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关键词:热处理 工艺 技术 展望
前言
金属材料热处理工艺繁复多样,热处理的技术也变化多端,就现代科技技术发展来看,金属材料热处理有着许许多多的方式,但是从其根本性质上来说,行内人士往往将其分化成两大步骤,即组织内部结构改变以及表面结构优化,无论是何种新兴工艺、何种变革技术,也无论是改变金属材料的外表组织,还是改变材料的内在结构,所有的工艺以及技术都是围绕着这两大核心步骤开展的,所以在本文当中,笔者针对两大核心步骤,针对具体的问题,进行了核心的分析。
1.金属材料热处理新工艺与技术
1.1热处理新工艺
近年来热处理新工艺不断涌现。例如,离子束表面改性,其优点是不改变金属表面化学成分,尺寸无明显变化,不需化学用剂,也不会产生有害气体;强烈淬火技术可避免钢件开裂,减少畸变,显著提高钢材力学性能,延长零件的使用寿命;环己烯渗碳,此技术的优点是工件十分干净,可避免晶界氧化,齿根硬度可达到节圆齿面硬度的90%以上,渗剂用量很低,渗层均匀,工件畸变小,可提高渗碳温度;铝合金的热等静压固溶时效复合处理可消除铝合金铸件孔隙和缩短工艺周期,降低生产成本,同时提高铸件的力学性能;微波渗碳可使热处理工艺实现更精确。
1.2热处理新材料
目前,热处理新材料主要是生态淬火剂。所谓生态淬火剂就是以植物油为基本加入添加剂的天然淬火油。常用淬火剂的有水、盐水、熔盐、冷热矿物油和聚合物溶液,还有Ni3Al金属间化合物和APM和APMT合金。Ni3Al金属间化合物是一种新型炉内抗渗碳耐热构件材料。采用Ni3Al构件可以减少炉子维修次数,缩短工艺周期,提高热处理工件寿命、提高渗碳温度、节能效果显著,但是因为其脆性大未得到实际应用;APM 和APMT合金是用A-1粉末通过热等静压、烧结和深拉延出来的。用AT1合金制造的电热和燃气辐射管比一般耐热合金能经受双倍的热流。
1.3新传感技术
最新发展的传感技术有氧探头Oxymess,用于渗氮和氮碳共渗氮势测控的TiO2氧探头;氮势传感器HydroNit,跟踪渗氮过程的传感器KiNit;测控淬火槽工作状态的Fluid Quench 传感器;气冷淬火的Heat Flux传感器;真空渗碳碳势传感器等。
2.金属材料热处理工艺与技术的展望
现代的金属材料热处理工艺经过多年的发展已然成型,现在最为主流的热处理新工艺主要包括有以下四种:可控气氛热处理、形变热处理、表面气象沉积技术、真空热处理技术,这些技术都有其自身的优点以及缺点,由于篇幅有限,笔者仅对可控气氛热处理进行分析,对其优劣程度进行探讨,希望在一定范围内对金属材料的技术进行展望。
可控气氛热处理是近年来成熟的金属材料热处理技术这一,是一种通过对炉内的气温控制从而控制金属材料热处理程度的方式。也是一种通过还原、渗碳等方式从而改变金属材料表面组织的经典方式之一。工艺当中所提到的保护气氛,是一种可控性的能够有效防止金属表面氧化损耗的气体介质,可控气氛有着以下五项优点是:第一,优化金属材料表面,通过可调控的方式,调控便面的完善功能,从而控制刚性程度以及柔性程度的完美融合,从而保障金属材料表面的优越性;第二,对钢件金属材料的保护程度大大提升,由于钢件材料在热处理加工的过程当中氧化严重脱碳程度超标,所以一般的热处理工艺无法最大程度的保障钢件材料的表面刚度,而可控气氛热处理却能完美的做到这一点,不仅能够起到保护作用,甚至是能完美的避过这一缺点;第三,由于是对金属材料的表面处理,所以无论是在抛光的光亮程度,还是工件的具体尺寸要求,都实现了可调控性能,最大程度的保障了工件的尺寸精度;第四,在其他热处理工艺实践过程当中,渗碳都是按照比例进行调控施工的,但是比例只能在理论上确保金属材料表面的完善,却无法做到可调控,也就是所一旦施工当中出现误差,那么就会破坏金属材料便面的渗碳,而可控制气氛热处理却能够在技术操作的过程当中完善这一点,从最大程度上做到了过程可调控;第五,完全实现碳穿透处理,不仅改变了表层的结构,还改变了深度组织结构,使热处理加工工艺更加完善。在可控气氛热处理当中,还有一种吸热式气氛热处理工艺,它的主要施展对象是高碳钢继进行保护。
综上所述,我们可以在现有的金属材料热处理技术当中找到其未来将要发展的方向,第一无论是对组织内部的改变还是对表面化的处理,可控制是其发展的第一要素,第二金属材料通过热处理成型容易,但是一旦进行深层次加工也就是所谓的“精艺工件”加工,就无法改变其材料本身所带来的具体特性,所以未来的发展方向已定要在可调节成品工件上下工夫,第三,尺寸以及完善的工艺程度是金属材料热处理的最主要追求,所以作为作为现代化的生产工艺来说,一方面要保障精准程度,另一方面要保障经济程度,第四上文所提到的可控气氛热处理只是现代金属材料热处理的工艺之一,其发展虽然普及但是却主要做用于钢件的热处理,局限性很大,所以在未来的金属材料热处理的发展过程当中,还应当针对具体材料对热处理工艺进行改进,争取将金属热处理工艺与技术普及到全方位的领域当中。
结束语
通过现代技术的不断进步,金属材料热处理的工艺以及技术逐渐的靠向调整组织结构、控制表面处理两大方向。从根本上说组织结构调整在于上文中所提到的四大步骤,这是从内部结构调整金属材料的最好方式,比如通过控制钢铁的加热温度,将金属原本的缺陷得以弥补,也可以提高钢铁的硬度和韧性,而表面处理也是类似的,一般就是:渗氮、渗碳、渗氮共渗等几种工艺方式,将这些技术作用于金属材料热处理的表面,从而改变其表面构架,所以在未来的金属材料热处理发展当中,正确的方向应当是满足内部稳定、构建外部优化的发展模式。
参考文献:
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《金属材料与热处理》课程是一门从生产实践中发展起来的,又直接为生产服务的专业基础课,具有很强的实践性,同是它还是个倾向于叙述性质的课程体系,有着高度浓缩的基础理论。理论性强,微观概念多。《金属材料与热处理》课程,不像物理、力学等有着严密的逻辑推导和计算过程,也不像机械制图等相关课程,比较直观生动。《金属材料与热处理》课程总的特点是理论性非常强,涉及的原子、分子水平的微观概念很多。特别是与金属学相关的部分,如晶体结构、晶体缺陷、位错运动以及凝固结晶、相的概念、组织转变等,这些概念都是微观和抽象的,学生无法通过推导计算获得,更无法通过肉眼直接观察和亲身体验到,有时候需要通过一定的空间想象力来理解它们。这样就导致教师讲授起来有一定困难,而学生学习起来感到难以理解,从而感觉枯燥、乏味,失去学习的兴趣。本人从事《金属材料与热处理》教学多年,就其学习方法谈点个人体会。
1贴近学生喜好,引发学生兴趣
心理学告诉我们,兴趣是人的认识需要的情绪表现,是学习动机中最具活力的部分。学习兴趣的培养、保护和发展对于激发高职学生进行专业课程的学习尤为重要。许多学生不是不想学,而是由于缺乏必要的学习兴趣,没有学习动力,时间一长甚至发展到厌学的程度。《金属材料与热处理》这门课程体系相对独立,与其它学科衔接不多,学生在学习该课程之前,对其了解不多。因此,教师给学生上好第一堂课就显得尤为重要。为此应注重介绍:能源、信息和材料早已被列为现代文明社会的三大支柱,材料对科技进步、国防建设和经济发展都是一个关键性领域,起着先导和基础作用,各行各业都离不开材料的研究与应用。例如在课堂中可列举同学们熟悉的实际事例,结合授课内容潜移默化、正确引导,让学生体会材料科学的奇妙性和材料的重要性,认识学习这门课程的意义。另外在课堂中充分利用网络多媒体技术辅助教学。多媒体技术是现代化教学的非常有效的辅助工具,教师要注重利用并充分发挥多媒体的特点,制作形象生动的多媒体课件。对那些学生难以理解、教师又难以讲解的比较抽象的内容,比如晶体结构原理、合金结晶过程、位错类型及运动过程等,通过收集以及自己动手制作一些简单的动画,生动形象地来演示复杂的变化过程。这样不仅加深了学生对相关知识的理解掌握,同时还活跃了课堂气氛,激发了学生的学习兴趣。如对钢铁材料的热处理工艺等,注意并积极收集工程训练实习以及工厂企业的热处理工艺过程的录像资料,在讲解课本内容的同时辅助播放实际热处理过程录像,注重理论与实际相结合,使课程内容具有真实感,更利于学生理解和掌握。
2贴近生活,使抽象的问题生活化
在《金属材料与热处理》教学中,要努力挖掘教材隐含内容,力求用俗语来总结描述纯理性的知识,上课时用学生生活中接触到的事物或者大家耳熟能详的生活常识、成语来帮助学生由表及里地学习。例如:在钢的热处理教学过程中,在讲解“钢的淬火”时可以引入每个学生都玩过的“木头人”游戏,更好地了解淬火钢的不稳定性和残余内应力的产生;把“钢的回火”可以说成是对淬火钢进行温室按摩,根据按摩时候的温度和放松程度的不同可以得到不同性能的钢,让学生在很轻松的气氛中了解了热处理的方法和作用。学生进行车工实习时,让学生从实践中亲身体会了材料丰富的知识内涵。又比如,在讲到铸铁的时候可以引出“恨铁不成钢”的俗语,再简单分析众多家长对孩子的殷切希望,在调动每位被寄予厚望的学生学习情绪的基础上,提出:“钢和铁有什么联系?”“它们之间又有什么不同?”“钢比铁性能好在哪里?”“是什么原因造成了钢与铁的不同?”带着这些问题进入课程很容易带动学生的学习热情。当讲到铁碳合金相图应用时,先问为何要“趁热打铁”,在学生积极思维状态下,把钢加热到1000℃至1250℃,此时钢组织为单相奥氏体,塑性好。并由此实质内容作适当引伸,以提醒学生把握良好的学习机会和人生机遇。
3教学结合实习与实践,紧密联系实际
《金属材料与热处理》因其具有很强的实践性,因此在教学过程中可以采用理论结合实际、带学生下车间参观等教学方法,通过学生在车间的生产实习和对生活中机械产品的认识以及对周围机械行业的大体了解,让《金属材料与热处理》内容与之对接,来提高学生的学习动力。学生进行车工实习之后,将“车削下的铁屑为何变成蓝黑色”等问题也可以引到热处理中。再如:学生钳工实习之后的小作品小铁榔头敲击后,铁榔头工作面凹凸不平,而另一个被热处理过的铁榔头工作面平整如初。同种材料所制的两个铁榔头为何性能不一样?让学生从实践中亲身体会了材料丰富的知识内涵。
一、利用通俗实例,提高学生学习兴趣
《金属材料与热处理》这门课的特点是名词多、概念多、术语多,需要记忆的内容多,与现实生活的联系少,有时教师在课堂上讲得口干舌燥,学生却像雾里看花,不知所云,上课睡觉,学习兴趣低下,甚至到了教师不愿讲、学生不愿学的地步。要想讲好这门课,笔者认为,应多举一些与现实生活相关的例子,提高学生的学习兴趣和学习的积极性、主动性。为提高课堂教学效果,必须对《金属材料与热处理》的教学内容加以 “炒制”,加些“调味品”,创造现代教学所倡导的情景教学教育,以强化教学效果。例如,在介绍“金属的疲劳与韧性”这一章节时,笔者首先介绍疲劳与韧性的概念、特征,然后列举一些学生所熟悉的例子加以说明,如为何金属材料在使用时会导致突然断裂,甚至造成重大的人员伤亡和物质损失?
教学中,笔者首先向学生介绍一些工程材料,如钢、铝、塑料等,常用来制造一些结构件,如汽车车轴和飞机机翼等。那么,对于这些材料,究竟有哪些要求呢?这时,笔者就开始引导学生思考:“大家都看过电影《泰坦尼克号》,电影中那艘1912年制造完成的‘泰坦尼克号’邮轮在当时是最为豪华的,号称‘永不沉没’。但是,在首次航行中它就沉没于冰海,成为20世纪令人难以忘怀的悲惨海难。为什么号称‘不会沉没’的邮轮在撞上冰山后不到3小时就沉没了呢?再如,二战期间美国赶制了数百艘T-2型邮轮。令人不可思议的是,许多这样的邮轮虽然成功地逃过了纳粹U型潜艇的袭击,却毫无预兆地在航行中断裂为两截。其中,有的邮轮甚至发生在平静的港湾,造成重大的人员伤亡和物质损失。如何才能有效地延缓金属的疲劳,延长其使用寿命,减少损失呢?零件为什么会出现疲劳呢?”通过这样的启发,使学生带着疑问去听课,学生的好奇心一下子被调动起来了,听课的积极性自然提高了。这时,笔者再详细介绍有关疲劳断裂的特征:疲劳断裂并没有明显的宏观塑性变形,而是突然地破坏;引起疲劳断裂的应力很低,常常低于材料的屈服点;疲劳破坏的宏观断口有两部分组成,即疲劳裂纹的策源地及扩展区(光滑部分)和最后断裂区(毛糙部分)。机械零件之所以产生疲劳断裂,是由于材料表面或内部有缺陷(夹渣、划痕、尖角等)。这些地方的局部应力大于屈服点,从而产生局部塑性变形,导致开裂。这些微裂缝随应力循环次数的增加而逐渐扩展,直至最后承载面积大大减小,以致不能承受所加载荷而突然断裂。那么,如何预防呢?措施主要是提高材料自身质量,提高零件的加工质量、合金化、热处理,改善零件的结构形状,合理使用等。通过以上学习,使学生明白“泰坦尼克号”沉没九十多年的未解之谜。由于早年的“泰坦尼克号”采用了航行环境温度下有缺口敏感且硫、磷含量高的钢板,这些材料冲击韧性很差,特别在低温环境中脆性更大,容易产生疲劳,当邮轮与冰山相撞时,材料很容易断裂。这是钢材的韧性、疲劳与人身安全的一个突出例证。美国赶制的数百艘T-2型邮轮,由于时间紧、任务重,材料表面及其内部有缺陷,从而引发了疲劳破坏。通过具体的案例,学生一下子就明白了,且全神贯注、饶有兴趣地掌握了这一教学上的疑难点。
二、以民间俗话为先导,由表面现象探索本质,提高学生学习的积极性
不少民间广为流传的俗语成语,很多是由劳动实践经验积累所得,贴近生活。在《金属材料与热处理》教学中,要努力挖掘教材的隐含内容,力求用俗语总结纯理论性的知识。上课时,以学生能接受的俗语成语,引导学生由表及里地进行学习。例如,在讲述感应加热表面淬火时,教材介绍感应加热表面淬火是利用涡流的集肤效应,对工件进行加热,淬硬层深度取决于电流的频率,并与电流的频率成反比。也就是说,电流的频率越高,淬硬层深度越浅;电流的频率越低,淬硬层深度越深。但是,一部分学生不能理解这样的解释。怎么办?笔者就列举厨师们常说的“小火慢炖”以及“开锅煮馅,盖锅煮皮”。“小火慢炖”,就是说炖肉时,用小火慢慢炖,开锅的频率较低,能量向下,肉才能炖烂;如果是大火,表面炖熟了,炖烂了,但里面还是生的。“开锅煮馅,盖锅煮皮”,意思是说“肉饺子难熟的是馅,好熟的是饺子皮。煮时,开锅后饺子下锅,等开锅后,掀开锅盖煮饺子。这样,开锅的频率低,能量向下,肉馅易熟;但煮素饺时,好熟的是馅,难熟的是皮,煮时应该盖住锅盖煮,开锅的频率高能量集中在表面,饺子皮容易煮熟。”由于和实际生活相结合,可以使学生容易理解且牢记,提高学生学习的积极性和主动性。
三、注意图形结合,辅之形象记忆
图画和图表可对知识的记录和传播起很大的作用。爱因斯坦认为,文字和数字在他的思维过程中发挥的作用并不重要。他不是沿纯数字或文字的推理方式思考,而是运用直观和空间的方式,形象地思考。在《金属材料与热处理》教学中,注重图形结合,再辅之以形象记忆,可以使学生较轻松地掌握那些需记忆的内容。例如,在讲述“铁碳合金相图”这一章节时,笔者首先介绍何谓铁碳相图,铁碳相图的横坐标、纵坐标各表示什么,为何铁碳相图只研究到含碳量6.69%的渗碳体?将问题提出后,加以解答,随之将挂图挂上,让学生熟悉相图的形状,并让学生看书,在看书的过程中能够提出问题。教师在讲课的过程中,加以解答。由于学生对相图有所了解,所以讲解时,最好是边讲、边画。讲解相图时,着重讲解各点、线的含义(图表表示)及其组织随温度变化的规律,举出一些具体的铁碳合金。例如,含碳量1.2%的钢在1300℃、1000℃、800℃、700℃、600℃及常温下的组织和性能,并加以说明钢的性能为何与含碳量有关,要求学生也熟练掌握相图、分析相图。
四、借助多媒体教学,调动学生学习兴趣
借助多媒体教学,可以使学生充分应用视觉和听觉去获取知识。在介绍热处理方法时,由于学生大多数来自农村,对热处理不了解,可是退火、正火、淬火、回火等热处理工艺受设备条件限制,在实际教学过程中又难以现场操作演示。如果仅凭挂图及几个应用实例分析,很难把枯燥、抽象的内容讲“活”,从而使学生由听不懂转为不愿听,使教学效果大打折扣。而结合计算机多媒体教学手段,则可把热处理工艺过程直观、形象地展现给学生,使学生有身入其境之感,好像亲自参与了操作。这将给教学增加很多的趣味与生动,在很大程度上调动学生的学习兴趣与热情,使学生充分应用视觉和听觉去获取知识,大大提高教学效果,起到事半功倍的作用。学生也会由听得懂到愿意听,由愿意学到学得会,提高教学效果,达到教学目的。
众所周知,《金属材料与热处理》这门课是工科专业学生必修的专业基础课。针对每个专业自身的特点,笔者对这门课采取区别处理教材内容的教学方法,尽量做到突出重点,因材施教,减少学生在学习专业课时对金属学原理的模糊理解,使学生真正了解本专业在生产工艺制定上的依据所在,以便更好地掌握本专业的工艺技术要求。
俗话说:“万丈高楼平地起”,基础没打好,何以建高楼。同样的道理,没有把专业基础课讲深入、学透彻,怎么能更好地理解后面的专业课知识,因此专业基础课的讲授一定要精细而有针对性。
二、“金属的塑性变形与再结晶”一章的教学处理
1、回复和再结晶。
在《冷轧生产工艺》教学中,我们将会提到“在冷轧的过程中需要进行中间软化退火”,学生常常对此工艺过程很不解。究其原因,就是缺乏冷塑性变形对金属塑性与组织影响的深刻理解。
在轧制工艺中常常提及再结晶温度和再结晶退火。本教材“再结晶”这部分内容仅从概念的角度介绍,较抽象。学生对再结晶定义的理解易出现困难,对再结晶温度的概念更是弄不清楚。建议这部分内容尽可能多的采用有趣、直观、多样的方式进行启发式教学,比如我们可以举例班内每个同学相当于原子,整个班集体就好比我们所讲述过的晶格,“空位”相当于一个或几个同学缺勤,“间隙原子”相当于班内的某位同学未按排列整齐的座位去坐,而胡乱地坐在了某个位置,“错位”相当于几位同学位置错排等等,多列举生活、生产中的实例,以学生为中心,活跃课堂气氛,将抽象、深奥的知识用生动形象的语言和举例,深入浅出地讲授给学生,使学生能够相对容易地理解和吸收,且能举一反三,应用到实际中,使学生能更多地感知知识、更牢地掌握知识,以达到“讲的透、学的活、记得住、用得上”的教学目标。
同时在轧钢班教学中,要让学生了解到再结晶温度不仅与金属的变形程度有关,还与金属的保温时间、金属中存在的杂质以及其原始晶粒大小都有关系。只有把影响再结晶温度的因素阐述清楚了,学生对再结晶温度才会有一个较为清晰的认识。这为热轧生产中的冷却工艺和冷轧生产中的再结晶退火工艺的讲解扫除了理论认知的障碍。
2、再结晶晶粒的大。
再结晶晶粒的大小是金属在压力加工生产中的重要问题之一,它将直接影响金属的使用性能、工艺性能以及表面质量。
教材只给出“再结晶晶粒长大应当注意避免”这一结论,对再结晶晶粒大小在轧制加工中的意义及相关影响因素缺乏分析,这往往给后续轧钢工艺中对加热温度、最大变形量的选择带来不必要的疑惑。
另外,还有必要通过实例说明,让学生了解影响再结晶晶粒大小与合金成分、原始晶粒大小、加热温度及时间、变形程度、加热速度都有密切关系。这为生产工艺课中讲解:“加热制度要遵循加热时间尽量短,加热速度尽量快的原则”提供了理论依据,学生在学专业课时才会知其所以然,从而更能激发学生探索知识奥秘的兴趣。
再比如“当加热温度一定时变形程度对再结晶晶粒的大小有一定影响”,这在冷轧生产中有重要的指导意义。通过对再结晶晶粒大小与变形程度的关系分析,让学生了解到轧件要在多大的变形程度下才能使金属产生再结晶,在什么条件下退火会得到极粗的晶粒,粗晶粒会使金属的力学性能降低,所以在实际冷轧生产中要避开临界变形程度,采取合适的变形量,以免造成再结晶后的粗晶粒。这样的讲解使我们的知识点有了连贯性,避免出现知识脱节现象。
3、金属组织的变化。
(1)晶粒被拉长成纤维状的性能。
冷轧后晶粒组织将发生变化,变化后性能如何?这就要求我们在讲解该部分内容时让学生了解到由于纤维组织的存在,变形金属的横向(垂直于延伸方向)机械性能降低,而呈现各向异性。
(2)亚结构细化。
可通过较为形象的模型教学让学生了解到什么是亚结构,亚结构细化增加滑移阻力,引出形变强化产生的原因。
(3)变形织构。
这个知识点在教材上没有提到,笔者认为在给轧钢专业的学生讲授金属的塑性变形这章时应补充这一内容。学生只有了解到这一知识点后,才能理解我们在冷轧生产中为什么要采用大轧制力轧制,需要轧制等等轧制工艺的原因。
在教学中让学生了解到金属与合金经过冷变形后,由于出现变形织构而使金属呈现各向异性。在实际冷轧生产中,因为各向异性使金属在不同的方向显示着不同的力学性能,因而导致加工困难。通过这样的解释,学生对冷轧生产中的一些工艺要求就理解了。
本人从加强实践性教学环节及大力培养学生动手能力的角度,阐述了金属材料与热处理课程改革的必要性,并从教材内容、教学模式和评价方法等方面展开论述。
一、教材内容的改革与实践
自从我担任这门课的科任以来,我们学校一直采用中国劳动社会保障出版社出版的教材,无论是第四版还是第五版,教材在内容编排上面相对于我们学校的学生基础和教学条件来说都存在一定的差距。在教学实践中,针对采用的教材较抽象,理论性较强,不利于培养学生动手能力等不足,我建议将采用的《金属材料与热处理》教材内容进行如下编排,全书共分金属学基础知识篇钢的热处理篇、材料工程与应用篇等三个部分:
(1)金属学基础知识篇分成金属的力学性能及铁碳合金相图两个项目。
(2)钢的热处理篇分成45钢(亚共析钢)的退火T12钢(过共析钢)的退火45钢(亚共析钢)的正火T12钢(过共析钢)的正火45钢制小轴(亚共析钢)的淬火与高温回火T12钢制锉刀(过共析钢)的淬火与低温回火。
(3)的材料与应用篇分成金属的晶体结构及变形的相关知识和碳素钢、合金钢、铸铁、有色金属及硬质合金等金属材料的常见牌号、性能及用途两个项目。
二、教学模式的改革与实践
传统的教学模式虽然有其自身的优势:如传授知识系统、严密,较好地发挥了教师的主导性。但弊病也十分明显:其一,教材抽象,体系严密,学生难以学习;其二,学生的主体地位难以体现;其三,重理论轻实践 学生动手的能力比较差,与素质教育的要求不相适应;其四,以教师为中心,只强调教师的“教”而忽视学生的“学”。在这样的教学模式中,学生参与教学活动的机会少,动手更少,大部分时间处于被动接受状态,学生的学习主动性很难发挥,更不利于创新、创造型人才的培养,不利于学生的发展, 《金属材料与热处理》教材理论性过强,内容抽象又枯燥,还缺乏与实际的联系。为切实提高课堂教学效果,必须对的教学内容加以“炒制”,适当加些“调味品”,创设现代教学所倡导的情景教学以强化教育效果。
(一)以俗话(成语)为先导,由现象探本质
不少民间广为流传的俗语(成语),其中很多是劳动实践经验积累,很贴近生活。在《金属材料与热处理》教学中,要努力挖掘教材隐含内容,力求用俗语来总结纯理性的知识。例如:第一章钢铁的冶炼教学中,可先抛出“恨铁不成钢”,简单分析众多家长“望子成龙”心情,在调动每位被寄厚望的学生学习情绪基础上,问“铁怎样才能成钢?”,“钢比铁性能好在哪里?”然后引导学生探索“钢铁是怎样炼成的……”;又如讲到金属材料力学性能时,首先,分析古代众多雄伟壮观的宫殿等古建筑都靠木材这种脆性材料支撑起来的事实后,点出“立木顶千斤”,继而引出铸铁等脆性材料抗压性能远比抗拉性能好,故脆性材料常作受压件的实质内容;当讲到铁碳合金相图应用时,先问为何要“趁热打铁”?在学生积极思维状态下,把钢加热到1000℃至1250℃,此时钢组织为单相奥氏体,塑性好。并由此实质内容作适当引伸,以提醒学生把握良好学习机会和好的人生机遇。
(二)以“趣”为主线,紧密结合实际
记得孔子说过“知之者不如好知者,好之者不如乐之者”。兴趣是最好的老师,若学生对教学内容感兴趣,就会产生求知欲及学习动力。故对此可挖掘教材内容,有目的地设计些“兴奋点”以激发学生兴趣。如在上热处理这章内容时,先设计些观察思考题,如“锯条两端为何是黑的?”“车削下的铁屑为何是蓝黑色?”等。带着好奇的学生在老师引导下把兴趣移到有关热处理这些枯燥、抽象的学习内容上,另外还可采用灵活多样的教学手段激发兴趣,如变换教学方法,理论多结合实际,带学生下车间参观。
(三)注意图形结合,辅之形象记忆
图画和图表可对知识的记录和传播起很大的作用。爱因斯坦认为,文字和数字在他的思维过程中发挥的作用并不重要,他不是沿纯数字或文字的推理方式思考而是运用直观和空间的方式形象地思考。在《金属材料与热处理》教学中注重图形结合,再辅之以形象地记忆,使学生较轻松地掌握那些需借助记忆的内容。例如,讲铁同素异构转变内容时注重:符号、文字、数字、图形四结合;在铁碳合金重点章节教学中,充分注重图形结合,可打乱教材课节内容的编排顺序,挂出铁碳合金相图引导学生学习五种金属组织及性能,分析一定含碳量的合金在温度变化时的相变过程。并结合形象记忆法记忆相图五个重要的相变温度。
(四)形象生动,借助现代化教育手段
科学研究表明,眼、耳等多种感官并用,学习效率最高。可是退火、正火、淬火、回火等热处理工艺受设备条件限制,没有现场操作演示。若仅凭挂图及几个应用实例分析很难把枯燥、抽象的内容讲“活”,而结合录像或计算机多媒体和网络化教育手段,则可把热处理工艺过程直观形象地展现给学生。这将给课堂增加很多的趣味与生动,可以很大程度地调动学生学习兴趣与热情,使学生充分利用视觉和听觉去获取知识,提高学习效果。
三、评价方法的改革与实践
以往评价一个学生的学习掌握程度往往是通过考试的100%成绩来去评定的,现在我主要是采用平时的“奖罚分明的评分方式”,学生的平时成绩占60%(平时成绩主要是根据参与教学过程的程度和作业方面来进行评定),考试成绩占40%。通过这样子的评分,使得学生更加愿意和积极参与到教学活动中来,达到提高学生的动手和思考能力的目的。
总之,《金属材料与热处理》这门机械类基础课,需要加强实践性教学环节及大力培养学生动手能力的角度,通过教材内容、教学模式和评价方法等方面进行改革,可以提高课堂效率,提高学生的学习兴趣和教学的效果。
参考文献:
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[2]刘振武,姜建华,徐观明.情趣教学法实验研究