提高《金属材料与热处理》教学效果的方法探索

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  摘要:《金属材料与热处理》课程在机械类专业基础课里是较难学的课程,本人经过20多年的课堂教学,结合学生的上课、作业、考试及其毕业后的实践反馈,总结了几种教学方法,通过从实践中来,应用到课堂教学中去,取得了较好的教学效果。
  关键词:“九点法”画铁碳合金相图;直观教学法;对比法;重点突破法;教学效果
  《金属材料与热处理》是机械专业的一门重要的专业基础课,来源于生产,又直接为生产服务,具有很强的实践性。但本课程中金属材料种类多、术语多,理论性、专业性很强、比较抽象,学生学习起来有一定的难度,要使该课程的教学取得较好的效果,首先要想方设法激发学生的学习兴趣,调动学生的学习积极性,再采用不同的教学方法。根据多年《金属材料与热处理》教学的经验和体会,我认为,通过以下一些途径,能取得较好的教学效果。
  一、提高学生学习兴趣,激发学生学习求知欲
  众所周知,技校生文化素质普遍较差,他们大部分在初中时对学习已没有多大兴趣,因此,上第一次课就让学生产生兴趣及在以后的每堂课保持兴趣就变得非常重要,为此,我在讲绪论时重点介绍金属的历史和应用:从古代的冶金术(主要是铸造技术)、青铜器、司母戊大鼎、各种各样的兵器到现代制造业中的各种模具、车床、铣床、刨床、磨床、各式各样的合金;这些与生活密切相关经常耳闻目睹的东西都与金属材料有关。
  二、根据不同的教学内容采用不同的教学方法
  1、直观教学法
  操作性较强的内容宜用直观教学的方法,如在布氏硬度教学时,其测试原理及计算公式学生较难理解。我在上课时从体育室拿来铅球和皮尺及游标卡尺,同样大小重量铅球从同一高度落在钢板上,落在水泥地板上,落在泥巴地上,测出的表面压痕直径的大小(d1、d2、d3)是不一样的,d1最小,但钢硬度最大,泥巴地上d3最大,其硬度却最小。故可用压痕直径来体现他们三者的硬度。让学生一下子理解了当实验力(F),压头球直径(d)一定时,布氏硬度与压痕直径(d)的大小有关。d越小,布氏硬度值越大,也就是硬度值越高,反之亦然。
  2、对比法
  课程中,有许多章节都提到提高金属材料的强度的途径。学生看书或听课时会产生似懂非懂,似是而非的感觉。本人在授课时对它们进行对比、概括、总结。我们知道提高金属强度的途径主要有三种(合金化、形变强化、热处理),我在授课时讲到第二种途经时对比复习第一种,讲到第三种时对比复习前两种,再进行对比、概括、总结,通过检验效果较好。
  第一种途径:合金化。纯金属其强度和硬度一般较低,但是,价格却较高。但是加入适当的硅、铜、镁、锌、锰等合金元素,再经过冷变形和热处理后,强度可以明显提高,用途大大增加。合金元素主要起:1、强化铁素体2、形成合金碳化物3、细化晶粒4、提高淬透性5、提高钢的回火稳定性:这些作用大大提高了钢的强度。
  第二种方法则是形变强化(加工硬化)。锻造、轧制、冲压、冷墩、冷拉等这些加工方法都是借助一定的工具和强大的外力,使金属材料按一定的要求进行塑性变形,以获得所要求的形状和尺寸。这种由于塑性变形而使材料变硬的现象被称为“加工硬化”或“形变强化”。
  第三种方法是热处理。热处理是通过加热、保温、冷却的方法,改变金属材料的内部组织结构,从而改善材料的性能的一种工艺方法。热处理之所以能使钢的性能发生变化,是由于钢在固态下随温度的变化,其内部晶格类型会发生同素异构转变的缘故。故我们可采用适当的热处理工艺方法(退火、正火、回火、淬火、表面热处理)来改变金属材料的组织结构而达到增强金属强度。
  三、重点突破法
  铁碳合金相图是《金属材料与热处理》学科中的重要的章节,是本学科的核心,贯穿全课程.它既有较强的实践性又有很强的抽象理论.学生们在学习中普遍感到头痛。第一部分为铁碳合金相图的组成,主要讲述研究的范围(Fe-Fe3C部分),但已能满足生产实际的需要。第二部分为Fe-Fe3C相图的简化,本人在教学时采用九点法画简图,相图上主要由九点(A、G、P、S、E、C、D、F、K)组成,它们这些点有些含碳量相同,温度不同;有些温度相同,但含碳量不同。我的方法是分别从含碳量和温度两方面来画。
  简化后的Fe—Fe3C相图
  第一种方法根据含碳量由低到高,在相图上从左到右,先画A(0、1538)、G(0,912)、P(0,727)三者含碳量相同皆为0,再画S(0.77,727)、E(2.11,1148)、C(4.3,114),最后画D(6.69,1227)、F(6.69,1148)、K(6.69,727),三者含碳量均为6.69﹪,左三点同一列A、G、P,中间三点S、E、C,右三点D、F、K,同一列,一目了然,清楚好记忆.如下图顺序,下标(1,2,3)表示畫图步骤。
  第二种方法根据温度的高低从上到下画九点,先画A(0,1538)和D(6.69,1227);后画E(2.11,1148)、C(4.3,1148)、F(6.69,1148),其温度皆为1148,再画G(0,912);最后画三点温度都是727,P(0,727)、S(0.77,727)、K(6.69,727)。在此九点中,E、C、F温度相同在同一行,P、S、K温度相同在同一行.九点法讲解后,学生对相图的记忆简单又轻松.如下图顺序(1—4),下标1、2、3、4表示画图步骤。
  第三部分为相图中点、线的含义,讲点时,配备小黑板进行概括。在讲述相图特性线时,分别用六种不同颜色的粉笔亮出6条线,讲清楚含义,让学生们一看就知道铁碳合金相图是由主要的条线组成,不枯燥,新鲜有味。
  此外,在教学中还应注意理论联系实际,多举例,多提问,注意培养学生的分析问题和解决问题的能力,引导学生理解消化,进一步提高教学效果。
  作者信息:
  李德恒,男,汉族,1971年8月,福建龙岩人,龙岩技师学院
  大学本科高级讲师职称工学学士研究方向:机械
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