金屬材料與熱處理課的教學(xué)方法

楊國勇

摘 要：本文從激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣出發(fā)，以金屬材料的成分、性能和用途為學(xué)習(xí)主線，從碳元素分清碳鋼和鑄鐵及其性能、講解概念要通俗易懂、聯(lián)系實(shí)際教學(xué)、重視實(shí)踐教學(xué)等方面，探討如何上好金屬材料與熱處理這門中職學(xué)校機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：金屬材料與熱處理 教學(xué)方法 中職學(xué)校

金屬材料與熱處理課程是中職學(xué)校機(jī)械類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是研究金屬材料的成分、組織、熱處理與金屬材料性能間的關(guān)系和變化規(guī)律的學(xué)科，是每個(gè)機(jī)械類專業(yè)學(xué)生必學(xué)的一門課程。這門課，由于材料種類繁多，其性能又千變?nèi)f化，概念多、抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)有一定困難。下面筆者就這門課程談一些教學(xué)上的方法。

一、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

興趣是學(xué)習(xí)的動力、源泉。想要學(xué)生學(xué)好金屬材料與熱處理這門課，首先要激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。筆者是這樣做的：上這門課的第一次，帶上一把菜刀，上課時(shí)，舉起菜刀問學(xué)生們：“這是什么？”

學(xué)生們都說：“菜刀?！?/p>

“沒錯(cuò)，我們每位學(xué)生家里都有菜刀，但對菜刀有多少了解呢？菜刀是用什么材料制作的？”

有的學(xué)生說：“鋼?！?/p>

“沒錯(cuò)。是不是所有的鋼材都能制作菜刀？”這個(gè)就有學(xué)生不懂了，有的說是，有的說不是。“不是所有的鋼都能制作菜刀的，因?yàn)殇摰牟牧虾芏?，不同材料的鋼有不同的組織和成分，組織和成分不同，則其性能也不同，那么什么樣的材料才能制作菜刀呢？大家想知道嗎？”

“想?！睂W(xué)生們大聲地說。

“金屬材料與熱處理這門課就是介紹金屬材料的成分、組織及性能的，學(xué)習(xí)這門課后我們就能知道這些知識，也就知道什么樣的材料能制作菜刀了?！惫P者接著又說：“我們有時(shí)在菜市場上見到賣菜刀的商人，用菜刀砍鋼板，刀刃一點(diǎn)也沒有損壞，但是當(dāng)我們把菜刀買回家，用了一段時(shí)間后，刀刃就出現(xiàn)不鋒利、卷刃的現(xiàn)象?！?/p>

這時(shí)有一個(gè)學(xué)生說：“我家的菜刀就像老師說的一樣，剛開始很鋒利，用一段時(shí)間就不行了。”

筆者反問這個(gè)學(xué)生：“能不能告訴其他學(xué)生，這是為什么呢？”

學(xué)生說：“不懂?！?/p>

筆者說：“學(xué)習(xí)了這門課的熱處理知識就能了解其中的原因?！?/p>

“老師，您現(xiàn)在就告訴我們，好嗎？”學(xué)生很渴望了解這些知識。

但是，這時(shí)還不能告訴學(xué)生，要激發(fā)學(xué)生的好奇心及興趣，吊吊學(xué)生胃口，留下懸念，讓學(xué)生期待著聽下一回分解。在后面講課過程中，講解菜刀用了一段時(shí)間后硬度降低，出現(xiàn)刃口卷刃現(xiàn)象，是因?yàn)椴说对谑褂眠^程中，特別是砍骨頭及刃磨過程中發(fā)熱，菜刀刃口退火，硬度降低；還有，菜刀在使用過程中刃口表面被氧化和脫碳，造成刃口含碳量降低，則其硬度降低，于是就出現(xiàn)菜刀刃口不鋒利及卷刃現(xiàn)象。如果菜刀刃用得不久，硬度就降低，說明菜刀材料不好，因此，有一句話“好鋼用在刀刃上，好的鋼才能制作出好的刀具”。每當(dāng)講到這些，看到學(xué)生全神貫注的樣子，就知道學(xué)生在認(rèn)真聽課。可見，調(diào)動、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的重要性。

二、以金屬材料的成分、性能和用途為學(xué)習(xí)主線

金屬材料的學(xué)習(xí)，中職學(xué)校的學(xué)生對材料內(nèi)部組織只做一般了解，主要懂得各種常用材料的成分、性能和用途即可。在教學(xué)過程中，可以由材料成分的特性歸納出材料的性能及用途，學(xué)生容易理解及記憶。如鋼由鐵和碳元素組成，鐵和碳是其成分，碳成分特性是脆性大，如鉛筆和木炭中含碳量較多，較脆；鐵成分的特性是韌性較好。如果鋼中含碳量少，則其性能凸顯鐵的特性，韌性好；如果鋼中含碳量多，則凸顯碳的特性，硬度高而脆，韌性差。再如高速鋼，常用的牌號W18Cr4V，成分是鋼中加入W、Cr、V元素，W元素材料與日常生活中電燈泡上燈絲相同，燈絲叫鎢絲，鎢絲在高溫下不溶斷，因此，鎢具有高熱硬性。用學(xué)生生活中見過的事物舉例學(xué)生更容易理解。Cr元素在不銹鋼中含有，不銹鋼韌性較好，白白亮亮的不易生銹，就是因?yàn)楹秀t。高速鋼中含有Cr元素，也是白白亮亮的不易生銹，因此，在工廠有的師傅又把高速鋼稱為白鋼刀。釩元素能顯著提高鋼的硬度、耐磨性和熱硬性，并能細(xì)化晶粒。雖然釩的特性不便于在日常中的使用舉例，但是，從上述的例子也可以得出高速鋼的性能是：具有高熱硬性、高耐磨性，切削時(shí)能長期保持刃口的鋒利，故又稱鋒鋼，因此，其用途主要是制作刀具。講到此，筆者問學(xué)生：“高速鋼是做菜刀的好材料嗎？”大家說：“是?！?/p>

三、以碳元素分清碳鋼和鑄鐵及其性能

鋼鐵材料是以鐵和碳兩種元素為主要元素的合金，以碳元素可以分清碳鋼和鑄鐵及其性能。如含碳量大于0.0218%，小于2.11%，且不含有特意加入合金元素的鐵碳合金為碳素鋼；含碳量大于2.11%的鐵碳合金為鑄鐵。含量碳越高，硬度越大，塑性、韌性降低；鋼含碳量低，則其塑性、韌性較好，具有良好的力學(xué)性能；鑄鐵含碳量高，則其硬而脆，力學(xué)性能低，但具有良好的鑄造性能和切削加工性能。根據(jù)含碳量又把碳鋼分為：低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。根據(jù)含碳量可知其性能；低碳鋼強(qiáng)度、硬度較低，塑性、韌性及焊接性良好；中碳鋼具有較高的強(qiáng)度和硬度，塑性和韌性隨著含碳量增加而降低；高碳鋼具有較高的強(qiáng)度、硬度和彈性，但焊接性不好，切削性稍差，冷變形塑性差。

四、講解概念要通俗易懂

金屬材料與熱處理教材上涉及的術(shù)語多、概念多，而且抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)起來有一定難度。如“強(qiáng)度”，其定義是金屬在靜載荷作用下，抵抗塑性變形或斷裂的能力；“硬度”，其定義是材料抵抗局部變形特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。記得第一次上這門課時(shí)，只是從定義內(nèi)容上講授、解釋這兩個(gè)概念，之后筆者提問學(xué)生一個(gè)問題：“我手中的一支粉筆，兩手輕輕用力就把粉筆折斷了，是說粉筆的強(qiáng)度低？還是說粉筆的硬度低？”筆者一面說一面示范。有的學(xué)生說是強(qiáng)度，也有的說是硬度。的確，按照教材上定義內(nèi)容講授、解釋，學(xué)生較難理解。如果教師授課時(shí)采用通俗易懂的方法，學(xué)生才易于理解、區(qū)分這些概念。后來筆者把強(qiáng)度解釋為：材料塑性變形或斷裂的現(xiàn)象用“強(qiáng)度”來表示，如果材料較容易發(fā)生塑性變形或斷裂的，則其強(qiáng)度低，相反強(qiáng)度高。把硬度解釋為：材料局部變形，用壓痕或是劃痕的大小來區(qū)分。如果壓痕或劃痕大，則其硬度低，相反硬度高。還舉了這樣一個(gè)例子：一支粉筆、一根與粉筆直徑相似的木棒，分別折斷，粉筆比木棒容易折斷，則粉筆強(qiáng)度比木棒低；用一把尖鏨的自身重量壓在粉筆上出現(xiàn)一個(gè)較深的刀口壓痕，同樣把尖鏨的自身重量壓在木棒上出現(xiàn)一個(gè)不是很明顯的刀口壓痕，這說明木棒硬度比粉筆高。

對于“塑性”和“彈性”這兩個(gè)概念，筆者在講授時(shí)引入橡皮泥和彈簧的例子。材料可塑性大，則其塑性大，相反，塑性小。彈簧在外力作用下被拉長或被壓縮，當(dāng)把外力去除，彈簧又恢復(fù)原狀，這種現(xiàn)象就是彈性變形。如果外力相同，彈性變形越大，則彈性越好，反之，彈性越差。通過這樣講解，這些概念變得簡單易懂，學(xué)生很快就能區(qū)分、理解其內(nèi)容。

還有，鋼的淬火熱處理實(shí)驗(yàn)，把一塊金屬鋼加熱后放入水中冷卻，其硬度就提高了。學(xué)生感到很神奇，也不理解。筆者舉了一個(gè)例子：一堆小的石頭壘在一起和一堆大的石頭壘在一起，石頭之間誰的間隙最??？當(dāng)然是小的石頭。密度大的物質(zhì)，其硬度高，反之，其硬度低。筆者把熱處理后金屬內(nèi)部的小晶體，即晶粒比喻成石頭。金屬內(nèi)部晶粒小，則其密度大，硬度高；晶粒粗，則其密度小，硬度低。鋼淬火熱處理過程中，隨溫度、時(shí)間變化，晶粒不斷變大。因此，淬火鋼要得到高的硬度就要保證淬火后晶粒要細(xì)。但是，鋼太硬，則脆性大，其強(qiáng)度低。因此，加熱溫度時(shí)間不同、保溫時(shí)間不同及冷卻介質(zhì)不同，都會影響鋼內(nèi)部晶粒的大小。因此，鋼的淬火熱處理要根據(jù)其性能的需要采取相應(yīng)的熱處理工藝，即選擇適當(dāng)?shù)募訜釡囟?、保溫時(shí)間及冷卻介質(zhì)，才能獲得我們需要的硬度、強(qiáng)度性能。這樣講學(xué)生容易理解，知識的展開也有了深度和廣度。

五、聯(lián)系實(shí)際教學(xué)

金屬材料與熱處理是一門具有較強(qiáng)實(shí)踐性的課程，但是，教材內(nèi)容上聯(lián)系實(shí)際的較少，需要教師在教學(xué)過程中根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)法聯(lián)系相關(guān)的實(shí)物，特別是要聯(lián)系生產(chǎn)過程中所用工具、量具、刃具材料，使學(xué)生學(xué)習(xí)后以及今后實(shí)習(xí)或是工作中，既能說出本專業(yè)中常用的工量刃具材料牌號，又能說出其成分、性能及其用途。聯(lián)系日常生活中常見的鋼材，如建筑中用的低碳鋼、制作防盜網(wǎng)常用的不銹鋼和鋁合金進(jìn)行講解學(xué)生會更感興趣愛聽。除此之外，教師還可根據(jù)各專業(yè)使用的工量刃具，在這些的實(shí)物上貼上寫有名稱、牌號及性能的標(biāo)牌，讓學(xué)生記這些標(biāo)牌上的內(nèi)容，比僅僅只要求學(xué)生記書本上的內(nèi)容既能聯(lián)系實(shí)際，又便于學(xué)生記憶。通過這樣的教學(xué)，很多學(xué)生實(shí)習(xí)時(shí)，就能輕輕松松說出本專業(yè)常用的工量刃具的材料了。

六、重視實(shí)踐教學(xué)

金屬材料與熱處理這門課，雖然是理論課，但是筆者除重視講授專業(yè)理論知識外，還重視實(shí)踐教學(xué)。筆者要求學(xué)生除完成教材上實(shí)驗(yàn)如，鉗工專業(yè)的學(xué)生外，還要進(jìn)行鏨子的鍛造及淬火熱處理。由于進(jìn)行了多次淬火熱處理實(shí)踐，學(xué)生自然而然就能熟記淬火的整個(gè)工作過程：加熱—保溫—冷卻。學(xué)生做完同一種材料淬火時(shí)加熱溫度及保溫時(shí)間相同，但分別在鹽水、油、空氣中冷卻，發(fā)現(xiàn)其硬度各不相同的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了書上的知識。這時(shí)，學(xué)生對所學(xué)淬火熱處理知識又有了更進(jìn)一步的理解，記得更牢、深刻。對中職學(xué)生來說，很多學(xué)生課堂上不喜歡聽課，但上實(shí)踐課積極性很高，通過實(shí)踐教學(xué)也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

總之，教學(xué)方法很多，方法正確了，不僅學(xué)生愛聽課，而且教學(xué)效果顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]勞動和社會保障部教材辦公室.金屬材料與熱處理[M].北京.中國勞動和社會保障部出版社，2001.

（作者單位：廣西工業(yè)技師學(xué)院）