《金屬學與熱處理》多元化融合教學方法探索

潘堯坤，崔紅衛，宮本奎，杜慶洋，馮 銳

(山東理工大學 材料科學與工程學院 材料工程系，山東 淄博 255000)

“互聯網+”給傳統的教學觀念帶來巨大沖擊的同時，也為教學觀念的更新和教學模式的創新提供了機遇。互聯網技術正逐步滲入到《金屬學與熱處理》課程教學的各個環節之中，教師利用網絡教學平臺進行網上教學資源發布、網上作業布置、網上答疑、網上師生互動等，教學不再是僅僅停留在課堂授課的層面上，“互聯網+”架設的橋梁拉近了師生間的距離，拓寬了學生的視野。但我們發現目前學生仍處于被動接受知識的狀態，學生學習的主動性和積極性仍未充分的調動起來等。多數學生沒有花費足夠的課下時間去自主學習，而是簡單的應付了事，因此網絡教學的資源共享遠遠沒有達到強化鞏固課堂所學知識并將理論知識應用于實踐的目的。學生對網絡教學平臺的應用更多的是停留在只關注與考試相關的信息，以達到應付最終考試的目的，因此，互聯網與教育的融合并未真正而充分的實現。

《金屬學與熱處理》作為材料科學與工程專業最重要的專業基礎課之一，涉及金屬材料的基礎理論與實踐應用的知識，是實際生產工藝的理論指導，與實踐應用緊密結合，同時具有較強的理論性和應用性[1-2]。因此，如何在“互聯網+”的環境下突出課程中理論知識與實踐的結合，以生動鮮活的實例來激發學生學習的興趣，讓學生尋根溯源去尋找課本中相關知識點的應用實例是《金屬學與熱處理》多元化教學方法深度融合的方向。學生的求知欲和興趣一旦建立，自然而然就會充分利用好網絡教學平臺，從而進一步提高教學效果。

1 抓住學生的學習興趣

1.1 重開端，抓主線

對任意一門課程來說，第一堂課都尤為重要。第一堂課就要抓住學生的興趣，激發學生的求知欲。例如，通過諾貝獎獲得者研究過程中所涉及的與本課程相關的知識點入手，或者從未來最具潛力的幾種新材料(石墨烯、液態金屬、氣凝膠、超材料等)講起，或者結合教師本人的科研經歷及發現，或者引入涉及金屬材料的重大新聞或歷史事件等，在引人入勝的同時，也讓學生明白該門課程的重要性。通過對應用于不同領域的不同結構的新材料圖片、視頻及實物的展示，讓學生討論其內在規律，即材料科學與工程四要素(“結構成分-合成加工-性質-使用性能”)這一主線，指出材料內部的組織結構決定材料的性能這一規律[3]。因此，改變金屬材料的內部組織結構，就可以改變其性能及應用場合，而金屬材料成分和合成加工工藝是改變其組織結構的必由之路。最終讓學生明白抓住了這四個要素，就抓住了材料科學與工程研究的本質，也就抓住了未來可能困擾我們的所有材料問題的解決之道。

1.2 探究式學習

課程中許多知識點的建立都是發現現象、提出模型、理論計算、實驗驗證、修改模型、重新計算并最終完善的過程。因此，在課堂講授過程中可以以案例重演的方式展開，進而漸進式啟發，激發學生的求知欲。例如，當講到晶體缺陷中的位錯理論時，教師可以以常見金屬鐵的理論形變強度與實測強度的巨大差別引入，這是為什么？進而通過對剛體滑動模型改進，引出位錯的概念，讓學生思考并主動探索其中的奧妙。

1.3 理論聯系實際

理論聯系實際也是抓住學生興趣的重要手段，例如，在講鋼的熱處理原理與工藝時，可以讓學生做個小實驗，將一根細鋼絲截成兩段，放在酒精燈上同時加到赤紅色，然后分別放在空氣中和水中進行冷卻，冷卻后現場讓學生對這兩段鋼絲進行彎曲并對比其力學性能，結果發現放在水中冷卻的鋼絲硬而脆，很容易折斷，而在空氣中冷卻的鋼絲較軟且有較好的塑性，彎折多次都不會斷。這時，教師鼓勵學生大膽地提出問題，在提問中解惑。學生在彎折空氣中冷卻的鋼絲時，教師可以詢問學生有沒有發現，隨著彎曲次數的增加，發現越彎越費力。這是什么原因呢？進而引出了材料加工硬化現象。然后通過生活中的實例，進一步說明加工硬化在生活中的應用，比如易拉罐和高壓氣瓶底部向上凹的原因，就是彎曲所產生的塑性變形會使材料產生加工硬化的現象，以防容器高壓脹裂危險的發生。

1.4 化抽象為形象

《金屬學與熱處理》概念及知識點繁多且抽象，而多媒體技術恰好可以化抽象為形象，將抽象的內容采用圖文并茂的形式生動形象地描述出來。通過網絡視頻下載及發動學生制作一些手工模型或Flash動畫等，讓學生可以通過看視頻或直接動手制作動畫，進而更直觀地理解一些抽象的知識。例如，純金屬的結晶過程比較抽象，可以將晶核的形成與長大的過程制作成動畫，通過對此過程的動態展示，讓學生直觀、形象、清晰地了解整個結晶過程。在晶體缺陷中，位錯是一個十分抽象的概念，學生通過教材上的圖片和文字很難理解并掌握，可以讓學生通過課外學習簡單Flash動畫制作，將刃型、螺型位錯的滑移和攀移、F-R位錯源的增殖、位錯繞過第二相及位錯塞積形成裂紋等過程制成Flash動畫，也可以讓學生用鐵絲、乒乓球等物品手工制作晶體結構及鐵碳相圖模型等，學生在這個過程中，會充分發揮自己的想象力和主觀能動性，加強同學間的交流和探討，增進對所學知識的理解程度，增強學習信心。

1.5 加強網絡教學平臺互動

利用網絡平臺，可以將試題庫、案例庫、學習資料、微視頻、學生上課記錄、學生動畫作品等永久存檔，學生可以在課下預習新課內容，并隨時對尚未掌握的知識進行再學習，還可以讓學生個人和小組在網絡平臺上共享學習資料和心得，達到實時交流互動的目的。試題庫、案例庫、微視頻等資料可以在教師和學生分工協作的基礎上逐步積累并建立完善。另一方面，“育人為體、互聯網為用”，不可因互聯網的過度使用而導致教師與學生之間缺乏必要的交流，在教育教學過程中，在加強網絡交流互動的同時，也不能忽略師生之間面對面的交流。

2 提高學生的動手能力

《金屬學與熱處理》課程是與實踐緊密結合的專業基礎課， 因此實踐教學在教學過程中是必不可少的重要環節[4]。實踐教學中開設基礎實驗與綜合性實驗，實驗圍繞“結構成分-合成加工-性質-使用性能”這條主線開設，進一步深化學生對基礎理論、基本知識的理解與掌握，達到綜合性專業技能訓練目的，提高學生動手解決問題的能力。例如，從選材入手，讓學生選取擬制造零件(拖拉機傳動軸、活塞銷、銼刀、滾動軸承等)，選中一種零件后，學生通過查閱資料挑選材料，如學生計劃制造活塞銷，查資料后選用20#鋼，為滿足零件硬度要求，擬采用調質工藝，使零件硬度達到要求，接下來，學生通過查表制定熱處理工藝，然后根據工藝路線開展熱處理試驗，熱處理后進行洛氏硬度測量試驗，然后再開展金相試樣制備及組織觀察試驗，通過硬度測試和組織觀察，表明材料牌號正確，選用熱處理工藝合適，達到設計要求。如果出現不正常現象，要進行分析并查明原因，通過綜合試驗，學生學會了鑒定材料牌號的方法，鞏固了根據材料成份，設計熱處理工藝，掌握了熱處理工藝方法，學會了使用硬度計測量材料性能的方法，通過制備金相試樣并觀察金相組織，掌握了材料選擇和熱處理工藝的選擇方法。進一步明確了材料成分、金相組織、熱處理工藝與力學性能之間的關系。學生實踐結果可以匯總建立常見機械零件熱處理工藝及失效分析案例庫，形成寶貴的實踐案例教學資源。

在實踐教學的改革中，還可以讓學生到實際生產中去學習，充分利用校內校外資源加強實踐教學。例如，開放金屬材料專業實驗室，鼓勵學生走進實驗室，讓學生在實驗老師的指導下對自己感興趣的實驗進行動手操作。教師還可以在實驗課上舉辦金相大賽，為同學們搭建一個實踐平臺，加深同學們對本專業金相知識的理解及熱愛。此外，教師可以帶學生進入企業的不銹鋼盆等沖壓車間來觀察金屬材料的塑性成型過程，也可以帶學生進鋼鐵廠了解不同鋼材生產過程及熱處理工藝流程。

3 加強過程性考核

目前常規考試大多采用閉卷筆試，以期末考試卷面分數來衡量學生的學習情況。這就導致學生平時不努力，考前突擊，把精力都放在死記硬背上，這樣并不利于學生對知識的掌握。應該注重對學生學習過程的考查和能力的評價，建立促進學生實踐能力和綜合素質提高的評價方式。為了達到培養目標，可以對傳統的考試模式進行改革：平時出勤、上課表現及課下理論作業占總成績的30%；手工模型或Flash動畫、課題研討和實踐動手能力占總成績的30%；期末考試占總成績的40%。

4 結束語

總之，要提高《金屬學與熱處理》課程的教學效果，就必須要更新觀念，走教學創新之路，實現“課堂教學”與“在線教學”方法的多元化融合，化枯燥為生動、化抽象為形象，吸引學生眼球，抓住學生的學習興趣，使學生在興趣的驅動下從被動的接受知識轉變為主動的學習知識，培養學生的應用能力和創新能力，拓寬學生的知識面，讓學生不斷提升自學能力，達到“潤物細無聲”的最佳教學效果。教學方法的探索是一個永恒的話題，需要不斷的摸索嘗試，不斷更新完善，不斷提高教學水平和教學質量。