“金属材料与热处理技术”教学难点分析及解决策略

宋伟

在假肢矫形工程专业课程设置中，金属材料热处理课程是必修内容。学校根据专业课程的需要，针对学生所学专业知识特点，把课程放在三年级第一学期开设，总共36学时。与“金属工艺学”先后开课，学生在接受专业理论知识后进行实际操作。我在“金属材料与热处理技术”课程的教学中，根据专业学习的特点，进行了一些探索。

1 讲授新章节之前复习前章重点内容，自然导入本章教学内容

例如在学习第二章金属的晶体结构与结晶之前，复习第一章重点教学内容金属材料的性能。金属材料的性能与其内部的晶体结构和组织状态密切相关。因此，研究金属的晶体结构与结晶过程，掌握其规律，以便更好地控制其性能，正确选用材料，并指导人们开发新型材料。

2 基本概念的理解对后续的知识学习至关重要

第二章金属的晶体结构与结晶课程教学目的，是让学生掌握金属的晶体结构、实际金属的结构、纯金属的结晶、金属铸锭的组织。这一章首先要理解晶格、晶胞、晶格常数的概念，然后记住常见金属的3种晶格类型：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；而且需要全面理解晶胞的空间结构。要弄清每种晶格晶胞内的原子数，其中最关键的一点是弄清每个原子为几个晶胞所共有。如果每一晶胞的原子数则计算不清楚，将影响到致密度的计算。

我在教学中解决这一难点的策略是提纲携领、举一反三。先弄清体心立方晶格中每个顶角的原子为8个晶胞所共有，进而求出体心立方晶格的原子数是2个，然后计算其致密度为0.68。而后，让学生自己剖析面心立方晶格、密排六方晶格，并计算致密度。

在致密度的计算中，关键要找出原子半径与晶格常数的关系。在3种晶格中需要分别推导出原子半径r与晶格常数a的关系式。

3 对后续知识的掌握会促进基本概念的深入理解

在第三章金属的塑性变形与再结晶的学习中，滑移系是较难理解的重点内容。滑移面和滑移方向组成了滑移系。滑移面是原子密度最大的面，滑移方向是原子密度最大的方向。第1步，我让学生找出3种晶格滑移面、滑移方向各是哪些；第2步，让学生计算出滑移面和滑移方向上的原子数各是多少。虽然查找滑移面及计算过程较为繁琐复杂，但经过深入分析、仔细研究及热烈的课堂讨论，透彻了解这些概念，就会对晶胞、配位数、致密度等概念有更深入的理解，也会对金属的塑性变形的理解有促进作用。

4 结合学生兴趣爱好，开阔课堂教学思路，活跃课堂学习氛围

由于该课程涉及到专业术语及材料成份、结构、工艺原理等知识，学生学习起来比较枯燥乏味，因而在教学安排设计中，应采取创新多样教学方法，与“金属工艺学与车间工艺”相应的课程结合起来，用学生参与的动手试验来激发学生的学习兴趣，灵活开创基础课的应用范围，拓展学生的学习思维空间，促进理论概念的理解，使难以学习理解的基础课变成容易理解的专业课程，拓展学生专业技术水平。

5 丰富教学手段，增强教学效果

利用网络、制作多媒体课件等多种手段进行教学，提高学生的学习兴趣，激发学生的学习动力，提高了学习效果。重点章节要多用图表、录像等资料全面立体授课。

6 找出各章节之间的内部联系，重点章节要深入分析

本课程主要包括：金属材料的性能、金属的晶体结构与结晶、金属的塑性变形与再结晶、合金的结构和结晶、铁碳合金相图和碳钢、钢的热处理、合金结构钢等共12章内容。其中金属和合金的晶体结构及其结晶过程、铁碳合金相图的建立、识读和应用是必须掌握的基础知识，起着承前启后的作用。如果这部分基础知识掌握得好，那么学生对前面所讲的金属性能知识会加深理解，对后面钢的热处理和常用金属材料的知识容易理解和掌握。所以这部分知识是这门课程教学的重点；同时由于这部分知识较为抽象(如合金的晶体结构、结晶的过程、铁碳合金相图的建立过程)，没有具体实验和教具可以演示，加上学生没有实践感性认识的基础，缺少对这部分知识的感知认识，致使在教学中学生学和老师教都存在一定的难度。我对这一难点的突破，作了一些探讨。

6.1 对重点章节深入分析 学生在学习过程中普遍对第五章铁碳合金相图的建立、识读、应用等几个知识点较难理解和掌握。其实，只要深入分析，找出知识贯穿点，就很容易找到突破口。在铁碳合金相图中包含10个特征点及9条特征线，它们构成了相图的灵魂。在教学过程中，一点一点地分析，一条线一条线地判断。只要了解了铁碳合金内部组织的定义、性能及变化原因，那么识读铁碳合金相图就会迎刃而解。

6.2 用平实的语言形象化解释复杂的概念 铁素体与渗碳体组成的机械混合物称为珠光体，珠光体的显微组织白色基体为铁素体，黑色线条为渗碳体。与人的指纹有些相像。通过这一形象的比喻，使学生扎实地记住了珠光体的显微组织形态；对亚共析钢(铁素体+珠光体)、过共析钢(渗碳体+珠光体)的显微组织结构的理解会更加透彻。

6.3 对复杂的概念深入剖析 经过对工业纯铁、非合金钢及白口铸铁的室温组织的深入分析，相的组成物都是铁素体+渗碳体(F+P)，而将珠光体、高温莱氏体、低温莱氏体等名词概念进行深入分析后，最终得到相铁素体+渗碳体(F+P)。

7 教师课堂提问，学生有问题可以主动提问，增强互动

学生不应被动地接受知识，而应该主动积极地思考。在教学中，老师提问是调动学生积极性的一个好方法。课堂有针对性地提出问题不仅能促使学生积极思考，而且有助于吸引学生注意力。例如铁碳相图是研究铁碳合金的基础，对生产实践有重要的指导意义，因此对整个相图要求完全了解，包括其中的每个点、每条线、每个相区代表的意义。纯铁、亚共析钢、共析钢及过共析钢加热到一定温度以上，铁素体转变为奥氏体。奥氏体是面心立方晶格(12个滑移系，其中有3个滑移方向)，而铁素体是体心立方晶格(12个滑移系，2个滑移方向)，具有面心立方晶格的奥氏体塑性要比铁素体好。为了加深学生对相图的理解，特提出了一个有意义问题：“国际歌中的歌词‘要把那炉火烧得通红，趁热打铁才能成功’，为什么？”通过回答这个问题，学生进一步了相图的规律，找到了最佳答案，从而了解到这句歌词中所蕴含的科学道理，加深了对所学的知识的记忆和理解。

对一个问题要深究，挖得越深越透，越有助于知识的全面理解和掌握。

8 及时的复习、作业、课堂讨论以及定期测验

在教学过程中，及时的复习、作业、课堂讨论及定期测验都是必不可少的；同时要对学生的学习状况进行适时的量化。对学生的学业评价就采用多样化的形式，可打破传统的一卷定乾坤的考核方法，形成一个综合、全面、细化的考核评价体系，这样能更有效地督促、激励学生。

9 有意识地培养学生查阅资料和应用资料能力

在教学过程中有意识地多使用图表、数据统计等资料，培养和加强学生查阅和应用资料的能力。在授课中，我们结合教材中的曲线、图像、表格来表达和分析，并尽可能让学生自己动手多查表、对照、换算。使学生在以后的工作中可以熟练地使用设计手册。

“金属材料与热处理”是一门与生产实际联系比较密切的实验学科，虽然大的实验无法在学校里完成，但教师也可以开动脑筋创造条件，设计一些简单易行的实验或列举一些生活中常见的现象，扩展学生的思维，加深对理论知识的系统掌握。要充分调动起学生的主观能动性，克服学习中的困难，夯实专业知识。