《有色金屬材料》教學模式的探索與實踐*

屈華　劉偉東（遼寧工業大學材料科學與工程學院，遼寧錦州121001）

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《有色金屬材料》教學模式的探索與實踐*

屈華劉偉東
（遼寧工業大學材料科學與工程學院，遼寧錦州121001）

摘要：依據《有色金屬材料》的教學內容和課程特點，對該課程的教學模式進行了探索與實踐。基礎理論知識采用類比式教學，既可“溫故”，又可達到“知新”的教學目的，教學效果“事半功倍”。對于在課內沒時間或無法完成的教學內容、科學研究前沿問題、新材料和新技術等采用研究性教學模式，可激發學生的學習興趣，提高自主學習能力，初步培養科研能力。

關鍵詞：有色金屬材料；教學模式改革；類比式教學；研究性教學

Abstract:Based on the characteristics and teaching contents of the "Nonferrous Materials", teaching method of the courses was explored and practiced. With analogy teaching on basic theoretical knowledge, the teaching purpose of not only reviewing the old but also learning the new can be attained, which yields twice the result and half the effort for the teaching effect. In view of the problem of contents that has no time in the classroom or unable to finish, and problem of scientific research, new material and new technique, this paper proposes adopting study-based teaching can motivate interest of students, promote learning ability and cultivate the capacity of scientific research.

Keywords:Nonferrous Materials; teaching method reform; analogy teaching; study-based teaching

傳統的專業課教學模式是注入式的單向“傳遞+接受”的模式，在授課過程中，學生的思維多處于被動甚至是休眠的狀態，學習的主動性和積極性不高。不少專家學者認為只有進行教學模式改革，采用啟發式、案例式、問題式、類比試、研究性等教學方法才能激發學生學習的積極性和主動性，提高專業課的教學效果[1]。研究性教學作為一種能有效引導學生主動探究、培養學生實踐能力和創新精神的教學方法，已成為高等院校專業課教學的主要教學方法之一，并得到教育部的大力倡導[2]。類比式教學是利用相關課程教學內容的相似或相對性進行“由此及彼”的一種教學方法，這種教學模式既有利于學生對教學內容的理解和掌握，達到舉一反三的目的，還可提高學生總結歸納的能力[3]。

《有色金屬材料》是一門理論性和應用性均較強的課程，它涉及多種有色金屬及合金的成分、組織結構、相變過程、性能特點和用途、熱處理工藝和制備技術等，基礎知識和基本理論較多、教學內容較為抽象。只有改革教學模式，發揮學生在教學活動中的主體地位，才能不斷地提高教學效果。

一、課程教學內容與要求

《有色金屬材料》的主要教學任務是講授鋁、鎂、銅和鈦四大有色金屬及合金的成分、組織結構、性能特點、熱處理基本原理、典型零部件的選材與熱處理工藝、新技術與新應用。本課程在《固態相變》、《鋼鐵材料學》、《熱處理工藝學》等課的基礎上，以四大有色金屬及合金的成份—組織結構—性能—用途為主線，講授它們之間的內在聯系及其相互關系，揭示提高材料性能的途徑。通過《有色金屬材料》的理論與實驗教學，使學生系統掌握有關有色金屬材料學方面的知識，培養學生研究開發和合理應用有色金屬材料的能力。

在《有色金屬材料》教學中，要求學生理解和記憶的內容比較多，而學生普遍缺乏對有色金屬材料的感性認識，因此學生學習起來難度較大，易產生模糊的概念，學習效果不佳。針對這種情況，作者在教學過程中不僅采用了有利于激發學生學習興趣的案例式、問題式、啟發式、交互討論式教學模式，還重點采用了類比式和研究性的教學模式。例如，從教學內容上看，《有色金屬材料》的教學內容《鋼鐵材料學》的教學內容多有相通或相近之處，學生在學習時難免有“似曾相識“之感，因此這部分教學可以采用類比式教學的方法進行教學。通過教學模式改革，學生表現出來的求知欲和與過去形成了鮮明對比，達到了預期的教學目標。

二、基礎理論知識的類比教學

表1　鋁合金與鋼的熱處理知識點對比

采用類比式教學，可使學生在面對未知的新知識時，迅速找到輕松入門的途徑，增加學習的主動性，提高學習效率與質量[4]。作者在講授《有色金屬材料》時，將有色金屬材料的基礎理論知識與鋼鐵材料的基礎知識進行了類比講授。作者在講授鈦合金馬氏體相變時，與鋼的馬氏體轉變進行類比，取得了較好的教學效果。表1給出了作者在講授鋁合金熱處理時，與鋼的熱處理進行的知識點對比。

由表1可知，鋁合金熱處理與鋼的熱處理從過程看是類似的，都由加熱、冷卻和再加熱三個過程組成。鋁合金的加熱保溫過程稱之為固溶處理，其目的是使第二相全部或最大限度地溶入基體；而鋼的加熱保溫過程可稱之奧氏體化過程，其目的是使原始組織轉變成奧氏體組織并使合金元素盡可能均勻化分布。鋁合金快速冷卻是為了形成過飽和的面心立方2-Al固溶體，這個過程中沒有相變發生；而鋼快速冷卻是為了形成含碳和合金元素過飽和的嚴重畸變的體心立方結構的2-Fe固溶體，即馬氏體，這個過程中發生了由奧氏體向馬氏體轉變的相變過程。鋁合金與鋼的淬火處理過程類似，但結果是不一樣的，鋁合金淬火后強度與硬度并不立即升高，塑性非但沒有下降，反而有所上升；而鋼淬火處后強度與硬度明顯升高，而塑性與韌性明顯下降。鋁合金固溶處理后再加熱稱之為時效，而鋼淬火處理后再加熱稱之為回火，時效與回火的過程類似，但目的不一樣。鋼回火處理的目的是減輕淬火馬氏體的碳過飽和度，降低強度與硬度，改善塑性與韌性，提高綜合力學性能，另外，可以去除淬火應力，防止變形與開裂，在這個過程中要析出碳化物。鋁合金時效的目的是使過飽和基體固溶體中合金元素以第二相的形式析出，進而提高強度與硬度。

在《有色金屬材料》課程之前，學生已經學過《固態相變》、《鋼鐵材料學》、《熱處理工藝學》等課程，因此作者在講授鋁合金熱處理時，通過與鋼的熱處理對比分析，既起到了“溫故”的作用，又達到了“知新”的教學目的，且降低了學生學習新知識的難度，可謂是“事半功倍”。

三、知識綜合應用的研究性教學

研究性教學的目的是為了引導學生自主學習，培養其發現問題、分析解決問題的能力，著重培養學生對于“未知”的研究和探索和創新意識。具體而言，研究性教學就是要在教學中，針對知識難點、不成熟的問題、與該部分知識有關而教材上沒有講到的知識、相關的新材料和新技術等，在有限的教學時間內和課堂上無法完成的教學內容，以研究性課題的形式提出并并布置給學生，要求學生根據自己的興趣選擇并完成小論文[5]。

作者在《有色金屬材料》的教學過程中采用了研究性教學模式，主要是為了使學生懂得有色金屬材料并不僅僅是一門金屬材料的擴大化普及課程，更應深刻理解“成分—組織結構—加工和熱處理—性能—應用”在有色金屬材料中的具體實施，初步掌握關于有色金屬材料甚至金屬材料方面的科學研究與實踐的基本步驟、方法和思路。例如，在講授鋁合金及其熱處理和與鈦合金新技術和新應用時，作者采用了研究性教學。

（一）鋁合金及其熱處理的研究性教學

為了能夠更好的開展研究性教學，作者重新刻畫了鋁合金及其熱處理的知識結構，通過精講合金的成分、組織結構、固溶時效的組織轉變過程和性能變化，使學生全面掌握了該章節的主要知識。同時將有關鋁合金熱處理的新理論、新技術和新成果融入教學，有效地激發了學生的學習興趣。

在鋁及其合金的教學中，作者根據教學內容，考慮到理論的應用和拓展，通過對知識進行整合，先后設計出多個研究題目供學生選用，如：Al-Cu鋁合金固溶時效析出行為，高強變形鋁合金的研究現狀和發展趨勢，耐熱鋁合金研究進展，某種典型鋁合金的制備及熱處理工藝等。相應的研究性課題在對應教學內容講完后即布置給學生，學生選用后即可投入研究性工作并撰寫研究報告。在學生完成研究報告的過程中，要給學生講授如何擬定研究報告的題目，研討寫作提綱。在學生完成研究報告后，挑選質量較高的報告在課堂上進行研討分析。

在講授鋁合金及其熱處理的應用時，采用研究性教學，既可達到教學目的，使學生掌握鋁合金的熱處理知識，又可以鍛煉學生的科學研究能力。

（二）鈦合金新技術、新應用的研究性教學

專業課教學對學生而言，不僅是基礎知識的積累過程，更是知識綜合運用能力的提升和對相關新技術、新應用的探知過程。學生所積累的知識只有在實踐過程中才能得到消化和吸收。這種消化和吸收的最好辦法之一是研究性學習，即通過“工程實際問題——查閱文獻資料——具體分析——方案比較——實驗/實踐——結論”這樣一個過程[6]。

作者在精心講授基礎知識和原理的基礎上，非常注意引導學生查閱文獻資料，以了解有色金屬材料的新技術和新應用。具體做法就是根據授課內容進行擴展，提出一些研究性課題供學生選擇研討并完成小論文。例如，在鈦及其合金的教學中，布置給學生的可選擇研究性課題有汽車用鈦合金、生物醫用鈦合金、鈦合金表面改性技術、鈦合金最新加工技術、低成本高性能鈦合金等。學生可以選擇任一研究性課題，然后查閱、匯總并分析文獻資料提供的內容，提出小論文的撰寫提綱。選擇相同研究性課題的同學組成研究小組，研討每個同學的小論文提綱，然后各自完成研究性小論文。例如，作者在講授“低成本鈦合金”時，組織學生圍繞這一課題按“研究進展→低成本思路→發展方向”這一主線展開了討論。在研究性教學實踐過程中，學生的想法和實驗設計不可能一一去嘗試，因此鼓勵學生從圖書和文獻資料中尋找相近或相似的實驗來驗證是很好的解決辦法。對于某些能力出眾的學生，可以鼓勵其立題申報我校實驗室開放項目和大學生創新創業計劃訓練項目，甚至鼓勵學生參與教師的科研項目來實踐和驗證課堂上學到的理論知識。

四、結束語

在《有色金屬材料》的教學過程中使用類比式教學方法可使學生既“溫故”，又能“知新”，降低了學習新知識的難度。在《有色金屬材料》的教學過程中使用研究性教學方法既可激發學生的學習興趣，提高學生自主學習的能力，又可將教學與科研和實踐相結合，培養學生的工程實踐能力、創新意識和創新精神。

參考文獻

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[3]張世剛，段向軍.類比式教學在電路分析基礎課程中的應用[J].中國電力教育，2014（9）：88-89+93.

[4]黃莉，潘雪.對比式教學法在化工原理教學中的應用[J].中國科教創新導刊，2012（6）：96-97.

[5]潘營利.研究性教學模式在熱力學統計物理教學中的應用研究[J].渭南師范學院學報，2013，28（8）：64-67.

[6]鄧元龍，孫秀泉，胡居廣，等.基于能力培養的工科專業課教學模式改革與探索[J].理工高教研究，2006，24（4）：48-49.

作者簡介：屈華（1972-），女，遼寧沈陽人，副教授，博士。

*基金項目:2014年度遼寧工業大學教學改革研究項目(2014018）資助

中圖分類號：G642

文獻標志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）06-0083-02