摘 要：材料科學(xué)基礎(chǔ)是高等院校材料成型及控制工程專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課程，是學(xué)好專業(yè)課的平臺。本文針對材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)和孿生變形教學(xué)中出現(xiàn)的學(xué)習(xí)難點(diǎn)，教學(xué)中引入了波波球和磁力棒展示原子堆垛和質(zhì)點(diǎn)模型。學(xué)生對波波球的堆垛及質(zhì)點(diǎn)孿晶變形的擺放中，面心立方和密排六方結(jié)構(gòu)原子的堆垛方式和間隙以及孿晶變形前后的位向關(guān)系及孿生面和孿生方向。該方法加深了學(xué)生感性認(rèn)知，引起了學(xué)生興趣，提高了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)基礎(chǔ) 教學(xué)過程 教學(xué)研究 實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）04（b）-0062-01

材料科學(xué)基礎(chǔ)是一門講述金屬與合金的成分、結(jié)構(gòu)、組織與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系以及在各種條件下變化規(guī)律的課程，既有較強(qiáng)理論性，又要為后續(xù)各有關(guān)專業(yè)課打基礎(chǔ)[1]。隨著高等教育教學(xué)改革研究和實(shí)踐的不斷深入，各高等學(xué)校材料成型及控制工程專業(yè)材料科學(xué)基礎(chǔ)對教學(xué)方法和教學(xué)手段都在不斷探索和改革[2]。近年來，江蘇科技大學(xué)從拓寬教學(xué)內(nèi)容、更新知識體系、優(yōu)化教學(xué)方法、網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)、完善實(shí)踐教學(xué)等方面對材料基礎(chǔ)課程提出了建設(shè)需要。作為材料科學(xué)基礎(chǔ)的理論與實(shí)驗(yàn)課教師，我在思考如何利用學(xué)校教學(xué)改革的契機(jī)，針對材料科學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)中出現(xiàn)的問題探索新教學(xué)方法，達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的課程建設(shè)目標(biāo)。

1 材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

我校材料成型及控制工程專業(yè)的材料科學(xué)基礎(chǔ)主要面向鑄造和焊接方向的學(xué)生，課程是從原來的金屬學(xué)及熱處理課程拓寬而來，主要分為晶體學(xué)、結(jié)晶學(xué)、相變、塑性變形、擴(kuò)散、熱處理原理與工藝等部分。從幾年的教學(xué)和考試經(jīng)驗(yàn)來看，晶體結(jié)構(gòu)部分，我校學(xué)生對金屬的空間結(jié)構(gòu)較容易理解，但與空間結(jié)構(gòu)結(jié)合起來的堆垛方式和層間間隙學(xué)生的理解較為困難。后面幾個(gè)章節(jié)涉及晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)容最多的是晶體的塑性變形，在塑性變形的學(xué)習(xí)中，學(xué)生能夠很好的理解晶體的滑移過程中的變形面和變形方向。但對孿生變形，學(xué)生反映對書內(nèi)介紹的切變過程、切變區(qū)與未切變區(qū)的分界面、發(fā)生均勻切變的孿生面、孿生面切動(dòng)的孿生方向等內(nèi)容看不懂。特別難以理解的是孿生變形中均勻切變的晶面與孿生面的關(guān)系及變形區(qū)與未變形區(qū)的鏡面對稱關(guān)系。

2 課堂教學(xué)方法的創(chuàng)新

2.1 課堂設(shè)計(jì)

針對材料科學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)中出現(xiàn)的晶體結(jié)構(gòu)和孿生變形教學(xué)難點(diǎn)，在課堂上動(dòng)畫展示晶體結(jié)構(gòu)堆垛方式和孿晶變形的基礎(chǔ)上，探索讓學(xué)生操作模型的方式增強(qiáng)學(xué)生的感知，模型利用科研中研究原子之間位向關(guān)系的磁力棒（帶鋼球）和波波球組建。波波球用于展示晶體堆垛模型，磁力棒用于展示孿晶變形模型。堆垛模型為顏色不同的并分組粘牢的波波球，分為三個(gè)一組、六個(gè)一組、單個(gè)一組兩種。孿晶變形模型為用磁力棒及鋼球排列出的面心立方{110}面的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，變形區(qū)用不同顏色的磁力棒以區(qū)別于變形區(qū)。

2.2 課堂教學(xué)實(shí)踐

講述晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，首先動(dòng)畫演示堆垛方式，面心立方與密排六方的密排{111}與（0001）原子排列情況完全相同，由（0001）面沿[001]方向按ABAB……順序堆垛即為密排六方結(jié)構(gòu)。以（111）面逐層堆垛按ABCABC……順序堆垛的即為面心立方結(jié)構(gòu)。

之后嘗試讓同學(xué)們自己堆垛出兩種空間結(jié)構(gòu)。將已用膠水粘牢按顏色分組的波波球模型發(fā)給學(xué)生，每組學(xué)生發(fā)放六個(gè)一組的模型三個(gè)，三個(gè)一組的模型兩個(gè)，三個(gè)一組的兩個(gè)。要求學(xué)生根據(jù)動(dòng)畫按ABCABC順序堆垛出面心立方模型，按ABAB順序堆垛出密排六方模型。之后再讓同學(xué)們用現(xiàn)有的波波球自己堆垛出一個(gè)面心立方和密排六方晶胞。對堆垛理解不深，開始時(shí)擺不好學(xué)生在堆垛成功后，反映完全理解了堆垛的方式。

在堆垛好面心立方晶胞后，讓同學(xué)觀察球與球之間的間隙。然后給學(xué)生講述實(shí)際金屬中這些間隙的重要性，其數(shù)量、大小及位置對了解材料的相結(jié)構(gòu)、擴(kuò)散、相變等問題都很重要。

在講述孿生變形時(shí)，首先將孿生變形前后的兩個(gè)晶格模型展示給學(xué)生。介紹鋼球代表原子的中心，磁力棒代表晶格中連接陣點(diǎn)的直線。每組同學(xué)發(fā)放一個(gè)用磁力棒和鋼球排列好的正面為面心立方{110}面的晶格，告訴學(xué)生{110}面不是孿生面，而是發(fā)生變形的晶面，而變形的晶面上用不同顏色的磁力棒展示的為孿生變形區(qū)。通過觀察立體的變形區(qū)，學(xué)生很快找到了變形區(qū)和未變形區(qū)的界面孿生面。并且根據(jù)孿生面，指出了孿生方向。之后讓學(xué)生自己嘗試孿生變形操作，孿生變形過程較為復(fù)雜，但通過指導(dǎo)，大部分學(xué)生完成了對變形區(qū)的變形。

2.3 教學(xué)總結(jié)

通過形象直觀的模型引出教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)方法優(yōu)化加深學(xué)生的印象，促進(jìn)了學(xué)生對晶體結(jié)構(gòu)和孿生變形的理解。大部分學(xué)生反映五顏六色的波波球堆垛模型很吸引他們的興趣，他們反映對模型排列的實(shí)踐像是在做游戲，同時(shí)，讓他們更好的理解了晶體的空間結(jié)構(gòu)。對于孿生變形，作業(yè)和測驗(yàn)情況顯示學(xué)生對孿晶變形特征的表述方法更多了，不再是單純的書本上的表述，而過去測驗(yàn)中大部分學(xué)生難以找到變形區(qū)與未變區(qū)鏡面對稱的兩部分晶體，大部分學(xué)生在測驗(yàn)中找到了，說明大部分學(xué)生真正理解了孿生變形的特點(diǎn)，教學(xué)效果提高了。

3 結(jié)語

本文根據(jù)材料科學(xué)基礎(chǔ)晶體結(jié)構(gòu)及孿晶教學(xué)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行的教學(xué)改革，可以提高學(xué)生材料科學(xué)基礎(chǔ)相關(guān)知識的理解水平，達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 周細(xì)應(yīng)，李培耀，童建華.《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)改革的實(shí)踐探討[J].上海工程技術(shù)大學(xué)教育研究，2005，2：1-3.

[2] 解念索.材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，23（5）：119-120.