歸納類比法在材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用

熊 毅 文九巴 任鳳章 張凌峰 馬景靈河南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 河南洛陽 471023

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歸納類比法在材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用

熊 毅 文九巴 任鳳章 張凌峰 馬景靈
河南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 河南洛陽 471023

摘 要：材料科學(xué)基礎(chǔ)作為材料科學(xué)與工程學(xué)科最重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其重要地位不言而喻，但長期以來教學(xué)效果并不顯著。介紹了歸納類比法在該課程教學(xué)過程中的運(yùn)用；結(jié)果表明，采用該法教學(xué)可有效提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，值得進(jìn)一步推廣運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)基礎(chǔ)；歸納類比法；教學(xué)質(zhì)量；教學(xué)效果

材料科學(xué)基礎(chǔ)是金屬材料工程、材料成型與加工類各專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。學(xué)習(xí)這門課不僅使學(xué)生學(xué)習(xí)到堅(jiān)實(shí)的機(jī)械工程材料方面的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力，而且可以訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)踐能力，為后期專業(yè)學(xué)習(xí)與工作打下良好的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐基礎(chǔ)。因此，組織好該課程的教學(xué)至關(guān)重要。但由于該課程所涵蓋的內(nèi)容頭緒多；敘述性的原理、規(guī)律多；需要記憶的概念、定義多；而理論計(jì)算少，學(xué)生學(xué)習(xí)這門課時普遍感到空洞抽象，看不見、摸不著，學(xué)習(xí)積極性不高，學(xué)習(xí)效果也不好。如何才能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)效果？針對上述現(xiàn)象和問題，近幾年，課題組在采用多媒體課件規(guī)范化教學(xué)的同時，努力提高每位授課教師的業(yè)務(wù)能力和教學(xué)水平，在教學(xué)實(shí)施過程中還廣泛采用歸納類比法將教材中分散的知識點(diǎn)和相關(guān)內(nèi)容（如：組織、概念、工藝）有機(jī)地進(jìn)行歸納、比較、分析和總結(jié)，具有便于記憶、利于理解的特點(diǎn)，同時還有助于指導(dǎo)學(xué)生不斷改進(jìn)學(xué)習(xí)方法，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。所采用的歸納類比法主要有4種，分別是：列表歸納類比法、圖示歸納類比法、圖表歸納類比法、循環(huán)過程歸納類比法。

根據(jù)教學(xué)大綱要求及所用教材課程體系的特點(diǎn)，針對不同章節(jié)的內(nèi)容，有的采用授課時自然形成類比法，即講課時有的放矢地進(jìn)行講解，進(jìn)行版面設(shè)計(jì)和書寫，這樣在講完一堂課或一節(jié)內(nèi)容后，自然在黑板上形成一個表，教師在講授完相關(guān)內(nèi)容后直接填寫表格中的內(nèi)容和名稱即可。而對于某些內(nèi)容系統(tǒng)性不太強(qiáng)的章節(jié)，通常采用課后小結(jié)的方式進(jìn)行歸納類比，即講解完一部分內(nèi)容后，有目的地進(jìn)行課程內(nèi)容總結(jié)，然后列出總結(jié)圖表以作業(yè)形式布置給學(xué)生，讓學(xué)生根據(jù)教師課堂上所講授的內(nèi)容，經(jīng)過自己的復(fù)習(xí)和總結(jié)填寫相關(guān)圖表，這樣既幫助學(xué)生復(fù)習(xí)了課堂的相關(guān)知識點(diǎn)，又鞏固和加深了相關(guān)知識點(diǎn)的理解程度，起到事半功倍的效果。對于有些章節(jié)，為了加深記憶及便于理解，也可在課堂討論中將圖表發(fā)給大家進(jìn)行有針對性的討論分析，將分散的內(nèi)容有目的地進(jìn)行串聯(lián)總結(jié)，帶著問題進(jìn)入課堂，這樣就能最大限度地發(fā)揮出課堂教學(xué)應(yīng)有的效果。下面就課程具體內(nèi)容分別介紹4種類比法在教學(xué)過程中的應(yīng)用。

1　列表歸納類比法

鋼的熱處理原理主要包含五大轉(zhuǎn)變，其中較重要的3種過冷奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變雖然各類教材均有詳細(xì)講解，但各種冷卻轉(zhuǎn)變現(xiàn)象及組織之間的區(qū)別，學(xué)生學(xué)后往往留不下深刻的印象，甚至經(jīng)常出現(xiàn)張冠李戴的現(xiàn)象。針對上述現(xiàn)象，為了便于學(xué)生理解、區(qū)別、記憶，我們在講授3種過冷奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變的內(nèi)容時，有目的地進(jìn)行歸納總結(jié)類比，并列出歸納類比表給學(xué)生。

鋼的熱處理工藝及金屬材料部分，內(nèi)容繁雜，系統(tǒng)及條理性差，而對于設(shè)計(jì)類專業(yè)的學(xué)生又必須學(xué)好，以便于合理選擇材料及熱處理工藝，充分發(fā)揮材料的性能潛力。以往的教學(xué)情況是無論教師怎樣認(rèn)真講，學(xué)生也記不住、學(xué)不好。為了使學(xué)生在學(xué)完這部分內(nèi)容后有一個清晰完整的概念，在學(xué)完這一章后，立即將相關(guān)歸納表格（只有格式及所填寫的項(xiàng)目），以作業(yè)形式留給學(xué)生，讓他們自己根據(jù)教師講授內(nèi)容及表格中的相關(guān)要求，認(rèn)真總結(jié)，認(rèn)真填寫。通過自己的歸納總結(jié)及類比，掌握有關(guān)熱處理工藝及材料的知識，學(xué)會合理選材及選擇合適的熱處理工藝及方法。

在講授《化學(xué)熱處理》相關(guān)章節(jié)時，有意識地將滲碳、滲氮、滲硼等內(nèi)容對比介紹，分別從溫度、適用材料、最后熱處理方法、表面耐磨性、生產(chǎn)成本及應(yīng)用場合等方面找出異同點(diǎn)，加深學(xué)生的課堂記憶，有助于學(xué)生理解該部分的內(nèi)容。介紹鑄鐵部分的內(nèi)容時，將灰口鑄鐵、孕育鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵以及蠕墨鑄鐵對比，分別從成分特點(diǎn)、顯微組織、生產(chǎn)方法、機(jī)械工藝性能以及用途等方面展開論述，條理清楚，也方便學(xué)生對比記憶。又如在介紹工業(yè)用鋼時，按照結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼以及特殊性能鋼三部分展開論述，分別從成分特點(diǎn)、合金元素作用、常用鋼號、熱處理方法、熱處理后組織及性能、使用對象及場合等方面對比介紹。

2　圖示歸納類比法

在《熱處理原理及工藝》部分的復(fù)習(xí)和課堂討論中，為將固態(tài)相變中的五大轉(zhuǎn)變及控制工藝有機(jī)地聯(lián)系起來，且有利于縱向知識的系統(tǒng)化和連貫性，我們將這部分歸納總結(jié)畫出了“共析碳鋼的奧氏體形成—過冷奧氏體分解—回火組織轉(zhuǎn)變”的工藝和組織類比法。利用該圖可以說明以下3點(diǎn)。

（1）奧氏體的形成過程及奧氏體晶粒的大小。

（2）過冷奧氏體的分解方式、過冷奧氏體等溫、連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線及過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。

（3）回火種類、回火溫度、回火組織、力學(xué)性能及適用對象等。由于該圖包括了熱處理原理中的五大轉(zhuǎn)變及基本的熱處理工藝，經(jīng)復(fù)習(xí)及討論可使同學(xué)們將五大轉(zhuǎn)變規(guī)律及相關(guān)熱處理工藝有機(jī)地聯(lián)系起來。達(dá)到弄懂一張圖，理解該部分全部內(nèi)容的目的。

在學(xué)習(xí)《退火與正火》一節(jié)時，可利用鐵碳相圖及“C-曲線”兩個圖，將退火、正火各工藝與其加熱溫度、冷卻方式的關(guān)系一邊講一邊畫，講完此章節(jié)后，即畫出兩張圖—退火與正火加熱溫度范圍類比圖和退火與正火工藝曲線類比圖，使之一目了然便于同學(xué)們記憶。

在學(xué)習(xí)《淬火方法》一節(jié)時，也可采用上述方法，將單液、雙液、分級、等溫淬火法歸納總結(jié)在“C”曲線中進(jìn)行類比，效果相當(dāng)不錯。

關(guān)于鋼在回火過程中的組織轉(zhuǎn)變、回火組織和回火后性能變化的類比，對于學(xué)生掌握鋼的回火這部分內(nèi)容同樣起到了良好的作用。

3　圖表歸納類比法

在學(xué)習(xí)《金屬的晶體結(jié)構(gòu)》時，約90%的金屬具有3種基本晶格類型；因此，學(xué)好這3種晶格類型至關(guān)重要。在學(xué)習(xí)該節(jié)內(nèi)容時，為使學(xué)生對3種典型晶格有一個清晰概念，在講每種晶格類型時，講課采用的小標(biāo)題完全一致，并有目的地講解所設(shè)計(jì)的板面，這樣在講完這一部分內(nèi)容之后，畫上幾條線，填上表頭，就形成了一個完整的“3種典型金屬晶格類比表”。一節(jié)課所講的內(nèi)容反映在表中，一目了然，同時也可使同學(xué)們通過類比法，掌握各自的特點(diǎn)及差別，便于理解、記憶。

在學(xué)完《二元合金相圖》之后，學(xué)生對二元相圖的基本類型及特征往往還形成不了一個完整、清晰的概念。為加深學(xué)生對該內(nèi)容的理解，在講完二元相圖后，對二元相圖按照相圖類型進(jìn)行歸納、總結(jié)、類比，列出圖表，使學(xué)生通過課上總結(jié)、類比，真正掌握有關(guān)二元相圖的基本知識。類似的問題還有兩種馬氏體（低碳馬氏體和高碳馬氏體）的比較等。

在學(xué)習(xí)《鐵碳相圖》時，為使學(xué)生在“成分-組織-性能”之間建立起聯(lián)系，在講解鐵碳合金分類、組織、性能之間的關(guān)系時，畫出鐵碳合金的成分-組織-性能的對應(yīng)關(guān)系圖表，使學(xué)生通過圖表的介紹與講解，真正建立起“成分-組織-性能”間的聯(lián)系。在介紹冷變形金屬再結(jié)晶內(nèi)容時，將金屬發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（重結(jié)晶）內(nèi)容對比，找出其中的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，有利于學(xué)生加深印象，記憶深刻。又例如在講述多晶體塑性變形時的特點(diǎn)時，將單晶體塑性變形過程對應(yīng)起來，從中對比出異同點(diǎn)，起到事半功倍的效果。

4　循環(huán)過程中的歸納類比法

在學(xué)習(xí)《奧氏體形成》時，書上內(nèi)容敘述過多，不便于學(xué)生的理解和記憶，但由于奧氏體形成時符合自然界中辯證法循環(huán)規(guī)律，因此，可在教學(xué)中利用循環(huán)過程的歸納類比法，簡化教學(xué)。

例如：奧氏體晶核的長大過程，實(shí)質(zhì)上就是兩相界面附近的碳濃度平衡-不平衡-再平衡的建立與破壞過程。因此，它可用循環(huán)圖表示出其特征。與此相類似的內(nèi)容還有層片狀珠光體組織的形成過程也是如此。

5　結(jié)束語

近幾年，通過采用歸納類比法進(jìn)行教學(xué)，提高了學(xué)生對材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)積極性和主動性，使教學(xué)質(zhì)量得到大幅度的提高。學(xué)生普遍感覺到課程教學(xué)內(nèi)容針對性強(qiáng)，所學(xué)知識與專業(yè)聯(lián)系緊密，確實(shí)有用，不但提高了分析問題、解決問題的能力，也大大拓寬了學(xué)生的專業(yè)研究視野，對材料科學(xué)與工程學(xué)科各專業(yè)的基本特點(diǎn)、發(fā)展方向、新技術(shù)、新成果有了大體上的認(rèn)知和了解，有助于培養(yǎng)出具有扎實(shí)理論基礎(chǔ)和較強(qiáng)實(shí)踐和創(chuàng)新能力的應(yīng)用型復(fù)合型高級工程技術(shù)人才。

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Application of Analogy and Induction in Foundations of Materials Science Teaching

Xiong Yi， Wen Jiuba， Ren Fengzhang， Zhang Lingfeng， Ma Jingling
School of Materials Science and Engineering， Henan University of Science and Technology， Luoyang， 471023， China

Abstract:As an important basic curriculum of speciality， Foundations of Materials Science lay an important position among the courses of materials science. However， the teaching result was not satisfactory for a long time. The application of analogy and the induction in teaching was discussed in this paper. The results show that the teaching quality and effects can be improved extremely by this method and the method is worth spreading and exercising widely.

Key words:foundations of materials science； analogy and the induction； teaching quality； teaching effect

收稿日期：2015-11-02

作者簡介：熊毅，博士，副教授。文九巴，博士，教授，院長。任鳳章，博士，教授。張凌峰，博士，副教授。馬景靈，博士，副教授。

基金項(xiàng)目：河南科技大學(xué)重大教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（編號：2015ZD-003）；河南科技大學(xué)研究生課程建設(shè)基金項(xiàng)目（編號：2015YJG-029）。