论文部分内容阅读
摘 要:高职院校金属材料与热处理课程是一门专业性强、抽象难学的课程。为了突破教学难点,使抽象和难懂的知识变得形象生动,本文提出采用案例教学法,激发学生的学习兴趣,活跃课堂气氛,提高课堂教学效果。
关键词:金属材料与热处理 案例教学法 冶金专业
金属材料与热处理课程是高职院校冶金专业中一门专业性强、抽象难学的课程。笔者在多年的教学过程中,采用案例教学法,使抽象难懂的概念形象化和具体化,取得了比较好的教学效果。下面,笔者就金属材料与热处理课程教学过程中,如何进行案例教学进行具体说明。
一、缺口效应
金属材料存在缺口的情况下,金属材料的力学性与没有缺口情况时是不一样的。金属缺口存在时,缺口处的受力状态会发生改变,使得金属材料变得脆弱,危及机械机电设备的正常运转。为了将金属材料缺口效应讲明白,笔者在课堂教学时,准备了两张完全相同的塑料包装纸,其中一张塑料包装纸保持原样,用剪刀在另一张塑料包装纸剪一个小缺口。然后,笔者叫了一名学生上讲台以同样的路线撕裂塑料包装纸,在撕裂过程中,存在小缺口的塑料包装纸很容易撕裂,而另一种没有缺口的塑料包装纸则更难撕破,显示出有缺口的塑料包装纸力学性能发生了很大改变。在外力的作用下,外力集中于缺口位置,超过材料屈服强度而使塑性变化并开裂,这就是缺口效应。笔者通过这个形象的案例,很好地说明了金属材料缺口效应。
二、疲劳现象
机械设备中结构零件有时破裂,会造成重大经济损失,甚至危害工作人员生命安全。许多造成破裂的机械零件是在循环变动载荷下运行的,例如齿轮和曲轴等。在运行过程中,这些机械构件在工作应力低于金属材料屈服强度时就出现破裂现象,这种现象就是疲劳现象。据统计,工作过程中发生破裂情况至少有八成是由于疲劳破裂引起的,而且疲劳破裂在发生前没有明显征兆,具有很大危害。学生很难理解金属材料的疲劳破裂问题。为此,笔者在课堂教学时准备了几根铁丝,让几个学生对铁丝反复弯折,在很短的时间铁丝就被折断,这是由于疲劳现象产生的断裂。机械结构零件材料表面存在缺陷问题时,例如划痕和裂纹等,这些地方应力出现了大于原先屈服点的情况。在循环变动载荷情况下,随着循环次数的增加,产生疲劳裂纹,裂纹持续扩大,达到一个临界点后突然断裂。
三、金属同素异构现象
固态金属在一定的温度区间存在一定的晶格情况。比如钛在882度以下时以六方晶格的形式存在,而在882度至熔点期间,钛以体心立方晶格存在。铁在912度以下是以体心立方晶格形态存在,912度至1394度期间以面心立方晶格形态存在,在1394度至熔点期间又以体心立方晶格形态存在。固态金属在不同温度情况下,会从一种晶格形态改变成另一种晶格存在形态现象,这种现象就是金属同素异构。为了让学生理解该知识点,笔者在课堂上向学生提出一个问题:固态金属存在热胀冷缩情况吗?学生一时不能做出最终正确判断。笔者先与学生进行了实验,课堂上准备了一条长为1.2米、直径1毫米的铁丝,将铁丝的两端固定在支架上,通电流后使铁丝慢慢加热。随着电流的增强,我们可以观察到铁丝由于受热出现膨胀,并逐渐下沉,而加热到使铁丝呈现出橙色时,我们反而能够观察到铁丝收缩的情况。相反,铁丝从高达1000℃条件下逐渐降温,降低到一定温度后铁丝反而伸长。总之,铁丝在加热时出现收缩,而在降温时出现伸长。这种情况的发生,显示出固态金属并不是完全“热胀冷缩”,而是由于金属同素异构现象的存在,金属材料在不同温度下内部晶格发生了改变。
四、偏析现象
金属材料中化学成分分布不均匀的情况称为偏析现象。金属铸锭结晶过程中,不同部位结晶速度是不一样的,一般在合金中低熔点的元素集中于最终结晶区,从而造成最终金属铸锭存在化学成分分布不均匀问题。学生对偏析现象不太理解。为此,笔者在课前要求学生利用课外时间自己制作一支冰激凌,制作过程是把牛奶放在冰箱里冻结成块状即可,制作完成后自己亲自品尝味道。在课堂上,笔者要求学生描述一下牛奶冰激凌的味道,大多学生都认为刚开始品尝牛奶冰激凌时感觉很甜,到后面慢慢淡而无味,最后就是冰屑了。为什么要形成这种情况,这是因为水结晶的温度是零度,牛奶中的水以三种性质而存在,一种是游离水的形式存在,它不与其他物质结合,具有溶剂的功能,含量最多;第二种是溶解于蛋白质、乳糖等物质的水;第三种是结晶水。牛奶在冷冻过程中,最先结成冰块的是游离水,牛奶逐渐冻结,随着冷冻的时间的加长,由于游离水全部冻结成冰块,导致不结冰的蛋白质和乳糖等聚集于冰激凌的表面,从而使得冷冻的冰激凌存在口味变化的情况。通过这个课外实验,学生很容易明白偏析现象的发生原理。
(作者单位:江西冶金职业技术学院)
关键词:金属材料与热处理 案例教学法 冶金专业
金属材料与热处理课程是高职院校冶金专业中一门专业性强、抽象难学的课程。笔者在多年的教学过程中,采用案例教学法,使抽象难懂的概念形象化和具体化,取得了比较好的教学效果。下面,笔者就金属材料与热处理课程教学过程中,如何进行案例教学进行具体说明。
一、缺口效应
金属材料存在缺口的情况下,金属材料的力学性与没有缺口情况时是不一样的。金属缺口存在时,缺口处的受力状态会发生改变,使得金属材料变得脆弱,危及机械机电设备的正常运转。为了将金属材料缺口效应讲明白,笔者在课堂教学时,准备了两张完全相同的塑料包装纸,其中一张塑料包装纸保持原样,用剪刀在另一张塑料包装纸剪一个小缺口。然后,笔者叫了一名学生上讲台以同样的路线撕裂塑料包装纸,在撕裂过程中,存在小缺口的塑料包装纸很容易撕裂,而另一种没有缺口的塑料包装纸则更难撕破,显示出有缺口的塑料包装纸力学性能发生了很大改变。在外力的作用下,外力集中于缺口位置,超过材料屈服强度而使塑性变化并开裂,这就是缺口效应。笔者通过这个形象的案例,很好地说明了金属材料缺口效应。
二、疲劳现象
机械设备中结构零件有时破裂,会造成重大经济损失,甚至危害工作人员生命安全。许多造成破裂的机械零件是在循环变动载荷下运行的,例如齿轮和曲轴等。在运行过程中,这些机械构件在工作应力低于金属材料屈服强度时就出现破裂现象,这种现象就是疲劳现象。据统计,工作过程中发生破裂情况至少有八成是由于疲劳破裂引起的,而且疲劳破裂在发生前没有明显征兆,具有很大危害。学生很难理解金属材料的疲劳破裂问题。为此,笔者在课堂教学时准备了几根铁丝,让几个学生对铁丝反复弯折,在很短的时间铁丝就被折断,这是由于疲劳现象产生的断裂。机械结构零件材料表面存在缺陷问题时,例如划痕和裂纹等,这些地方应力出现了大于原先屈服点的情况。在循环变动载荷情况下,随着循环次数的增加,产生疲劳裂纹,裂纹持续扩大,达到一个临界点后突然断裂。
三、金属同素异构现象
固态金属在一定的温度区间存在一定的晶格情况。比如钛在882度以下时以六方晶格的形式存在,而在882度至熔点期间,钛以体心立方晶格存在。铁在912度以下是以体心立方晶格形态存在,912度至1394度期间以面心立方晶格形态存在,在1394度至熔点期间又以体心立方晶格形态存在。固态金属在不同温度情况下,会从一种晶格形态改变成另一种晶格存在形态现象,这种现象就是金属同素异构。为了让学生理解该知识点,笔者在课堂上向学生提出一个问题:固态金属存在热胀冷缩情况吗?学生一时不能做出最终正确判断。笔者先与学生进行了实验,课堂上准备了一条长为1.2米、直径1毫米的铁丝,将铁丝的两端固定在支架上,通电流后使铁丝慢慢加热。随着电流的增强,我们可以观察到铁丝由于受热出现膨胀,并逐渐下沉,而加热到使铁丝呈现出橙色时,我们反而能够观察到铁丝收缩的情况。相反,铁丝从高达1000℃条件下逐渐降温,降低到一定温度后铁丝反而伸长。总之,铁丝在加热时出现收缩,而在降温时出现伸长。这种情况的发生,显示出固态金属并不是完全“热胀冷缩”,而是由于金属同素异构现象的存在,金属材料在不同温度下内部晶格发生了改变。
四、偏析现象
金属材料中化学成分分布不均匀的情况称为偏析现象。金属铸锭结晶过程中,不同部位结晶速度是不一样的,一般在合金中低熔点的元素集中于最终结晶区,从而造成最终金属铸锭存在化学成分分布不均匀问题。学生对偏析现象不太理解。为此,笔者在课前要求学生利用课外时间自己制作一支冰激凌,制作过程是把牛奶放在冰箱里冻结成块状即可,制作完成后自己亲自品尝味道。在课堂上,笔者要求学生描述一下牛奶冰激凌的味道,大多学生都认为刚开始品尝牛奶冰激凌时感觉很甜,到后面慢慢淡而无味,最后就是冰屑了。为什么要形成这种情况,这是因为水结晶的温度是零度,牛奶中的水以三种性质而存在,一种是游离水的形式存在,它不与其他物质结合,具有溶剂的功能,含量最多;第二种是溶解于蛋白质、乳糖等物质的水;第三种是结晶水。牛奶在冷冻过程中,最先结成冰块的是游离水,牛奶逐渐冻结,随着冷冻的时间的加长,由于游离水全部冻结成冰块,导致不结冰的蛋白质和乳糖等聚集于冰激凌的表面,从而使得冷冻的冰激凌存在口味变化的情况。通过这个课外实验,学生很容易明白偏析现象的发生原理。
(作者单位:江西冶金职业技术学院)