《金属学与热处理》课程教学改革初探

《金属学与热处理》课程教学改革初探
于景媛;李强;刘伟东;齐锦刚;石萍;陈扬
【摘要】针对《金属学与热处理》课程本身和教学对象的特点,通过在教学实践中的尝试,对教材内容、教学方式和考试方法等方面的改革进行了探讨,获得了一些有益的成效,提高了该门课程的教学质量.
【期刊名称】《实验科学与技术》
【年(卷),期】2014(012)004
【总页数】3页(P183-185)
【关键词】金属学与热处理;教学改革;结合科研;探索
【作者】于景媛;李强;刘伟东;齐锦刚;石萍;陈扬
【作者单位】辽宁工业大学材料科学与工程学院,辽宁锦州121001;辽宁工业大学材料科学与工程学院,辽宁锦州121001;辽宁工业大学材料科学与工程学院,辽宁锦州121001;辽宁工业大学材料科学与工程学院,辽宁锦州121001;辽宁工业大学材料科学与工程学院,辽宁锦州121001;辽宁工业大学材料科学与工程学院,辽宁锦州121001
【正文语种】中文
【中图分类】G5642.0;G451.2
课程建设作为高等学校教学工作的基础和学科建设与发展的支撑点，其水平无论是对高校的教育教学质量还是对人才培养水平均起着至关重要的作用，在高等教育改革中的地位十分重要[1]。

《金属学与热处理》是材料成型及控制工程专业的一门
重要的学科技术基础必修课，学生通过本课程的学习，比较全面系统地获得金属与合金的理论知识，为专业学习打下理论基础，并为今后从事金属材料的生产、研究提供初步能力。

课程主要讲述金属及合金的化学成分、结构、组织与性能之间的关系及其变化规律，进而掌握提高金属性能的几种方法(合金化、塑性变形、热处理)的基本原理，掌握如何合理选用金属材料及金相分析等基本技能。

但是，由于在教学过程中采用较为单一的方法和手段，一些新出现的金属学和热处理方面的最新进展不能及时补充到教材内容中去，且考核方法较为单一，导致《金属学与热处理》的教学效果不太令人满意。

为了使本门课程的教学质量进一步提升，使学生的学习能力、工程实践能力、创新精神和就业竞争力得到提高，辽宁工业大学材料科学与工程学院将课程的特点、学生的实际情况和其他兄弟院校的经验[2-6]相结合进行了一系列的教学改革尝试。

为了使学生的知识结构能够跟上科技的发展，使学生走上工作岗位有更强的适应能力，在教学过程中，我们随时关注金属学与热处理方面的最新进展，将其更新到教学内容中。

例如，在现有教材中讲到热处理时，对传统的热处理讲得较多，对一些热处理新技术如激光热处理介绍较少。

激光热处理是以激光作为热源对材料进行热处理。

其加热时间很短(10-3～10-1s范围)，区域也很小，仅一个点、—条线或一个小面。

激光热处理具有如下优点：(1)处理过程极快，故大气气氛对表面的影响一般较小；
(2)热能是由光束传递给零件表面，属无接触加热，不会发生因接触引起的表面沾污；(3)由于采用了特制的望远镜头聚焦，其焦深很长，可达100～150 mm，因此零件表面在焦深范围内上下变动，对光能的吸收无影响，这对处理表面凹凸不平的零件来说是非常有利的；(4)热处理变形小；(5)可进行局部表面合金化处理；(6)易实现自动化，并可节约能量和改善劳动条件。

总之，激光热处理是一种新兴的富有生命力的热处理方法。

在授课时我们及时将激光热处理技术增到授课内容中，扩
展了学生的知识面。

例如，在讲到调质时，我们将高温调质工艺融合到讲授中，高温固溶化淬火十高温回火(即高温调质处理)，高温固溶化后采取淬火，不仅可以抑制先共析碳化物的析出，而且淬火得到的马氏体+残余奥氏体组织经高温回火后，可得到球状的碳化物，并呈均匀弥散的分布。

据报道，退火的GCrl5钢料经1 050 ℃、30 min加热后在沸水中淬火，并随即进行高温回火(740 ℃、2 h)，可使其碳化物平均粒度细化到0.3 mm。

又如，为了提高T 8钢冲头的韧性和耐磨性，以调质处理(800 ℃加热、水—油冷，560 ℃回火2 h)代替球化退火，经低温淬火(750 ℃加热，水—油
冷)+280 ℃～300 ℃回火后，可消除大块崩刃现象，并使寿命提高十倍。

我们及时地将新工艺，典型应用实例加入到教材中，这样使学生将来无论是走上工作岗位还是继续深造都能跟上科技发展的步伐。

《金属学与热处理》这门课程中金属学部分的理论内容较多，其中很多知识点比较抽象，例如，位错和三元相图部分。

如果授课的时候单凭教师的语言描述很难将知识点讲清楚。

因此授课过程中采用多媒体教学方式，通过制作精美的立体图形和动画可以将各种抽象的知识形象地讲授给学生。

例如在讲授位错运动的时候，由于位错运动类似于毛毛虫的爬行。

上课时通过播放毛毛虫运动的画面能使学生更清楚地理解位错的运动。

还有在讲授Fe-Fe3C相图时，由于Fe-Fe3C相图是匀晶相图、共晶相图和包晶相图的综合相图，因此凝固
过程比单一相图复杂。

为了使学生更好地掌握Fe-Fe3C相图中工业纯铁、碳钢和
铸铁的凝固过程，授课时通过动画的形式将凝固的各个阶段给学生展示出来，使他们能更好地掌握。

还有在讲授三元相图的时候，一个三元共晶相图有1个液相区，3个两相区，4个三相区和1个四相区，如果单纯用文字来描述，学生很难理解。

因此授课时，通过空间立体图形和分割，可以使学生很清楚地观察各个相区，形成良好的感官认识，有助于学习相图的分析和使用。

辽宁工业大学材料科学与工程学院的科研总体水平相对较高，目前师资总数39名，其中具有博士学位的28名。

博士研究生导师1名，硕士研究生导师22名，近年
已主持或参与完成国家、省部级项目70多项。

获省科技进步奖10余项，授权专
利10余项。

近年来，公开发表论文200 余篇，其中被SCI、EI、CA 收录100多篇，出版专著5 部。

我校材料学院科研成果显著，教师每年科研工作量都较大。

学生也参加了由国家、省和学校举办多种创新活动和竞赛。

基于本校的科研活动基础和金属学和热处理课程的自身特点，本文提出教学和科研有机融合的教学模式。

3.1 将教师的科研成果和工程实践补充进课堂中
在课堂教学中，将书本上的基本内容和基本原理同本学院相关研究方向的科研成果融合在一起。

通过这种讲授，让学生能直观理解《金属学与热处理》在科研实际课题中的应用。

例如，在介绍汽油机中的凸轮轴的热处理时，我们先介绍了传统的热处理方式如高频淬火和软氮化等，但是这些热处理的淬火变形大，常引起校直断裂、废品率高、严重影响使用。

随后我们以某位教师所从事的激光研究为例，介绍了先进的激光表面改性技术，由于激光束能量密度高，加热及冷却速度都相当快，硬化效果好，可成倍提高耐磨性；尤其对形状复杂的凸轮轴不必整体加热，可只对轴颈及凸轮局部进行表面处理，硬化后几乎不变形，完全可以解决精度和抗磨损问题；凸轮轴材质为合金铸铁，是激光处理较合适的材料。

这种方法能耗低，效率高，经济效益明显。

通过这种授课方式大大增加了学生的学习兴趣，进而提高了本课程的教学质量。

3.2 将学生参与的各项创新活动与课堂教学相结合
为提高学生的学习能力、工程实践能力和创新精神，进而提高学生的就业竞争力。

学校近年来开展了一系列创新活动和竞赛。

教师在授课时，结合学生参与的相关创新活动的题目，把创新活动中用到的相关金属热处理的知识融入到课堂教学中。

例如，有的同学申请的创新训练计划项目为Al-Cu-Mg-Ag合金时效析出相析出
行为的研究，我们在课堂教学过程中，讲到时效处理一节时，将Al-Cu-Mg-Ag
合金时效过程中发生的物理和化学反应，以及时效前后的成分、组织和性能的变化情况与时效处理教学融合起来，大大提高了教学效果。

还有举办的金相大赛，使学生观察经过不同热处理后金属样品的显微组织确定样品的材质其相应的热处理工艺。

通过这些方式将书本上的理论知识与工程实际相接轨，使学生能更好地学以致用，为将来更顺利地走上工作岗位奠定坚实的基础。

学校自2003年开始大力推行考试方法改革工作。

根据学校的统一部署，本课程中采用了平时+实验+题库的考核方式。

平时经常进行随堂测验，通过随堂测验能给予学生警示作用，督促学生认真听讲和及时复习。

例如，在讲授“共晶相图”“包晶相图”“铁碳相图”和“三元相图”这几部分知识点时，由于该部分求取组织组成物和相组成物含量的计算题较多，为了加速学生对该部分知识的熟练掌握，我们频繁地进行随堂考试，使学生很好地掌握了该部分计算题，为最后期末考试取得良好成绩奠定基础。

为了加强实验对教学的辅助作用，我们提出了实验考核占据期末成绩的比例，使学生全面重视实验教学，深化了学生对课程知识的理解与运用，促进了学生实际应用能力的提高，增强了学生团结合作的团队意识。

此外，期末考试采用了题库考试模式，加大了考试的难度，拓宽了学生需要复习的知识范围，使学生更重视本门课程的学习，为金属学和热处理知识的深入掌握奠定基础。

通过推行考试方法改革，解决了传统考核方法的弊端，增强了学生平时学习的自觉性，转变了学风，提高了学生的分析问题和解决问题的能力。

同时，促进教师改革教学方法，提高了教师的教学能力。

对《金属学与热处理》课程进行教学改革，进一步提高了学生的学习兴趣和解决实际生产和科研问题的能力，专业视野进一步得到拓宽，同时也使课堂教学与生产实
际的结合更加紧密，是培养满足社会需求的创新人才的有效方法和途径。

【相关文献】
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