鑄造專業(yè)冶金原理課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐

徐流杰李秀青.河南科技大學(xué)摩擦學(xué)與材料防護(hù)教育部工程研究中心 河南洛陽 470032.河南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 河南洛陽 47003

?

鑄造專業(yè)冶金原理課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐

徐流杰1,2李秀青1
1.河南科技大學(xué)摩擦學(xué)與材料防護(hù)教育部工程研究中心 河南洛陽 471003
2.河南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 河南洛陽 471003

摘 要：冶金原理是鑄造專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，針對(duì)鑄造專業(yè)的知識(shí)結(jié)構(gòu)和教學(xué)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了鑄造專業(yè)冶金原理課程大綱，并從激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，理出課程教學(xué)主線，介紹和展示課程相關(guān)的前沿研究方向三方面探討了課堂教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：鑄造；冶金原理；教學(xué)大綱；課堂教學(xué)

冶金原理是冶金專業(yè)的重要必修課，內(nèi)容包含火法冶金、濕法冶金、電冶金，一般為80學(xué)時(shí)。鑄造與冶金密不可分，體現(xiàn)在三大方面。其一，鑄造過程所用的原材料來源于礦石冶煉成的合金，鑄造是根據(jù)需要將各種原材料進(jìn)行合理配比后熔化成合金液，然后澆注成形為鑄件毛坯，而熔煉所用的原材料是通過冶金過程獲得的。其二，鑄造合金熔化過程中涉及冶金，如鋼的精煉、除氣涉及物理化學(xué)反應(yīng)，合金相的分解、熔化與溶解均與冶金物理化學(xué)過程有關(guān)；其三，澆鑄到砂型過程及之后的凝固過程存在冶金物理化學(xué)反應(yīng)，如合金液與型砂的作用、合金液中新相的形成涉及冶金熱力學(xué)和冶金物理化學(xué)。

“沒有冶金就沒有鑄造”。在中國古代，冶金與鑄造是不分的，通常認(rèn)為鑄造就是冶金。因此，冶金原理是鑄造專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，研究鑄造合金熔煉、澆注過程和金屬/鑄型界面作用過程中熱力學(xué)共性問題均需要用到該課程的知識(shí)，該課程是指導(dǎo)鑄造合金熔煉過程中化學(xué)成分控制、坩堝爐襯材料選擇以及澆鑄過程中缺陷預(yù)防的基礎(chǔ)理論之一，是鑄造專業(yè)鑄造合金及熔煉、 造型材料以及鑄造工藝學(xué)等課程的理論基礎(chǔ)之一。通過對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握冶金過程的基本原理，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決冶金過程理論和實(shí)際問題的能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和工作實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。目前，很多學(xué)校鑄造專業(yè)開設(shè)冶金原理課。相對(duì)于冶金專業(yè)的80學(xué)時(shí)，鑄造專業(yè)通常僅有32學(xué)時(shí)，必須進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化。

1 教學(xué)大綱設(shè)計(jì)

目前的教材均是針對(duì)冶金專業(yè)編寫的[1-4]，為了滿足鑄造專業(yè)學(xué)生對(duì)冶金學(xué)知識(shí)的要求，同時(shí)符合學(xué)校設(shè)計(jì)的32時(shí)的要求，本文重新為鑄造專業(yè)的學(xué)生設(shè)計(jì)了冶金原理教學(xué)大綱。因?yàn)殍T造專業(yè)主要應(yīng)用火法冶，而濕法冶金幾乎不涉及，電冶金也涉及較少，因而本大綱中刪除了濕法冶金和電冶金的內(nèi)容，重點(diǎn)學(xué)習(xí)火法冶金相關(guān)內(nèi)容，包括熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及其應(yīng)用。新編制鑄造專業(yè)教學(xué)大綱具體內(nèi)容如表1所示。按照新編制的大綱學(xué)習(xí)，學(xué)生可以迅速掌握與鑄造專業(yè)相關(guān)的冶金學(xué)原理知識(shí)及相關(guān)的應(yīng)用。

表1 鑄造專業(yè)冶金原理教學(xué)大綱

2 課堂教學(xué)

關(guān)于高校課堂教學(xué)方法已有大量文獻(xiàn)述及[5-7]，本文僅針對(duì)鑄造專業(yè)冶金原理課程，談幾點(diǎn)筆者近年來的課堂教學(xué)方法與體會(huì)。

2.1 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

興趣是最好的老師，學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容是否感興趣直接關(guān)系到教學(xué)效果。本課程一般在大學(xué)四年級(jí)開設(shè)，學(xué)生面臨畢業(yè)后工作的壓力，也有很多學(xué)生要準(zhǔn)備研究生入學(xué)考試，這個(gè)階段學(xué)生普通學(xué)習(xí)興趣不高。冶金原理課重在講解冶金過程中的物理化學(xué)原理，公式很多，如果學(xué)生無法跟上教師講課的節(jié)奏，也就難以理解后面的內(nèi)容。提高學(xué)生的興趣成為課堂教學(xué)成敗的關(guān)鍵。

第一，教學(xué)過程中討論學(xué)生感興趣相關(guān)知識(shí)。如在講授鋼鐵冶金時(shí)，讓學(xué)生討論為什么楊過的玄鐵劍那么硬。很多青年學(xué)生都有一個(gè)武俠夢(mèng)，對(duì)金庸先生的武俠小說很感興趣，當(dāng)時(shí)有學(xué)生回答：這把劍是由天外來石煉成的，經(jīng)分析是隕石，為什么硬度高呢？從材料學(xué)的角度進(jìn)行分析，這塊石頭含的合金元素與普通鋼不同，最終學(xué)生得出了分析結(jié)果，可能隕石中鎢元素含量比較高，經(jīng)過冶煉后，其成分接近高速鋼，所以硬度高。這樣，通過學(xué)生感興趣的點(diǎn)，既學(xué)習(xí)了本課程的知識(shí)，又鍛煉了學(xué)生分析問題的能力，還加深了學(xué)生對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的理解，可謂“一舉三得”。

第二，合理利用多媒體?？茖W(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展為多媒體教學(xué)提供了良好的條件，由于圖文聲像并茂，能夠多角度調(diào)動(dòng)學(xué)生的情緒、注意力和興趣，多媒體教學(xué)已成為課堂教學(xué)的重要部分。講授該課程時(shí)可以利用多媒體播放鑄造合金熔煉、精煉及燒注過程，講解鑄造過程中可能涉及的冶金原理，使學(xué)生可以更好地將該課程的知識(shí)與自己的專業(yè)聯(lián)系起來。中國五千年的文明史也是冶金與鑄造技術(shù)的發(fā)展史，課堂教學(xué)過程中可以利用多媒體給學(xué)生展示各個(gè)歷史時(shí)期的典型鑄造產(chǎn)品及冶金技術(shù)，在博物館里可以找到這些素材，這些直觀的視覺沖擊可以引起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

2.2 理出課程教學(xué)主線

冶金原理課程知識(shí)信息量大，有限的課程學(xué)時(shí)無法講解其全部?jī)?nèi)容，理出教學(xué)主線顯得尤為重要。作者講解的主線為：冶金熱力學(xué)原理為基礎(chǔ)，氧勢(shì)圖為其載體。在設(shè)計(jì)的教學(xué)大綱中安排了大量的學(xué)時(shí)講解冶金熱力學(xué)的基本原理，因?yàn)檫@是后面章節(jié)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，熟練掌握了冶金熱力學(xué)原理，后面的章節(jié)學(xué)習(xí)就很容易，氧勢(shì)圖是冶金熱力學(xué)基本原理的一個(gè)具體應(yīng)用，最后三章內(nèi)容涉及化合物的形成分解、氧化物還原熔煉反應(yīng)及氧化熔煉反應(yīng)，均能以氧勢(shì)圖為載體進(jìn)行講解。通過理出課程教學(xué)主線，可以使學(xué)生清晰的了解課程的主要教學(xué)內(nèi)容，有助于學(xué)生更好的理解掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

2.3 課程相關(guān)的前沿研究方向介紹與科研成果展示

美國學(xué)生高中時(shí)代已開始科學(xué)研究，而中國學(xué)生大學(xué)四年級(jí)做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)才開始接觸科學(xué)研究，并非中國學(xué)生不喜歡科學(xué)試驗(yàn)，而是教育體系所限。目前，大學(xué)教師都從事科學(xué)研究，每名教師都有責(zé)任將與課程相關(guān)的前沿研究方向和最新科研成果介紹給學(xué)生。筆者在講課過程中，經(jīng)常插入一些與該部分課程內(nèi)容相關(guān)的新發(fā)表的成果。新的成果由于不成熟，有些成果甚至還有爭(zhēng)議，編制的教材上一般不會(huì)選用，將這成果介紹給學(xué)生，可以讓學(xué)生了解學(xué)科的前沿知識(shí)內(nèi)容，滿足學(xué)生獵奇心理，感興趣的點(diǎn)也許成為學(xué)生今后事業(yè)的努力方向。筆者從事難熔合金的粉末冶金研究，對(duì)每一屆學(xué)生都抽出時(shí)間專門介紹近年來本課題組在這方面的研究成果，自己研究的方向能夠講得比較深入、透徹，講授過程中不僅與學(xué)生分享成功的成果，也分享科研過程中失敗的經(jīng)歷。

3 結(jié)束語

冶金原理是鑄造專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，因教學(xué)學(xué)時(shí)所限，須對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行取舍，取舍的原則必須滿足鑄造專業(yè)學(xué)生對(duì)冶金學(xué)知識(shí)的要求。課堂教學(xué)須引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，作為專業(yè)課教師，講授該課程應(yīng)該理論聯(lián)系實(shí)際，從科學(xué)研究的角度探討課程的知識(shí)點(diǎn)可以激發(fā)出學(xué)生的好奇心，進(jìn)一步引起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，該教學(xué)方法也可嘗試用于其他專業(yè)課程的教學(xué)。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃希祜.鋼鐵冶金原理[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2005.

[2] 李洪桂.冶金原理[M].北京:科學(xué)出版社,2005.

[3] 傅崇說.有色冶金原理[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1992.

[4] 趙俊學(xué).冶金原理[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2002.

[5] 劉瑞玲,王軍,王會(huì)霞,梁志敏.金屬成型理論基礎(chǔ)課程建設(shè)與教學(xué)改革實(shí)踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2014,207(23):5-6.

[6] 黃良仙,劉俠,劉冰.近化學(xué)專業(yè)無機(jī)及分析化學(xué)課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2015,225(9):49-51.

[7] 張軍紅,魯藝,何冶軍.冶金工程專業(yè)卓越工程師創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].中國冶金教育,2015(3):30-32.

Exploration and Practice of Teaching Innovation in Principles of Metallurgy Course for Foundry

Xu Liujie1,2, Li Xiuqing1
1. Engineering Research Center of Tribology and Materials Protection, Ministry of Education, Henan University of Science and Technology, Luoyang, 471003, China
2. School of materials science and engineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang, 471003, China

Abstract:The principle of metallurgy is an important basic technical course for foundry major. In view of the features of the knowledge and characteristics of teaching, the course syllabus for principles of metallurgy was designed. The classroom teaching methods were discussed, which related to stimulating students' interests in studies, sorting out teaching main line, introducing frontier research field and displaying their scientific achievements.

Key words:foundry; principle of metallurgy; course syllabus; classroom teaching

收稿日期：2015-10-21

作者簡(jiǎn)介：徐流杰，博士，副教授。李秀青，博士，講師。

基金項(xiàng)目：河南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃重點(diǎn)課題(編號(hào)：2012-JKGHAB-0034)；河南省高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目(編號(hào)：2012SJGLX140)。