《金屬學(xué)與熱處理》多元化融合教學(xué)方法探索

潘堯坤，崔紅衛(wèi)，宮本奎，杜慶洋，馮 銳

(山東理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 材料工程系，山東 淄博 255000)

“互聯(lián)網(wǎng)+”給傳統(tǒng)的教學(xué)觀念帶來巨大沖擊的同時，也為教學(xué)觀念的更新和教學(xué)模式的創(chuàng)新提供了機遇?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)正逐步滲入到《金屬學(xué)與熱處理》課程教學(xué)的各個環(huán)節(jié)之中，教師利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進行網(wǎng)上教學(xué)資源發(fā)布、網(wǎng)上作業(yè)布置、網(wǎng)上答疑、網(wǎng)上師生互動等，教學(xué)不再是僅僅停留在課堂授課的層面上，“互聯(lián)網(wǎng)+”架設(shè)的橋梁拉近了師生間的距離，拓寬了學(xué)生的視野。但我們發(fā)現(xiàn)目前學(xué)生仍處于被動接受知識的狀態(tài)，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性仍未充分的調(diào)動起來等。多數(shù)學(xué)生沒有花費足夠的課下時間去自主學(xué)習(xí)，而是簡單的應(yīng)付了事，因此網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的資源共享遠遠沒有達到強化鞏固課堂所學(xué)知識并將理論知識應(yīng)用于實踐的目的。學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的應(yīng)用更多的是停留在只關(guān)注與考試相關(guān)的信息，以達到應(yīng)付最終考試的目的，因此，互聯(lián)網(wǎng)與教育的融合并未真正而充分的實現(xiàn)。

《金屬學(xué)與熱處理》作為材料科學(xué)與工程專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，涉及金屬材料的基礎(chǔ)理論與實踐應(yīng)用的知識，是實際生產(chǎn)工藝的理論指導(dǎo)，與實踐應(yīng)用緊密結(jié)合，同時具有較強的理論性和應(yīng)用性[1-2]。因此，如何在“互聯(lián)網(wǎng)+”的環(huán)境下突出課程中理論知識與實踐的結(jié)合，以生動鮮活的實例來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，讓學(xué)生尋根溯源去尋找課本中相關(guān)知識點的應(yīng)用實例是《金屬學(xué)與熱處理》多元化教學(xué)方法深度融合的方向。學(xué)生的求知欲和興趣一旦建立，自然而然就會充分利用好網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，從而進一步提高教學(xué)效果。

1 抓住學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

1.1 重開端，抓主線

對任意一門課程來說，第一堂課都尤為重要。第一堂課就要抓住學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生的求知欲。例如，通過諾貝獎獲得者研究過程中所涉及的與本課程相關(guān)的知識點入手，或者從未來最具潛力的幾種新材料(石墨烯、液態(tài)金屬、氣凝膠、超材料等)講起，或者結(jié)合教師本人的科研經(jīng)歷及發(fā)現(xiàn)，或者引入涉及金屬材料的重大新聞或歷史事件等，在引人入勝的同時，也讓學(xué)生明白該門課程的重要性。通過對應(yīng)用于不同領(lǐng)域的不同結(jié)構(gòu)的新材料圖片、視頻及實物的展示，讓學(xué)生討論其內(nèi)在規(guī)律，即材料科學(xué)與工程四要素(“結(jié)構(gòu)成分-合成加工-性質(zhì)-使用性能”)這一主線，指出材料內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)決定材料的性能這一規(guī)律[3]。因此，改變金屬材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，就可以改變其性能及應(yīng)用場合，而金屬材料成分和合成加工工藝是改變其組織結(jié)構(gòu)的必由之路。最終讓學(xué)生明白抓住了這四個要素，就抓住了材料科學(xué)與工程研究的本質(zhì)，也就抓住了未來可能困擾我們的所有材料問題的解決之道。

1.2 探究式學(xué)習(xí)

課程中許多知識點的建立都是發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象、提出模型、理論計算、實驗驗證、修改模型、重新計算并最終完善的過程。因此，在課堂講授過程中可以以案例重演的方式展開，進而漸進式啟發(fā)，激發(fā)學(xué)生的求知欲。例如，當(dāng)講到晶體缺陷中的位錯理論時，教師可以以常見金屬鐵的理論形變強度與實測強度的巨大差別引入，這是為什么？進而通過對剛體滑動模型改進，引出位錯的概念，讓學(xué)生思考并主動探索其中的奧妙。

1.3 理論聯(lián)系實際

理論聯(lián)系實際也是抓住學(xué)生興趣的重要手段，例如，在講鋼的熱處理原理與工藝時，可以讓學(xué)生做個小實驗，將一根細鋼絲截成兩段，放在酒精燈上同時加到赤紅色，然后分別放在空氣中和水中進行冷卻，冷卻后現(xiàn)場讓學(xué)生對這兩段鋼絲進行彎曲并對比其力學(xué)性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)放在水中冷卻的鋼絲硬而脆，很容易折斷，而在空氣中冷卻的鋼絲較軟且有較好的塑性，彎折多次都不會斷。這時，教師鼓勵學(xué)生大膽地提出問題，在提問中解惑。學(xué)生在彎折空氣中冷卻的鋼絲時，教師可以詢問學(xué)生有沒有發(fā)現(xiàn)，隨著彎曲次數(shù)的增加，發(fā)現(xiàn)越彎越費力。這是什么原因呢？進而引出了材料加工硬化現(xiàn)象。然后通過生活中的實例，進一步說明加工硬化在生活中的應(yīng)用，比如易拉罐和高壓氣瓶底部向上凹的原因，就是彎曲所產(chǎn)生的塑性變形會使材料產(chǎn)生加工硬化的現(xiàn)象，以防容器高壓脹裂危險的發(fā)生。

1.4 化抽象為形象

《金屬學(xué)與熱處理》概念及知識點繁多且抽象，而多媒體技術(shù)恰好可以化抽象為形象，將抽象的內(nèi)容采用圖文并茂的形式生動形象地描述出來。通過網(wǎng)絡(luò)視頻下載及發(fā)動學(xué)生制作一些手工模型或Flash動畫等，讓學(xué)生可以通過看視頻或直接動手制作動畫，進而更直觀地理解一些抽象的知識。例如，純金屬的結(jié)晶過程比較抽象，可以將晶核的形成與長大的過程制作成動畫，通過對此過程的動態(tài)展示，讓學(xué)生直觀、形象、清晰地了解整個結(jié)晶過程。在晶體缺陷中，位錯是一個十分抽象的概念，學(xué)生通過教材上的圖片和文字很難理解并掌握，可以讓學(xué)生通過課外學(xué)習(xí)簡單Flash動畫制作，將刃型、螺型位錯的滑移和攀移、F-R位錯源的增殖、位錯繞過第二相及位錯塞積形成裂紋等過程制成Flash動畫，也可以讓學(xué)生用鐵絲、乒乓球等物品手工制作晶體結(jié)構(gòu)及鐵碳相圖模型等，學(xué)生在這個過程中，會充分發(fā)揮自己的想象力和主觀能動性，加強同學(xué)間的交流和探討，增進對所學(xué)知識的理解程度，增強學(xué)習(xí)信心。

1.5 加強網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺互動

利用網(wǎng)絡(luò)平臺，可以將試題庫、案例庫、學(xué)習(xí)資料、微視頻、學(xué)生上課記錄、學(xué)生動畫作品等永久存檔，學(xué)生可以在課下預(yù)習(xí)新課內(nèi)容，并隨時對尚未掌握的知識進行再學(xué)習(xí)，還可以讓學(xué)生個人和小組在網(wǎng)絡(luò)平臺上共享學(xué)習(xí)資料和心得，達到實時交流互動的目的。試題庫、案例庫、微視頻等資料可以在教師和學(xué)生分工協(xié)作的基礎(chǔ)上逐步積累并建立完善。另一方面，“育人為體、互聯(lián)網(wǎng)為用”，不可因互聯(lián)網(wǎng)的過度使用而導(dǎo)致教師與學(xué)生之間缺乏必要的交流，在教育教學(xué)過程中，在加強網(wǎng)絡(luò)交流互動的同時，也不能忽略師生之間面對面的交流。

2 提高學(xué)生的動手能力

《金屬學(xué)與熱處理》課程是與實踐緊密結(jié)合的專業(yè)基礎(chǔ)課， 因此實踐教學(xué)在教學(xué)過程中是必不可少的重要環(huán)節(jié)[4]。實踐教學(xué)中開設(shè)基礎(chǔ)實驗與綜合性實驗，實驗圍繞“結(jié)構(gòu)成分-合成加工-性質(zhì)-使用性能”這條主線開設(shè)，進一步深化學(xué)生對基礎(chǔ)理論、基本知識的理解與掌握，達到綜合性專業(yè)技能訓(xùn)練目的，提高學(xué)生動手解決問題的能力。例如，從選材入手，讓學(xué)生選取擬制造零件(拖拉機傳動軸、活塞銷、銼刀、滾動軸承等)，選中一種零件后，學(xué)生通過查閱資料挑選材料，如學(xué)生計劃制造活塞銷，查資料后選用20#鋼，為滿足零件硬度要求，擬采用調(diào)質(zhì)工藝，使零件硬度達到要求，接下來，學(xué)生通過查表制定熱處理工藝，然后根據(jù)工藝路線開展熱處理試驗，熱處理后進行洛氏硬度測量試驗，然后再開展金相試樣制備及組織觀察試驗，通過硬度測試和組織觀察，表明材料牌號正確，選用熱處理工藝合適，達到設(shè)計要求。如果出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象，要進行分析并查明原因，通過綜合試驗，學(xué)生學(xué)會了鑒定材料牌號的方法，鞏固了根據(jù)材料成份，設(shè)計熱處理工藝，掌握了熱處理工藝方法，學(xué)會了使用硬度計測量材料性能的方法，通過制備金相試樣并觀察金相組織，掌握了材料選擇和熱處理工藝的選擇方法。進一步明確了材料成分、金相組織、熱處理工藝與力學(xué)性能之間的關(guān)系。學(xué)生實踐結(jié)果可以匯總建立常見機械零件熱處理工藝及失效分析案例庫，形成寶貴的實踐案例教學(xué)資源。

在實踐教學(xué)的改革中，還可以讓學(xué)生到實際生產(chǎn)中去學(xué)習(xí)，充分利用校內(nèi)校外資源加強實踐教學(xué)。例如，開放金屬材料專業(yè)實驗室，鼓勵學(xué)生走進實驗室，讓學(xué)生在實驗老師的指導(dǎo)下對自己感興趣的實驗進行動手操作。教師還可以在實驗課上舉辦金相大賽，為同學(xué)們搭建一個實踐平臺，加深同學(xué)們對本專業(yè)金相知識的理解及熱愛。此外，教師可以帶學(xué)生進入企業(yè)的不銹鋼盆等沖壓車間來觀察金屬材料的塑性成型過程，也可以帶學(xué)生進鋼鐵廠了解不同鋼材生產(chǎn)過程及熱處理工藝流程。

3 加強過程性考核

目前常規(guī)考試大多采用閉卷筆試，以期末考試卷面分?jǐn)?shù)來衡量學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。這就導(dǎo)致學(xué)生平時不努力，考前突擊，把精力都放在死記硬背上，這樣并不利于學(xué)生對知識的掌握。應(yīng)該注重對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的考查和能力的評價，建立促進學(xué)生實踐能力和綜合素質(zhì)提高的評價方式。為了達到培養(yǎng)目標(biāo)，可以對傳統(tǒng)的考試模式進行改革：平時出勤、上課表現(xiàn)及課下理論作業(yè)占總成績的30%；手工模型或Flash動畫、課題研討和實踐動手能力占總成績的30%；期末考試占總成績的40%。

4 結(jié)束語

總之，要提高《金屬學(xué)與熱處理》課程的教學(xué)效果，就必須要更新觀念，走教學(xué)創(chuàng)新之路，實現(xiàn)“課堂教學(xué)”與“在線教學(xué)”方法的多元化融合，化枯燥為生動、化抽象為形象，吸引學(xué)生眼球，抓住學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在興趣的驅(qū)動下從被動的接受知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥膶W(xué)習(xí)知識，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，拓寬學(xué)生的知識面，讓學(xué)生不斷提升自學(xué)能力，達到“潤物細無聲”的最佳教學(xué)效果。教學(xué)方法的探索是一個永恒的話題，需要不斷的摸索嘗試，不斷更新完善，不斷提高教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量。