《有色金属材料》教学模式的探索与实践*

2016-04-15屈华刘伟东辽宁工业大学材料科学与工程学院辽宁锦州121001

高教学刊 2016年6期

屈华　刘伟东（辽宁工业大学材料科学与工程学院，辽宁锦州121001）

《有色金属材料》教学模式的探索与实践*

屈华刘伟东
（辽宁工业大学材料科学与工程学院，辽宁锦州121001）

摘要：依据《有色金属材料》的教学内容和课程特点，对该课程的教学模式进行了探索与实践。基础理论知识采用类比式教学，既可“温故”，又可达到“知新”的教学目的，教学效果“事半功倍”。对于在课内没时间或无法完成的教学内容、科学研究前沿问题、新材料和新技术等采用研究性教学模式，可激发学生的学习兴趣，提高自主学习能力，初步培养科研能力。

关键词：有色金属材料；教学模式改革；类比式教学；研究性教学

Abstract:Based on the characteristics and teaching contents of the "Nonferrous Materials", teaching method of the courses was explored and practiced. With analogy teaching on basic theoretical knowledge, the teaching purpose of not only reviewing the old but also learning the new can be attained, which yields twice the result and half the effort for the teaching effect. In view of the problem of contents that has no time in the classroom or unable to finish, and problem of scientific research, new material and new technique, this paper proposes adopting study-based teaching can motivate interest of students, promote learning ability and cultivate the capacity of scientific research.

Keywords:Nonferrous Materials; teaching method reform; analogy teaching; study-based teaching

传统的专业课教学模式是注入式的单向“传递+接受”的模式，在授课过程中，学生的思维多处于被动甚至是休眠的状态，学习的主动性和积极性不高。不少专家学者认为只有进行教学模式改革，采用启发式、案例式、问题式、类比试、研究性等教学方法才能激发学生学习的积极性和主动性，提高专业课的教学效果[1]。研究性教学作为一种能有效引导学生主动探究、培养学生实践能力和创新精神的教学方法，已成为高等院校专业课教学的主要教学方法之一，并得到教育部的大力倡导[2]。类比式教学是利用相关课程教学内容的相似或相对性进行“由此及彼”的一种教学方法，这种教学模式既有利于学生对教学内容的理解和掌握，达到举一反三的目的，还可提高学生总结归纳的能力[3]。

《有色金属材料》是一门理论性和应用性均较强的课程，它涉及多种有色金属及合金的成分、组织结构、相变过程、性能特点和用途、热处理工艺和制备技术等，基础知识和基本理论较多、教学内容较为抽象。只有改革教学模式，发挥学生在教学活动中的主体地位，才能不断地提高教学效果。

一、课程教学内容与要求

《有色金属材料》的主要教学任务是讲授铝、镁、铜和钛四大有色金属及合金的成分、组织结构、性能特点、热处理基本原理、典型零部件的选材与热处理工艺、新技术与新应用。本课程在《固态相变》、《钢铁材料学》、《热处理工艺学》等课的基础上，以四大有色金属及合金的成份—组织结构—性能—用途为主线，讲授它们之间的内在联系及其相互关系，揭示提高材料性能的途径。通过《有色金属材料》的理论与实验教学，使学生系统掌握有关有色金属材料学方面的知识，培养学生研究开发和合理应用有色金属材料的能力。

在《有色金属材料》教学中，要求学生理解和记忆的内容比较多，而学生普遍缺乏对有色金属材料的感性认识，因此学生学习起来难度较大，易产生模糊的概念，学习效果不佳。针对这种情况，作者在教学过程中不仅采用了有利于激发学生学习兴趣的案例式、问题式、启发式、交互讨论式教学模式，还重点采用了类比式和研究性的教学模式。例如，从教学内容上看，《有色金属材料》的教学内容《钢铁材料学》的教学内容多有相通或相近之处，学生在学习时难免有“似曾相识“之感，因此这部分教学可以采用类比式教学的方法进行教学。通过教学模式改革，学生表现出来的求知欲和与过去形成了鲜明对比，达到了预期的教学目标。

二、基础理论知识的类比教学

表1　铝合金与钢的热处理知识点对比

采用类比式教学，可使学生在面对未知的新知识时，迅速找到轻松入门的途径，增加学习的主动性，提高学习效率与质量[4]。作者在讲授《有色金属材料》时，将有色金属材料的基础理论知识与钢铁材料的基础知识进行了类比讲授。作者在讲授钛合金马氏体相变时，与钢的马氏体转变进行类比，取得了较好的教学效果。表1给出了作者在讲授铝合金热处理时，与钢的热处理进行的知识点对比。

由表1可知，铝合金热处理与钢的热处理从过程看是类似的，都由加热、冷却和再加热三个过程组成。铝合金的加热保温过程称之为固溶处理，其目的是使第二相全部或最大限度地溶入基体；而钢的加热保温过程可称之奥氏体化过程，其目的是使原始组织转变成奥氏体组织并使合金元素尽可能均匀化分布。铝合金快速冷却是为了形成过饱和的面心立方2-Al固溶体，这个过程中没有相变发生；而钢快速冷却是为了形成含碳和合金元素过饱和的严重畸变的体心立方结构的2-Fe固溶体，即马氏体，这个过程中发生了由奥氏体向马氏体转变的相变过程。铝合金与钢的淬火处理过程类似，但结果是不一样的，铝合金淬火后强度与硬度并不立即升高，塑性非但没有下降，反而有所上升；而钢淬火处后强度与硬度明显升高，而塑性与韧性明显下降。铝合金固溶处理后再加热称之为时效，而钢淬火处理后再加热称之为回火，时效与回火的过程类似，但目的不一样。钢回火处理的目的是减轻淬火马氏体的碳过饱和度，降低强度与硬度，改善塑性与韧性，提高综合力学性能，另外，可以去除淬火应力，防止变形与开裂，在这个过程中要析出碳化物。铝合金时效的目的是使过饱和基体固溶体中合金元素以第二相的形式析出，进而提高强度与硬度。

在《有色金属材料》课程之前，学生已经学过《固态相变》、《钢铁材料学》、《热处理工艺学》等课程，因此作者在讲授铝合金热处理时，通过与钢的热处理对比分析，既起到了“温故”的作用，又达到了“知新”的教学目的，且降低了学生学习新知识的难度，可谓是“事半功倍”。

三、知识综合应用的研究性教学

研究性教学的目的是为了引导学生自主学习，培养其发现问题、分析解决问题的能力，着重培养学生对于“未知”的研究和探索和创新意识。具体而言，研究性教学就是要在教学中，针对知识难点、不成熟的问题、与该部分知识有关而教材上没有讲到的知识、相关的新材料和新技术等，在有限的教学时间内和课堂上无法完成的教学内容，以研究性课题的形式提出并并布置给学生，要求学生根据自己的兴趣选择并完成小论文[5]。

作者在《有色金属材料》的教学过程中采用了研究性教学模式，主要是为了使学生懂得有色金属材料并不仅仅是一门金属材料的扩大化普及课程，更应深刻理解“成分—组织结构—加工和热处理—性能—应用”在有色金属材料中的具体实施，初步掌握关于有色金属材料甚至金属材料方面的科学研究与实践的基本步骤、方法和思路。例如，在讲授铝合金及其热处理和与钛合金新技术和新应用时，作者采用了研究性教学。

（一）铝合金及其热处理的研究性教学

为了能够更好的开展研究性教学，作者重新刻画了铝合金及其热处理的知识结构，通过精讲合金的成分、组织结构、固溶时效的组织转变过程和性能变化，使学生全面掌握了该章节的主要知识。同时将有关铝合金热处理的新理论、新技术和新成果融入教学，有效地激发了学生的学习兴趣。

在铝及其合金的教学中，作者根据教学内容，考虑到理论的应用和拓展，通过对知识进行整合，先后设计出多个研究题目供学生选用，如：Al-Cu铝合金固溶时效析出行为，高强变形铝合金的研究现状和发展趋势，耐热铝合金研究进展，某种典型铝合金的制备及热处理工艺等。相应的研究性课题在对应教学内容讲完后即布置给学生，学生选用后即可投入研究性工作并撰写研究报告。在学生完成研究报告的过程中，要给学生讲授如何拟定研究报告的题目，研讨写作提纲。在学生完成研究报告后，挑选质量较高的报告在课堂上进行研讨分析。

在讲授铝合金及其热处理的应用时，采用研究性教学，既可达到教学目的，使学生掌握铝合金的热处理知识，又可以锻炼学生的科学研究能力。

（二）钛合金新技术、新应用的研究性教学

专业课教学对学生而言，不仅是基础知识的积累过程，更是知识综合运用能力的提升和对相关新技术、新应用的探知过程。学生所积累的知识只有在实践过程中才能得到消化和吸收。这种消化和吸收的最好办法之一是研究性学习，即通过“工程实际问题——查阅文献资料——具体分析——方案比较——实验/实践——结论”这样一个过程[6]。

作者在精心讲授基础知识和原理的基础上，非常注意引导学生查阅文献资料，以了解有色金属材料的新技术和新应用。具体做法就是根据授课内容进行扩展，提出一些研究性课题供学生选择研讨并完成小论文。例如，在钛及其合金的教学中，布置给学生的可选择研究性课题有汽车用钛合金、生物医用钛合金、钛合金表面改性技术、钛合金最新加工技术、低成本高性能钛合金等。学生可以选择任一研究性课题，然后查阅、汇总并分析文献资料提供的内容，提出小论文的撰写提纲。选择相同研究性课题的同学组成研究小组，研讨每个同学的小论文提纲，然后各自完成研究性小论文。例如，作者在讲授“低成本钛合金”时，组织学生围绕这一课题按“研究进展→低成本思路→发展方向”这一主线展开了讨论。在研究性教学实践过程中，学生的想法和实验设计不可能一一去尝试，因此鼓励学生从图书和文献资料中寻找相近或相似的实验来验证是很好的解决办法。对于某些能力出众的学生，可以鼓励其立题申报我校实验室开放项目和大学生创新创业计划训练项目，甚至鼓励学生参与教师的科研项目来实践和验证课堂上学到的理论知识。