基于情境教學(xué)法的金屬材料與熱處理課程一體化改革探析

張金梅

摘 要：金屬材料與熱處理是一門專業(yè)性強、概念理論多的專業(yè)基礎(chǔ)課程，傳統(tǒng)教學(xué)方法導(dǎo)致教師難教、學(xué)生難學(xué)。本文提出，應(yīng)對其教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進行一體化改革，用情境教學(xué)法增加教學(xué)的趣味性、直觀性和實踐性，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高課堂教學(xué)效果。同時提出以過程性評價來代替學(xué)習(xí)結(jié)果的學(xué)業(yè)成績評價思路。

關(guān)鍵詞：金屬材料與熱處理 情境教學(xué)法 一體化 過程性評

一、背景

金屬材料與熱處理是技工院校機械類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)性強、概念理論多的專業(yè)基礎(chǔ)課程。課程涉及的理論多，與現(xiàn)實生活的聯(lián)系少，很多材料的力學(xué)性能各具特色，沒有規(guī)律，需要強記。教師感到難教，學(xué)生學(xué)不進去。但這門課又主要講授金屬材料的成分、組織、熱處理與金屬材料性能之間關(guān)系及變化規(guī)律，是在機械設(shè)計與制造過程中有關(guān)金屬材料選擇與應(yīng)用必備的基礎(chǔ)課程。因此必須對其進行一體化改革，將該課程的教學(xué)與現(xiàn)實生活、實驗課程、專業(yè)課程緊密聯(lián)系，增加教學(xué)的趣味性、直觀性和實踐性。

二、實施情景教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力

情境學(xué)習(xí)理論是作為提供有意義學(xué)習(xí)并促進知識向真實生活情境轉(zhuǎn)化的重要學(xué)習(xí)理論，對教師重新認識學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)、反思傳統(tǒng)教學(xué)具有革命性的影響。金屬材料及熱處理課程的傳統(tǒng)教學(xué)多按照教材章節(jié)順序講授為主，輔以少量實驗課程，而這種教學(xué)方法存在一定的局限性。通過案例教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動、項目整合及多媒體現(xiàn)代教學(xué)手段的有效結(jié)合，創(chuàng)造現(xiàn)代教學(xué)所倡導(dǎo)的情景教學(xué)教育，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，可以強化教學(xué)效果。

1.提煉案例，有效植入知識要點

在每個教學(xué)章節(jié)中，應(yīng)收集提煉一個案例。在整理案例時，教師要注意到該章節(jié)重點知識點的涵蓋以及知識的擴展，以現(xiàn)實生活及生產(chǎn)實例的現(xiàn)象作為切入點，以重點知識為主線，設(shè)計問題，引導(dǎo)學(xué)生思考、查閱、理解并記憶需掌握的名稱、性能及工藝，使金屬材料與熱處理課程成為充滿師生互動，學(xué)生互動的趣味課堂。

（1）案例引入。在講授金屬材料的性能時，學(xué)生往往不能理解機械零部件的損壞現(xiàn)象與金屬的力學(xué)性能之間的關(guān)系。這時教師要在教學(xué)中將機械零件常見的變形、斷裂與磨損三種損壞形式與現(xiàn)實生活中實例結(jié)合起來，實施案例教學(xué)。

【案例】1月21日，華電長沙電廠所轄沙坪變電站500千伏線路因連續(xù)冰凍覆冰嚴重，導(dǎo)致該線路跳閘停運，強送不成功。26日，送電三分公司組織對該線路進行人工除冰。當(dāng)時，鐵塔上絕緣子串及導(dǎo)地線覆冰厚度大大超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，鐵塔不堪重負發(fā)生倒塌，導(dǎo)致三名搶修作業(yè)人員死亡。我們從專業(yè)角度思考以下兩個問題：為什么電力工人要在暴風(fēng)雪中為高壓線鐵塔除冰？為什么鐵塔會斷裂倒塌？

（2）案例分析。通過引導(dǎo)學(xué)生對這兩個問題的深入探討，引出有關(guān)“靜載荷”“金屬的變形”以及“強度”的概念：“強度”是金屬在靜載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力。在此事件中，電力工人在暴風(fēng)雪中為高壓線鐵塔除冰，是為了減輕鐵塔的載荷;由于冰塊使鐵塔的靜載荷大幅度增加，超過了強度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致了鐵塔的斷裂和悲劇的發(fā)生。

2.任務(wù)驅(qū)動，激發(fā)學(xué)生主動求知

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，是基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的教學(xué)方法，它是指在教學(xué)過程中通過具體任務(wù)驅(qū)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生在完成任務(wù)的過程中主動建構(gòu)屬于自己的知識和技能。在金屬材料及熱處理課程教學(xué)中，以“講清概念、強化應(yīng)用”為重點，在學(xué)生掌握基本理論、方法和技能的基礎(chǔ)上，應(yīng)通過任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識分析問題、解決問題的能力，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的每一個分散的內(nèi)容融會貫通，應(yīng)用到解決實際問題，激發(fā)學(xué)生主動求知。

（1）任務(wù)引入。教師在講解熱處理的基本方法時，從問題引導(dǎo)著手，讓學(xué)生思考：像銼刀、銑刀這一類的切削工具，自身必須具有很高的硬度，它們又是如何被加工的？從而引出預(yù)備熱處理的工藝概念。教師在完成退火、正火等熱處理工藝的基本知識講授后，應(yīng)采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，讓學(xué)生解決前面的問題思考所留下的疑惑。

【任務(wù)】制造銼刀、銑刀等刀具的材料，通常選用的都是高含碳量的碳素工具鋼和合金工具鋼（銼刀：T12;銑刀：W18Cr4V），其硬度高，切削性能差。為使材料具有良好的切削加工性能并為最終熱處理做好準(zhǔn)備，在進行切削加工前，請學(xué)生思考其應(yīng)選用的預(yù)備熱處理工藝。

（2）任務(wù)實施。學(xué)生帶著所給的任務(wù)，首先分析銼刀、銑刀所選用的T12、W18Cr4V是高含碳量的碳素工具鋼和合金工具鋼，正火后硬度過高，較難進行切削加工;不能像低碳鋼和中碳鋼通常所采用正火代替退火，來提高生產(chǎn)效率，降低能耗。然后分析鋼中是否存在網(wǎng)狀滲碳體組織，若是就要先對其進行正火，以消除鋼中的網(wǎng)狀滲碳體組織，最后再進行球化退火;否則可以直接進行球化退火。通過實踐發(fā)現(xiàn)，“任務(wù)驅(qū)動”法將退火、正火的定義、組織特點及目的、應(yīng)用的場合等枯燥的知識點與真實工作任務(wù)聯(lián)系在一起，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、協(xié)作能力和應(yīng)用知識解決問題的能力。

3.學(xué)用合一，拓展知識的融合度

在課程改革中，應(yīng)突出課程實用性與知識的融合度，實現(xiàn)一體化整合。對鐵碳合金及其組織這部分知識只要求有個基本的了解，重點放在機械零件材料選用上，并以此為切入點，使學(xué)生在掌握材料選用所考慮的使用要求、工藝要求和經(jīng)濟性要求三個原則的同時，熟知熱處理工藝在整個工藝要求中所處的地位及其重要性。

（1）項目整合。即選取典型零件，把典型零件的工作條件、技術(shù)要求與材料選擇、加工工藝、熱處理工序的作用分析整合起來，達到材料選擇、機械加工與熱處理知識的融合。

【項目】分析汽車變速齒輪與汽車傳動齒輪的工作條件，通過調(diào)研、查找資料，合理選擇所需材料，確定熱處理技術(shù)條件和加工工藝，列表對其中的熱處理工序的作用進行分析。

（2）項目實施。學(xué)生在分析汽車變速齒輪與汽車傳達齒輪的工作條件時，可以了解到，兩者的工作條件雖然相似，但汽車傳動齒輪的光軸部分要與座體上的軸承相配合，花鍵軸和齒輪要承受更大的載荷。所以在材料的選擇上，汽車變速齒輪屬于典型的要求力學(xué)性能“外硬內(nèi)韌”的零件，要選用淬透性好、晶粒不易長大的合金滲碳鋼20CrMnTi的鍛件毛坯;汽車傳達齒輪要用淬透性、綜合性能好的合金調(diào)質(zhì)鋼40Cr的鍛件毛坯。同時學(xué)生會根據(jù)熱處理技術(shù)條件選擇正確的加工工藝線路及熱處理工藝。

（3）能力提升。通過學(xué)用合一，使學(xué)生可以獲得有關(guān)工程材料的基本理論和基本知識，初步掌握零件設(shè)計時的合理選材、用材，正確運用熱處理技術(shù)、妥善安排加工工藝路線及材料檢測，具有初步分析和解決實際工程問題的能力。在項目設(shè)計時，教師要善于利用已學(xué)過的知識來引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識和新技能，使新舊知識相互滲透形成整體，讓學(xué)生在愉快的氣氛中既掌握了知識，又發(fā)展了解決問題的能力。

4.多媒體教學(xué)，豐富教學(xué)內(nèi)容展示

多媒體教學(xué)具有容量大、直觀、容易接受的特點。教師可以把課程內(nèi)容制作成圖文并茂的課件，提高教學(xué)效果。例如在講授“純金屬的結(jié)晶、拉伸變形、疲勞破壞、塑性變形的過程”內(nèi)容時，可預(yù)先把校企合作企業(yè)這方面的實驗生產(chǎn)過程拍攝下來，制作成課件，教學(xué)時能生動、清晰、直觀地進行展示，從而提高教學(xué)效果。

三、強化實驗，鍛煉學(xué)生的動手能力

實驗課程是金屬材料及熱處理教學(xué)有效且重要的組成部分。通過實驗，可以使學(xué)生在加深對金屬學(xué)基礎(chǔ)理論及熱處理原理和工藝的理論學(xué)習(xí)、理解和掌握的同時，增加對熱處理工序與工藝的感性認識，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，促進學(xué)生動手動腦能力的全面提升。

1.加大投入，創(chuàng)造必備條件

目前，有一定數(shù)量的學(xué)校對熱處理實驗課程開設(shè)不足，僅開設(shè)硬度測試、觀察鐵碳合金的平衡組織等簡單的實驗，而拉伸實驗、熱處理實驗等實驗因?qū)嶒炘O(shè)備等條件限制開設(shè)得不多，影響了基礎(chǔ)知識學(xué)以致用的過程鞏固和動手能力的提高。學(xué)校應(yīng)當(dāng)加大實驗設(shè)施的投入和配備，在現(xiàn)有常用硬度計、金相顯微鏡、預(yù)磨機等實驗設(shè)備的基礎(chǔ)上，有條件的可以增加靜拉伸實驗儀、箱式電阻爐等熱處理設(shè)備，為綜合性實驗做準(zhǔn)備。要加強對教學(xué)設(shè)備的運行維護，保持良好運行狀態(tài)，防止在實驗過程中出現(xiàn)安全隱患。

2.理實一體，創(chuàng)新方法內(nèi)容

熱處理專題實驗內(nèi)容大多是取材于課程中重要知識點或反映某一工程實踐問題。教師在教學(xué)組織上要增加理論知識與實驗內(nèi)容的結(jié)合度，因材施教，進一步完善、優(yōu)化實驗步驟或方法，針對學(xué)生興趣點設(shè)計和整合實驗，在掌握基本實驗步驟的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計實驗，自己分組實施，實現(xiàn)理論課和實驗課一體化。如：在教師的引導(dǎo)下，在已完成20、45、T8、T12鋼式樣的常規(guī)熱處理實驗并測試硬度后，可以由學(xué)生自己針對45鋼嘗試采用不同的工件擺放方式、冷卻介質(zhì)、加熱溫度及保溫時間，確定不同實驗方案進行對比試驗。通過不斷地摸索，使學(xué)生能夠?qū)Σ煌牧希ㄌ间?、鑄鐵、合金鋼）進行熱處理并能對金相組織分析;同時對實驗中出現(xiàn)的問題，能利用所學(xué)知識及查閱資料，及時改進實驗方案，從而加深學(xué)生對知識理解和動手能力提高，達到課程目標(biāo)。

四、小結(jié)

通過采用案例教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動、項目整合等情境教學(xué)法，利用多媒體教學(xué)手段，實現(xiàn)理實一體，使金屬材料及熱處理課程改革得到進一步的完善，激發(fā)了學(xué)生的情境思維能力，讓學(xué)生主動參與到教與學(xué)的認知活動中，達到學(xué)與用的統(tǒng)一。案例的收集整理、任務(wù)和項目的設(shè)計、理論知識和實驗內(nèi)容的整合是課程改革的關(guān)鍵點，對教師的知識面、課堂組織、教學(xué)手段及教學(xué)能力提出了更高要求。同時必須改革課程的傳統(tǒng)考核評價方式，以過程性評價來代替學(xué)習(xí)結(jié)果的學(xué)業(yè)成績評價，實現(xiàn)學(xué)生知識與技能、過程與方法、情感與價值觀的全面發(fā)展，這需要學(xué)校管理層做好頂層設(shè)計，以點帶面，整體推動全校的教學(xué)改革和評價方式。

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（作者單位：南京技師學(xué)院）