材料成型专业金属学与热处理课程教学改革探索

张 可,许丹丹,侯清宇

(1.安徽工业大学 冶金工程学院;2.安徽工业大学 数理科学与工程学院,安徽 马鞍山 243002)

金属学与热处理是材料成型与控制工程专业学生学习的一门最重要的专业基础必修课,该课程主要包括三大部分:金属学原理、热处理原理和工艺及金属材料学。课程以金属材料的成分、组织、工艺和性能之间的相互关系为主线。其中,“金属学原理”较为抽象,不容易理解;“热处理原理和工艺”所涉及的原理及工艺贴近实际生产,实用性强,学生没有现场经历和实验课学习,不易掌握;“金属材料学”涉及到的钢种、合金种类繁多,知识点繁杂,难以理解和掌握。以往教学过程中,主要是以教师讲授、学生被动学习为主的模式,这样既不利于培养学生的自主学习能力和提高创新意识,又与工程教育认证的要求相违背[1]。笔者结合所在教学团队的实践经验,对金属学与热处理的的教学改革进行初步探索。

一、调整教学内容,注重能力与实践

传统教学中授课内容大都限于教材,教材知识点在实际生产生活中的应用和联系还存在一定差距,理论和实际的结合没有得到足够的重视,难以让学生在生产生活中找到知识的价值和应用,因此,学生主动学习的欲望及对教材知识的求知欲较低[2]。基于当前大学科、大专业的发展趋势以及培养综合应用型人才的要求,在教学中作出了以下改进和调整:(1)注重实用,精简教学内容。主要是对教学内容进行精选,删减或调整陈旧或不常用的内容,合并相近内容,避免重复。例如,针对“钢在冷却时的转变”这一节,以等温转变(TTT)曲线和连续转变(CCT)曲线为基础,将珠光体转变、贝氏体转变及马氏体转变结合到一起讲解,实现内容的整合及知识点的联系,有助于学生学习和理解。(2)在讲授原有经典理论的同时,将材料领域的新技术、新工艺、研究动态及最新应用状况等前言知识积极融入进来,保证教学内容的更新和超前,拓宽学生的认知面。在“金属的热加工”这一节中,不但讲解热加工和冷加工的区别、联系及应用,同时,补充了温加工的概念及其当前研究和应用的发展前景,增强了学生对冷加工、热加工概念的理解和认识,开阔了学生的眼界和认知。

二、理清结构脉络,注重章节联系

图1 金属学与热处理各章节脉络图

《金属学与热处理》教材编写的思路是“原理—工艺—材料—应用”,而“成分—工艺—组织—性能—应用”是贯穿这门课始终的主线,所有章节的讲解应结合教材编写思路和主线展开,分析其相互之间的联系,找出其内在规律,使学生从整体上了解和认识该课程。先整体后局部,先宏观后微观,层层分解,梳理知识点和脉络,帮助学生学习、理解和掌握知识,最终实现对知识的运用。图1为金属学与热处理各章节脉络图,选用的教材为哈尔滨工业大学崔忠圻教授主编的金属学与热处理(第二版)。通过讲授不仅使学生明白了课程的结构脉络,而且增加了学生对课程章节的实际联系和知识点的系统了解。

三、教学结合科研,理论联系实际

授课教师参加国内和国际会议交流或参与国家级、省部级及横向课题的研究,将获得的最新科研进展和科研成果及时传递给学生,让他们了解材料领域的最新科研成果和发展动态,增强他们对本专业的学习兴趣[3]例如,一名教师参与了科技部“十三五”国家重大研发计划“煤炭采运用高耐磨性钢板及应用”,该项目的核心设计理念为采用低碳马氏体基体上引入微米—纳米双尺度超硬TiC颗粒的组织设计,实现在不增加硬度和降低焊接性能的情况下,耐磨性提高1.5～2.0倍,这是成分—组织—性能—应用这—主线应用于新钢种开发的具体展现,并且采用教材中基体软韧相+弥散分布硬脆相相结合提高材料强度的知识点,将耐磨钢的金相照片和力学性能展示给学生,激发了学生的学习热情和发散思维。另外,在讲授第七章“金属和合金的回复和再结晶”时,将教材知识点与授课教师通过研究发表的论文“退火温度对Nb-Ti微合金冷轧板再结晶行为的影响”相结合进行详细阐述,通过展示实验方案、实验结果及讨论等部分来增进学生对金属的回复和再结晶的了解,将具体实验上升为理论化、系统化内容,方便学生从整体上全面把握。这种理论联系实际、科研应用于教学的授课手段,受到了学生的认可和欢迎。

四、课堂教学与创新创业项目结合

为了营造良好的学术科研氛围,培养学生的自主学习意识和科技创新意识,激发广大学生科技创新的热情,近年来,学校组织开展了多种形式的创新创业活动,为本科生的自主学习和创新创业提供了一个很好的平台。例如,“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛,学生科研计划项目(SRTP)及大学生研究训练计划等。材料成型专业学生参加了“SRTP”和“大学生材料创新大赛”等与金属学与热处理课程相关的比赛,通过参加比赛在金相制样、组织观察、光学显微镜操作及实验技能的提高等方面得到了有效的锻炼和提高,对理论知识有了直观的、深人的理解和认识。另外,实践教学是教学过程的重要环节,学生通过参加科研项目、创新创业项目及教材中的实验课程,将理论知识和实际应用相结合,对他们理解教材知识、学以致用及培养科研能力具有重要的促进作用。

五、采用启发式和讨论式教学

根据近年来对金属学与热处理课程教学的实践和体会,针对不同的课程内容,采取不同形式的授课方式,如师生研讨、学生自学、反馈式讲授等,提高了学生学习的热情和动力,激发了学生的学习兴趣。例如,在讲授调质钢时,为了提高调质钢的强度及综合力学性能,必须加人提高淬透性的合金元素、抑制回火脆性的元素和细化晶粒的元素,可引导学生分析合金元素在钢中的作用,即可联系Mn、Cr等元素可提高钢的淬透性,Mo和W可抑制钢的回火脆性,V和Nb能细化奥氏体晶粒;接着引导学生分析要获得细小马氏体和合金碳化物,需要保证合金元素充分固溶到奥氏体中,从而提高钢的力学性能;再引导学生联系调质钢中由这些元素产生的强化方式主要有细晶强化、第二相强化、相变强化等,从而达到理解知识和运用知识的目的。通过这种连贯性的层级引导式的教学模式,启迪学生思考和联系衔接层次的知识点,主动联系知识解决问题,促进教学效果的提高

六、考核及成绩评定

为了考察学生对知识点的灵活掌握能力、运用知识和解决问题的能力,突出工程教育认证“能力”培养的目标,考核方法重在应用和综合,识记为辅,金属学与热处理采用闭卷考试,卷面成绩占70%;平时成绩占30%,主要包括考勤、作业和实验三部分,各占10%。教师考前出题,通常在试题的难易程度、内容分布及知识点考察等方面不易掌握、且与往年考试状况的对比性差。我们设计金属学与热处理试题库,该题库中有填空题、选择题、判断题、名词解释、简答题及综合题等多种题型,覆盖了教材中每个章节的主要内容,并且,试题的难度系数也各有差异,另外,每年结合材料领域的最新研究动态和科研成果,动态补充一些新试题[4]。实践表明,试卷的难度和广度更为合理,试题的科学性和合理性得到加强,选题和命题的效率有了明显提高,而且,教学效果的评价更为客观合理,更能真实地反映学生的学习成绩和知识点的掌握情况,且与往年学生成绩具有较强的可比性。