“金屬材料與熱處理技術”教學難點分析及解決策略

宋偉

在假肢矯形工程專業課程設置中，金屬材料熱處理課程是必修內容。學校根據專業課程的需要，針對學生所學專業知識特點，把課程放在三年級第一學期開設，總共36學時。與“金屬工藝學”先后開課，學生在接受專業理論知識后進行實際操作。我在“金屬材料與熱處理技術”課程的教學中，根據專業學習的特點，進行了一些探索。

1 講授新章節之前復習前章重點內容，自然導入本章教學內容

例如在學習第二章金屬的晶體結構與結晶之前，復習第一章重點教學內容金屬材料的性能。金屬材料的性能與其內部的晶體結構和組織狀態密切相關。因此，研究金屬的晶體結構與結晶過程，掌握其規律，以便更好地控制其性能，正確選用材料，并指導人們開發新型材料。

2 基本概念的理解對后續的知識學習至關重要

第二章金屬的晶體結構與結晶課程教學目的，是讓學生掌握金屬的晶體結構、實際金屬的結構、純金屬的結晶、金屬鑄錠的組織。這一章首先要理解晶格、晶胞、晶格常數的概念，然后記住常見金屬的3種晶格類型：體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；而且需要全面理解晶胞的空間結構。要弄清每種晶格晶胞內的原子數，其中最關鍵的一點是弄清每個原子為幾個晶胞所共有。如果每一晶胞的原子數則計算不清楚，將影響到致密度的計算。

我在教學中解決這一難點的策略是提綱攜領、舉一反三。先弄清體心立方晶格中每個頂角的原子為8個晶胞所共有，進而求出體心立方晶格的原子數是2個，然后計算其致密度為0.68。而后，讓學生自己剖析面心立方晶格、密排六方晶格，并計算致密度。

在致密度的計算中，關鍵要找出原子半徑與晶格常數的關系。在3種晶格中需要分別推導出原子半徑r與晶格常數a的關系式。

3 對后續知識的掌握會促進基本概念的深入理解

在第三章金屬的塑性變形與再結晶的學習中，滑移系是較難理解的重點內容。滑移面和滑移方向組成了滑移系。滑移面是原子密度最大的面，滑移方向是原子密度最大的方向。第1步，我讓學生找出3種晶格滑移面、滑移方向各是哪些；第2步，讓學生計算出滑移面和滑移方向上的原子數各是多少。雖然查找滑移面及計算過程較為繁瑣復雜，但經過深入分析、仔細研究及熱烈的課堂討論，透徹了解這些概念，就會對晶胞、配位數、致密度等概念有更深入的理解，也會對金屬的塑性變形的理解有促進作用。

4 結合學生興趣愛好，開闊課堂教學思路，活躍課堂學習氛圍

由于該課程涉及到專業術語及材料成份、結構、工藝原理等知識，學生學習起來比較枯燥乏味，因而在教學安排設計中，應采取創新多樣教學方法，與“金屬工藝學與車間工藝”相應的課程結合起來，用學生參與的動手試驗來激發學生的學習興趣，靈活開創基礎課的應用范圍，拓展學生的學習思維空間，促進理論概念的理解，使難以學習理解的基礎課變成容易理解的專業課程，拓展學生專業技術水平。

5 豐富教學手段，增強教學效果

利用網絡、制作多媒體課件等多種手段進行教學，提高學生的學習興趣，激發學生的學習動力，提高了學習效果。重點章節要多用圖表、錄像等資料全面立體授課。

6 找出各章節之間的內部聯系，重點章節要深入分析

本課程主要包括：金屬材料的性能、金屬的晶體結構與結晶、金屬的塑性變形與再結晶、合金的結構和結晶、鐵碳合金相圖和碳鋼、鋼的熱處理、合金結構鋼等共12章內容。其中金屬和合金的晶體結構及其結晶過程、鐵碳合金相圖的建立、識讀和應用是必須掌握的基礎知識，起著承前啟后的作用。如果這部分基礎知識掌握得好，那么學生對前面所講的金屬性能知識會加深理解，對后面鋼的熱處理和常用金屬材料的知識容易理解和掌握。所以這部分知識是這門課程教學的重點；同時由于這部分知識較為抽象(如合金的晶體結構、結晶的過程、鐵碳合金相圖的建立過程)，沒有具體實驗和教具可以演示，加上學生沒有實踐感性認識的基礎，缺少對這部分知識的感知認識，致使在教學中學生學和老師教都存在一定的難度。我對這一難點的突破，作了一些探討。

6.1 對重點章節深入分析 學生在學習過程中普遍對第五章鐵碳合金相圖的建立、識讀、應用等幾個知識點較難理解和掌握。其實，只要深入分析，找出知識貫穿點，就很容易找到突破口。在鐵碳合金相圖中包含10個特征點及9條特征線，它們構成了相圖的靈魂。在教學過程中，一點一點地分析，一條線一條線地判斷。只要了解了鐵碳合金內部組織的定義、性能及變化原因，那么識讀鐵碳合金相圖就會迎刃而解。

6.2 用平實的語言形象化解釋復雜的概念 鐵素體與滲碳體組成的機械混合物稱為珠光體，珠光體的顯微組織白色基體為鐵素體，黑色線條為滲碳體。與人的指紋有些相像。通過這一形象的比喻，使學生扎實地記住了珠光體的顯微組織形態；對亞共析鋼(鐵素體+珠光體)、過共析鋼(滲碳體+珠光體)的顯微組織結構的理解會更加透徹。

6.3 對復雜的概念深入剖析 經過對工業純鐵、非合金鋼及白口鑄鐵的室溫組織的深入分析，相的組成物都是鐵素體+滲碳體(F+P)，而將珠光體、高溫萊氏體、低溫萊氏體等名詞概念進行深入分析后，最終得到相鐵素體+滲碳體(F+P)。

7 教師課堂提問，學生有問題可以主動提問，增強互動

學生不應被動地接受知識，而應該主動積極地思考。在教學中，老師提問是調動學生積極性的一個好方法。課堂有針對性地提出問題不僅能促使學生積極思考，而且有助于吸引學生注意力。例如鐵碳相圖是研究鐵碳合金的基礎，對生產實踐有重要的指導意義，因此對整個相圖要求完全了解，包括其中的每個點、每條線、每個相區代表的意義。純鐵、亞共析鋼、共析鋼及過共析鋼加熱到一定溫度以上，鐵素體轉變為奧氏體。奧氏體是面心立方晶格(12個滑移系，其中有3個滑移方向)，而鐵素體是體心立方晶格(12個滑移系，2個滑移方向)，具有面心立方晶格的奧氏體塑性要比鐵素體好。為了加深學生對相圖的理解，特提出了一個有意義問題：“國際歌中的歌詞‘要把那爐火燒得通紅，趁熱打鐵才能成功’，為什么？”通過回答這個問題，學生進一步了相圖的規律，找到了最佳答案，從而了解到這句歌詞中所蘊含的科學道理，加深了對所學的知識的記憶和理解。

對一個問題要深究，挖得越深越透，越有助于知識的全面理解和掌握。

8 及時的復習、作業、課堂討論以及定期測驗

在教學過程中，及時的復習、作業、課堂討論及定期測驗都是必不可少的；同時要對學生的學習狀況進行適時的量化。對學生的學業評價就采用多樣化的形式，可打破傳統的一卷定乾坤的考核方法，形成一個綜合、全面、細化的考核評價體系，這樣能更有效地督促、激勵學生。

9 有意識地培養學生查閱資料和應用資料能力

在教學過程中有意識地多使用圖表、數據統計等資料，培養和加強學生查閱和應用資料的能力。在授課中，我們結合教材中的曲線、圖像、表格來表達和分析，并盡可能讓學生自己動手多查表、對照、換算。使學生在以后的工作中可以熟練地使用設計手冊。

“金屬材料與熱處理”是一門與生產實際聯系比較密切的實驗學科，雖然大的實驗無法在學校里完成，但教師也可以開動腦筋創造條件，設計一些簡單易行的實驗或列舉一些生活中常見的現象，擴展學生的思維，加深對理論知識的系統掌握。要充分調動起學生的主觀能動性，克服學習中的困難，夯實專業知識。