheattreatment, we try to reform the textbook content, teaching methods and examination methods according to the experience in the teaching. Now we have obtained some effect and improved the quality of teaching.

metallography and heat treatment; teaching reform; combining scientific research; exploration

2013-11-12

于景媛(1979-)，女，博士，副教授，研究方向：材料表面改性。

G642.0；G451.2

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.04.061