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摘 要：在《金属材料与热处理》的教学中，疲劳的知识点是不好讲、同时也是不好懂的一个教学难点。恰当地进行教学设计，能够极大限度引发学生的学习兴趣、调动学生的学习积极性，收到很好的教学效果。
关键词：金属材料与热处理 难点 疲劳 教学设计
中图分类号：TG1 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）01（c）-0045-01
《金属材料与热处理》是一门专业性较强、理论抽象、概念较多的专业基础课。故而，学生在学习起来会感到枯燥乏味，加之很多概念确实比较抽象，很多现象确实比较复杂，非常难于理解，教学难度比较大。特别是近年来，由于技工学校学生的生源基础普遍较差，更有越来越多的学生来自农村，他们对于机械加工行业、对于金属材料缺乏基本的感性认知。如何在教学过程中引起学生的学习兴趣、激发学生的求知欲、充分调动学生对本课程的学习积极性，是作为任课教师必须完成的首要任务。
笔者在多年的一线教学实践中，发现对那些抽象、乏味、枯燥的难点，通过精心的教学设计，既能活跃课堂气氛，又能引发学生的学习兴趣，对难点容易理解。从而提高课堂教学质量，收到很好的教学效果。下面就笔者在教学过程中，对金属的疲劳这个难点的教学设计，做如下阐述。
1 关于疲劳现象以及疲劳的危害的讲解
机械零件都是在不同的载荷作用下工作的，这些工作载荷有静载荷、冲击载荷和循环载荷，其中循环载荷的作用最为复杂。在循环载荷的作用下的机械零件占有相当大的比例，例如曲轴、齿轮、弹簧、各种轴承等。在工作过程上中，上述机械零件常常在它们的工作应力还低于屈服点或屈服强度，甚至于还没有达到比例极限的情况下就会发生断裂，这种现象称为金属的疲劳。它的衡量指标是通过疲劳试验得到的。
疲劳现象的工作载荷是循环载荷或称交变载荷，在这种载荷作用下发生的断裂破坏与零件在其它载荷作用下发生的破坏不同，不管是韧性材料还是脆性材料，疲劳破坏都是突然发生的，事先没有任何明显的塑性变形为征兆，故而有很大的隐蔽性和危险性。
2 对于学习疲劳现象时学生的反应及成因的思考
为什么会出现这种金属的疲劳现象，学生普遍表示简直不可思议，有的学生根本就是不相信，特别是那些又调皮又聪明的学生，他们甚至会在下面用出怪声来表示自己的不屑。
对于学生的这种反应，其实这也是可以理解的事情。因为在讲解金属的力学性能部分的内容中，学到了F——△L曲线。通过对曲线的分析，学生们已经知道金属在静载荷作用下，随着载荷的不断增加会发生变形：弹性变形、再是塑性变形；然后发生屈服现象，此时的工作应力是屈服点；当载荷增加到一定数值，达到了材料断裂前所能承受载荷的最大值，也就是工作应力达到了材料抗拉强度，材料才会发生断裂破坏。然而发生疲劳破坏的材料的工作应力数值小于屈服点，也就是说还没有达到抗拉强度，就发生断裂破坏了，所以此时学生困惑多多。
3 如何解决疲劳现象的教学难题
对于疲劳现象，应当在通疲劳试验来测定衡量疲劳的指标的。可是我们是没有条件进行试验，连老师试验让学生们观看都做不到，更谈不上让学生们自己动手通过试验来直观地学习；再加之学生们的知识理解还停留在F——△L曲线上，对于疲劳的学习确实很困难。
为了解决这个难题，我在讲课过程中，首先，我向学生展示了我在备课时做的两个课件，来说明疲劳现象的真实性和获得衡量指标的方法。
第一个课件，展示一个真实的战例——
在第二次世界大战中，当时法西斯德国派出数量很多的轰炸机，对英国本土频频轰炸。英国皇家空军也派出多驾装备精良的战机进行空中拦截，双方势均力敌战况相当惨烈。然而，在不长的一段时间内，意想不到的事情发生了：英国的战机经常会突然与监测系统失去联系，神秘失踪后相继坠落、机毁人亡。英国军方对此展开严密调查，但对坠落战机的检查结果是：德国发明并使用了一种在当时世界上最先进的武器，这种武器具有远程隐身性而且杀伤力极强。因为让人难以置信的是：在战机的残骸上，没有任何弹痕，也没有任何被攻击破坏的迹象。对此，甚至还有人说，是德国有能力操控外星人、用超地球人的力量在与英国作战。一时重重迷雾、众说纷纭，一片恐慌。面对这种情况，英国不得不进行大规模、多层次的深入调查和科学实验，最后终于发现问题无一例外地出现在飞机的发动机上。这些事故飞机的发动机内部零件所用材料都是同一批次，这些材料都发生了疲劳现象，工作应力远远小于抗拉强度，从而出现了程度不同的疲劳破坏。到这时迷雾散去，真相大白。
这个课件，虽然在制作上画面有些笨拙粗糙，但完全可以还原二战场景，这样既抓住了学生的注意力——认定了现象的真实性，确实有这样的事情；又引起了学生的求知欲——为什么会这样呢？疲劳到底是怎么回事？
这时再适时地展示第二个课件。就是可以获得衡量指标的疲劳试验——课件从试样的准备、试验机的构造、试验原理、试验过程以及疲劳曲线的取得，全部过程都直观、形象地展现出来，让学生们能够一目了然地看到了结果。
其次，在课件演示以后，课讲到这里，还要用到实物和照片，来增加学生的兴趣巩固学习效果。
先拿出准备好的做疲劳试验的试样；再拿出发生了疲劳破坏的零件的实物——可以戏称这就是英国皇家空军的飞机残骸；再用疲劳断口的照片；最后用疲劳断裂宏观断口示意图的挂图。这样实物、照片、挂图相互参照，一步步讲解疲劳策源地、扩展区等，再说明疲劳现象是与材料的表面状态、组织结构、夹杂物分布、划痕、尖角、显微裂纹等这些材料表面和内部缺陷有关。这些地方的局部应力大于屈服点，在循环载荷的反复作用下，产生疲劳裂纹，并随循环次数的不断增加，疲劳裂纹不断扩散，使零件的有效承载面积不断减少，最后达到某一临界尺寸时，这一截面的工作应力是会大于抗拉强度的，这时就会突然断裂。
通过这样的教学设计，学生们非常信服，很容易就明白了，而且全神贯注、饶有兴致地掌握了这一教学上的难点。
参考文献
[1] 吴恒艺.如何培养学生学习《金属料与热材处理》的兴趣[J].科技信息，2010（5）：212-218.
[2] 张建军.《金属材料与热处理》课程教学方法探析[J].科教新报（教育科研），2010（19）.
[3] 孟灵，沈锋.浅谈高职《模具材料与热处理》课程教学[J].才智，2011（12）.
关键词：金属材料与热处理 难点 疲劳 教学设计
中图分类号：TG1 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）01（c）-0045-01
《金属材料与热处理》是一门专业性较强、理论抽象、概念较多的专业基础课。故而，学生在学习起来会感到枯燥乏味，加之很多概念确实比较抽象，很多现象确实比较复杂，非常难于理解，教学难度比较大。特别是近年来，由于技工学校学生的生源基础普遍较差，更有越来越多的学生来自农村，他们对于机械加工行业、对于金属材料缺乏基本的感性认知。如何在教学过程中引起学生的学习兴趣、激发学生的求知欲、充分调动学生对本课程的学习积极性，是作为任课教师必须完成的首要任务。
笔者在多年的一线教学实践中，发现对那些抽象、乏味、枯燥的难点，通过精心的教学设计，既能活跃课堂气氛，又能引发学生的学习兴趣，对难点容易理解。从而提高课堂教学质量，收到很好的教学效果。下面就笔者在教学过程中，对金属的疲劳这个难点的教学设计，做如下阐述。
1 关于疲劳现象以及疲劳的危害的讲解
机械零件都是在不同的载荷作用下工作的，这些工作载荷有静载荷、冲击载荷和循环载荷，其中循环载荷的作用最为复杂。在循环载荷的作用下的机械零件占有相当大的比例，例如曲轴、齿轮、弹簧、各种轴承等。在工作过程上中，上述机械零件常常在它们的工作应力还低于屈服点或屈服强度，甚至于还没有达到比例极限的情况下就会发生断裂，这种现象称为金属的疲劳。它的衡量指标是通过疲劳试验得到的。
疲劳现象的工作载荷是循环载荷或称交变载荷，在这种载荷作用下发生的断裂破坏与零件在其它载荷作用下发生的破坏不同，不管是韧性材料还是脆性材料，疲劳破坏都是突然发生的，事先没有任何明显的塑性变形为征兆，故而有很大的隐蔽性和危险性。
2 对于学习疲劳现象时学生的反应及成因的思考
为什么会出现这种金属的疲劳现象，学生普遍表示简直不可思议，有的学生根本就是不相信，特别是那些又调皮又聪明的学生，他们甚至会在下面用出怪声来表示自己的不屑。
对于学生的这种反应，其实这也是可以理解的事情。因为在讲解金属的力学性能部分的内容中，学到了F——△L曲线。通过对曲线的分析，学生们已经知道金属在静载荷作用下，随着载荷的不断增加会发生变形：弹性变形、再是塑性变形；然后发生屈服现象，此时的工作应力是屈服点；当载荷增加到一定数值，达到了材料断裂前所能承受载荷的最大值，也就是工作应力达到了材料抗拉强度，材料才会发生断裂破坏。然而发生疲劳破坏的材料的工作应力数值小于屈服点，也就是说还没有达到抗拉强度，就发生断裂破坏了，所以此时学生困惑多多。
3 如何解决疲劳现象的教学难题
对于疲劳现象，应当在通疲劳试验来测定衡量疲劳的指标的。可是我们是没有条件进行试验，连老师试验让学生们观看都做不到，更谈不上让学生们自己动手通过试验来直观地学习；再加之学生们的知识理解还停留在F——△L曲线上，对于疲劳的学习确实很困难。
为了解决这个难题，我在讲课过程中，首先，我向学生展示了我在备课时做的两个课件，来说明疲劳现象的真实性和获得衡量指标的方法。
第一个课件，展示一个真实的战例——
在第二次世界大战中，当时法西斯德国派出数量很多的轰炸机，对英国本土频频轰炸。英国皇家空军也派出多驾装备精良的战机进行空中拦截，双方势均力敌战况相当惨烈。然而，在不长的一段时间内，意想不到的事情发生了：英国的战机经常会突然与监测系统失去联系，神秘失踪后相继坠落、机毁人亡。英国军方对此展开严密调查，但对坠落战机的检查结果是：德国发明并使用了一种在当时世界上最先进的武器，这种武器具有远程隐身性而且杀伤力极强。因为让人难以置信的是：在战机的残骸上，没有任何弹痕，也没有任何被攻击破坏的迹象。对此，甚至还有人说，是德国有能力操控外星人、用超地球人的力量在与英国作战。一时重重迷雾、众说纷纭，一片恐慌。面对这种情况，英国不得不进行大规模、多层次的深入调查和科学实验，最后终于发现问题无一例外地出现在飞机的发动机上。这些事故飞机的发动机内部零件所用材料都是同一批次，这些材料都发生了疲劳现象，工作应力远远小于抗拉强度，从而出现了程度不同的疲劳破坏。到这时迷雾散去，真相大白。
这个课件，虽然在制作上画面有些笨拙粗糙，但完全可以还原二战场景，这样既抓住了学生的注意力——认定了现象的真实性，确实有这样的事情；又引起了学生的求知欲——为什么会这样呢？疲劳到底是怎么回事？
这时再适时地展示第二个课件。就是可以获得衡量指标的疲劳试验——课件从试样的准备、试验机的构造、试验原理、试验过程以及疲劳曲线的取得，全部过程都直观、形象地展现出来，让学生们能够一目了然地看到了结果。
其次，在课件演示以后，课讲到这里，还要用到实物和照片，来增加学生的兴趣巩固学习效果。
先拿出准备好的做疲劳试验的试样；再拿出发生了疲劳破坏的零件的实物——可以戏称这就是英国皇家空军的飞机残骸；再用疲劳断口的照片；最后用疲劳断裂宏观断口示意图的挂图。这样实物、照片、挂图相互参照，一步步讲解疲劳策源地、扩展区等，再说明疲劳现象是与材料的表面状态、组织结构、夹杂物分布、划痕、尖角、显微裂纹等这些材料表面和内部缺陷有关。这些地方的局部应力大于屈服点，在循环载荷的反复作用下，产生疲劳裂纹，并随循环次数的不断增加，疲劳裂纹不断扩散，使零件的有效承载面积不断减少，最后达到某一临界尺寸时，这一截面的工作应力是会大于抗拉强度的，这时就会突然断裂。
通过这样的教学设计，学生们非常信服，很容易就明白了，而且全神贯注、饶有兴致地掌握了这一教学上的难点。
参考文献
[1] 吴恒艺.如何培养学生学习《金属料与热材处理》的兴趣[J].科技信息，2010（5）：212-218.
[2] 张建军.《金属材料与热处理》课程教学方法探析[J].科教新报（教育科研），2010（19）.
[3] 孟灵，沈锋.浅谈高职《模具材料与热处理》课程教学[J].才智，2011（12）.