材料成型專業(yè)金屬學(xué)與熱處理課程教學(xué)改革探索

張 可,許丹丹,侯清宇

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

金屬學(xué)與熱處理是材料成型與控制工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的一門最重要的專業(yè)基礎(chǔ)必修課,該課程主要包括三大部分:金屬學(xué)原理、熱處理原理和工藝及金屬材料學(xué)。課程以金屬材料的成分、組織、工藝和性能之間的相互關(guān)系為主線。其中,“金屬學(xué)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(shí)際生產(chǎn),實(shí)用性強(qiáng),學(xué)生沒有現(xiàn)場經(jīng)歷和實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí),不易掌握;“金屬材料學(xué)”涉及到的鋼種、合金種類繁多,知識點(diǎn)繁雜,難以理解和掌握。以往教學(xué)過程中,主要是以教師講授、學(xué)生被動學(xué)習(xí)為主的模式,這樣既不利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和提高創(chuàng)新意識,又與工程教育認(rèn)證的要求相違背[1]。筆者結(jié)合所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對金屬學(xué)與熱處理的的教學(xué)改革進(jìn)行初步探索。

一、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容,注重能力與實(shí)踐

傳統(tǒng)教學(xué)中授課內(nèi)容大都限于教材,教材知識點(diǎn)在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用和聯(lián)系還存在一定差距,理論和實(shí)際的結(jié)合沒有得到足夠的重視,難以讓學(xué)生在生產(chǎn)生活中找到知識的價(jià)值和應(yīng)用,因此,學(xué)生主動學(xué)習(xí)的欲望及對教材知識的求知欲較低[2]。基于當(dāng)前大學(xué)科、大專業(yè)的發(fā)展趨勢以及培養(yǎng)綜合應(yīng)用型人才的要求,在教學(xué)中作出了以下改進(jìn)和調(diào)整:(1)注重實(shí)用,精簡教學(xué)內(nèi)容。主要是對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精選,刪減或調(diào)整陳舊或不常用的內(nèi)容,合并相近內(nèi)容,避免重復(fù)。例如,針對“鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變”這一節(jié),以等溫轉(zhuǎn)變(TTT)曲線和連續(xù)轉(zhuǎn)變(CCT)曲線為基礎(chǔ),將珠光體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變及馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)合到一起講解,實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的整合及知識點(diǎn)的聯(lián)系,有助于學(xué)生學(xué)習(xí)和理解。(2)在講授原有經(jīng)典理論的同時,將材料領(lǐng)域的新技術(shù)、新工藝、研究動態(tài)及最新應(yīng)用狀況等前言知識積極融入進(jìn)來,保證教學(xué)內(nèi)容的更新和超前,拓寬學(xué)生的認(rèn)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(yīng)用,同時,補(bǔ)充了溫加工的概念及其當(dāng)前研究和應(yīng)用的發(fā)展前景,增強(qiáng)了學(xué)生對冷加工、熱加工概念的理解和認(rèn)識,開闊了學(xué)生的眼界和認(rèn)知。

二、理清結(jié)構(gòu)脈絡(luò),注重章節(jié)聯(lián)系

圖1 金屬學(xué)與熱處理各章節(jié)脈絡(luò)圖

《金屬學(xué)與熱處理》教材編寫的思路是“原理—工藝—材料—應(yīng)用”,而“成分—工藝—組織—性能—應(yīng)用”是貫穿這門課始終的主線,所有章節(jié)的講解應(yīng)結(jié)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(nèi)在規(guī)律,使學(xué)生從整體上了解和認(rèn)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(diǎn)和脈絡(luò),幫助學(xué)生學(xué)習(xí)、理解和掌握知識,最終實(shí)現(xiàn)對知識的運(yùn)用。圖1為金屬學(xué)與熱處理各章節(jié)脈絡(luò)圖,選用的教材為哈爾濱工業(yè)大學(xué)崔忠圻教授主編的金屬學(xué)與熱處理(第二版)。通過講授不僅使學(xué)生明白了課程的結(jié)構(gòu)脈絡(luò),而且增加了學(xué)生對課程章節(jié)的實(shí)際聯(lián)系和知識點(diǎn)的系統(tǒng)了解。

三、教學(xué)結(jié)合科研,理論聯(lián)系實(shí)際

授課教師參加國內(nèi)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(jìn)展和科研成果及時傳遞給學(xué)生,讓他們了解材料領(lǐng)域的最新科研成果和發(fā)展動態(tài),增強(qiáng)他們對本專業(yè)的學(xué)習(xí)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(jì)劃“煤炭采運(yùn)用高耐磨性鋼板及應(yīng)用”,該項(xiàng)目的核心設(shè)計(jì)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(shè)計(jì),實(shí)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(yīng)用這—主線應(yīng)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(jié)合提高材料強(qiáng)度的知識點(diǎn),將耐磨鋼的金相照片和力學(xué)性能展示給學(xué)生,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和發(fā)散思維。另外,在講授第七章“金屬和合金的回復(fù)和再結(jié)晶”時,將教材知識點(diǎn)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(jié)晶行為的影響”相結(jié)合進(jìn)行詳細(xì)闡述,通過展示實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論等部分來增進(jìn)學(xué)生對金屬的回復(fù)和再結(jié)晶的了解,將具體實(shí)驗(yàn)上升為理論化、系統(tǒng)化內(nèi)容,方便學(xué)生從整體上全面把握。這種理論聯(lián)系實(shí)際、科研應(yīng)用于教學(xué)的授課手段,受到了學(xué)生的認(rèn)可和歡迎。

四、課堂教學(xué)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目結(jié)合

為了營造良好的學(xué)術(shù)科研氛圍,培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識和科技創(chuàng)新意識,激發(fā)廣大學(xué)生科技創(chuàng)新的熱情,近年來,學(xué)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(xué)習(xí)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(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽,學(xué)生科研計(jì)劃項(xiàng)目(SRTP)及大學(xué)生研究訓(xùn)練計(jì)劃等。材料成型專業(yè)學(xué)生參加了“SRTP”和“大學(xué)生材料創(chuàng)新大賽”等與金屬學(xué)與熱處理課程相關(guān)的比賽,通過參加比賽在金相制樣、組織觀察、光學(xué)顯微鏡操作及實(shí)驗(yàn)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(rèn)識。另外,實(shí)踐教學(xué)是教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié),學(xué)生通過參加科研項(xiàng)目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目及教材中的實(shí)驗(yàn)課程,將理論知識和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合,對他們理解教材知識、學(xué)以致用及培養(yǎng)科研能力具有重要的促進(jìn)作用。

五、采用啟發(fā)式和討論式教學(xué)

根據(jù)近年來對金屬學(xué)與熱處理課程教學(xué)的實(shí)踐和體會,針對不同的課程內(nèi)容,采取不同形式的授課方式,如師生研討、學(xué)生自學(xué)、反饋式講授等,提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和動力,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如,在講授調(diào)質(zhì)鋼時,為了提高調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)度及綜合力學(xué)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(xì)化晶粒的元素,可引導(dǎo)學(xué)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(xì)化奧氏體晶粒;接著引導(dǎo)學(xué)生分析要獲得細(xì)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(xué)性能;再引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系調(diào)質(zhì)鋼中由這些元素產(chǎn)生的強(qiáng)化方式主要有細(xì)晶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化、相變強(qiáng)化等,從而達(dá)到理解知識和運(yùn)用知識的目的。通過這種連貫性的層級引導(dǎo)式的教學(xué)模式,啟迪學(xué)生思考和聯(lián)系銜接層次的知識點(diǎn),主動聯(lián)系知識解決問題,促進(jìn)教學(xué)效果的提高

六、考核及成績評定

為了考察學(xué)生對知識點(diǎn)的靈活掌握能力、運(yùn)用知識和解決問題的能力,突出工程教育認(rèn)證“能力”培養(yǎng)的目標(biāo),考核方法重在應(yīng)用和綜合,識記為輔,金屬學(xué)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(shí)驗(yàn)三部分,各占10%。教師考前出題,通常在試題的難易程度、內(nèi)容分布及知識點(diǎn)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(shè)計(jì)金屬學(xué)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(nèi)容,并且,試題的難度系數(shù)也各有差異,另外,每年結(jié)合材料領(lǐng)域的最新研究動態(tài)和科研成果,動態(tài)補(bǔ)充一些新試題[4]。實(shí)踐表明,試卷的難度和廣度更為合理,試題的科學(xué)性和合理性得到加強(qiáng),選題和命題的效率有了明顯提高,而且,教學(xué)效果的評價(jià)更為客觀合理,更能真實(shí)地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)成績和知識點(diǎn)的掌握情況,且與往年學(xué)生成績具有較強(qiáng)的可比性。