【摘 要】孔子說過：知之者，不如好之者，好之者，不如樂之者。興趣是學(xué)習(xí)動機中最活躍的成分，一旦激發(fā)出來就會使學(xué)生的求知欲望充分調(diào)動起來，提高起學(xué)生的主觀能動性，從而克服學(xué)習(xí)中的困難，學(xué)到知識，真正地做到好之、樂之。

【關(guān)鍵字】興趣 舉例子 寓教于樂 事半功倍

《金屬材料與熱處理》這門課是一門專業(yè)性強，與現(xiàn)實連接緊密的一門課，他內(nèi)容豐富，亮點多。我們要想學(xué)好這門課并不難，只需要我們與現(xiàn)實多聯(lián)系，多掛鉤，就可以了。也就是說，我們?nèi)绻嗯e例子來講授這門課，就可以寓教于樂，起到事半功倍的效果?？鬃诱f過：知之者，不如好之者，好之者，不如樂之者。興趣是學(xué)習(xí)動機中最活躍的成分，一旦激發(fā)出來就會使學(xué)生的求知欲望充分調(diào)動起來，提高起學(xué)生的主觀能動性，從而克服學(xué)習(xí)中的困難，學(xué)到知識，真正地做到好之、樂之。

例如，講到金屬的性能這一章的時候，我們可以舉學(xué)生身邊的生產(chǎn)、生活中的例子，你像“金項鏈?zhǔn)怯媒鹱又谱鞯摹?、“易拉罐是用鋁做的”、“車床的床身材料是鑄鐵的”、“電線是銅芯的”、“防護(hù)網(wǎng)是用不銹鋼制造的”、“香煙盒的內(nèi)包裝是錫紙的”等等這些活生生的與自己緊密聯(lián)系在一起的生活常識，會很容易激發(fā)起他們的學(xué)習(xí)興趣。

在講到金屬的力學(xué)性能時，我們可以先舉硬度的例子，小刀削鉛筆和刻畫玻璃，前者小刀比鉛筆硬，后者玻璃比小刀硬，說明硬和軟是相對的；醫(yī)生打針的針頭既不能太硬也不能太軟，針頭太硬會發(fā)脆容易折斷使病人痛苦，針頭太軟會卷口給病人帶來痛苦。然后我們再用下面這個例子，講一下金屬的力學(xué)性能。泰坦尼克號郵輪堪稱當(dāng)時世界上最大最豪華、設(shè)計最先進(jìn)的郵輪，但就是這艘被稱為“永不沉沒”的海上都城，在與冰山的一次沖撞后，產(chǎn)生了90多米的大裂紋，并在短短3個小時后就沉沒了。這是人類航海史上的一次悲劇，他的沉默也是近一百年來的未解之謎。后來，也就是二十世紀(jì)初，科學(xué)考察隊才開始到水下對殘骸進(jìn)行考察，并收集了殘骸的金屬碎片供科研用，這些碎片以及沉船在海底的狀況使人們終于解開了首航一千五百人喪生之謎。當(dāng)時，只知道用鐵造的船比木頭造的船要結(jié)實，卻沒考慮其韌性，才造成了這艘巨輪的沉沒，這些例子給學(xué)生們留下了深刻的印象。

關(guān)于金屬的疲勞現(xiàn)象，我們知道，許多機械零件，如軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等，都是在交變應(yīng)力作用下工作的。雖然工作應(yīng)力的最大值低于材料的屈服點，但經(jīng)過較長時間的工作也會發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為金屬的疲勞。我們可以舉這樣一個例子來提高同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣。在第二次世界大戰(zhàn)中，有這樣一個戰(zhàn)例，當(dāng)時法西斯德國派出轟炸機頻頻轟炸英國領(lǐng)土，英國皇家空軍駕駛戰(zhàn)機空中攔截，戰(zhàn)況慘烈。突然，在不長的一段時間內(nèi)，英國戰(zhàn)機相繼墜落，機毀人亡。英軍方對墜落飛機介入調(diào)查，最初的結(jié)論認(rèn)為，德國是否發(fā)明了什么新式武器，因為在墜落飛機的殘骸上，無任何的彈痕，從而引起一片恐慌。但隨著調(diào)查的深入，最終正確的結(jié)論是：這些墜落的戰(zhàn)機無一例外的是由于疲勞現(xiàn)象的發(fā)生而墜毀的。也就是說，飛機發(fā)動機內(nèi)的零件出現(xiàn)了疲勞斷裂。上課時在講到疲勞現(xiàn)象時，我們應(yīng)用這樣的例子學(xué)生們肯定會聽得津津有味，趣味橫生。

講到“過冷”現(xiàn)象時，我們可以知道金屬的實際結(jié)晶溫度總是低于理論結(jié)晶溫度，這是為什么呢？這是因為在實際生產(chǎn)中，液態(tài)金屬的冷卻速度不可能非常緩慢，總是在一定的冷卻介質(zhì)中以一定的速度進(jìn)行冷卻，如空氣、油、水中冷卻。因此實際發(fā)生結(jié)晶的恒溫溫度總要比理論結(jié)晶溫度低，這種現(xiàn)象稱為“過冷”現(xiàn)象。

在學(xué)習(xí)金屬的同素異構(gòu)現(xiàn)象時，我們可以舉這樣的例子。在常溫下，一些固態(tài)金屬在不同的溫度范圍里，具有不同的晶格。例如，鈦在882℃以下具有密排六方晶格，而在882℃以上直至熔化以前，它卻以體心立方晶格的形式存在，其他金屬像鐵、鈦、錳、錫、鈷等，它們都具有核心和相類似的性質(zhì)。例如熱脹冷縮的試驗，它并沒有那么簡單。首先取一根直徑為2mm左右，長約1-2米的鐵絲，兩端固定在支架上，通一電流，使之緩慢加熱，隨著電流的增加，我們發(fā)現(xiàn)，鐵絲受熱膨脹而逐漸下垂。當(dāng)加熱到鐵絲呈橙色（約910℃以上）時，鐵絲突然發(fā)生回升現(xiàn)象，表明此時鐵絲受到收縮。相反，鐵絲由高溫（約1000℃左右）逐漸冷卻時，達(dá)到某一溫度會有冷卻時的深長現(xiàn)象，為什么鐵絲受熱會有收縮現(xiàn)象，而遇冷又有伸長現(xiàn)象呢？這種現(xiàn)象說明了熱脹冷縮并不是無條件的。之所以出現(xiàn)了上述狀況，主要是因為金屬在溫度發(fā)生變化時，會發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，就是金屬元素不同條件下晶格之間的轉(zhuǎn)變。

關(guān)于晶格的畸變現(xiàn)象，我們可以這樣來講。我們將金屬原子的規(guī)則排列抽象化，引出晶格的概念。當(dāng)金屬原子那樣排列時，內(nèi)部原子的排列是非常整齊的，一點兒缺陷都沒有。但是像這樣理想的晶體，在自然界中幾乎是不存在的，實際使用的金屬材料中，由于加進(jìn)了其他種類的外來原子以及材料在冶煉后的凝固過程中受到各種因素的影響，使本來該有規(guī)律的原子堆積方式受到干擾，不象理想氣體那樣規(guī)則。晶體中出現(xiàn)的各種不規(guī)則的原子堆積現(xiàn)象稱為晶體缺陷，即實際晶體中原子排列得不完整性，常見的晶體缺陷有以下幾種，即：空位和間隙原子，置代原子，位錯晶界和亞晶界等。正是由于晶體中出現(xiàn)上述的結(jié)構(gòu)缺陷，因此會造成晶格發(fā)生畸變，難與金屬強度的提高聯(lián)系起來，例：班內(nèi)每個同學(xué)相當(dāng)于原子，整個班集體就好比我們所講述過的晶格，“空位”相當(dāng)于一個或幾個同學(xué)缺勤，“間隙”原子相當(dāng)于班內(nèi)的某位同學(xué)未按排列整齊的座位去坐，而胡亂地坐在了某個位置，“錯位”相當(dāng)于幾個同學(xué)位置錯排等等。這樣一來，這個班集體還能是一個平衡穩(wěn)定的集體嗎？是不是這個班集體出現(xiàn)了缺陷呢？同學(xué)們肯定異口同聲地說“是”。接下來的教學(xué)，我可以請兩位同學(xué)到黑板上做出我出的題目：一位同學(xué)畫出一個理想狀態(tài)下的體心立方晶格，一個畫出有“學(xué)生缺勤，亂坐座位”的體心立方晶格，兩位同學(xué)的表述完全正確。尤其是第二位同學(xué)畫得有缺陷的晶格七扭八歪的，真有趣。晶界、亞晶界的存在也會造成晶格畸變，這是由于實際金屬為多晶體，是由大量外型不規(guī)則的小晶體即晶粒組成的。

關(guān)于淬火熱處理工藝的例子更是引人入勝。在我國古代，公元前六世紀(jì)左右，鋼鐵兵器逐漸被采用，為了提高鋼的硬度，淬火工藝得到了迅速發(fā)展。以河北省易縣下都出土的兩把劍和一把戟為例，其顯微組織中都有馬氏體存在，說明是經(jīng)過淬火的。歷史故事相傳，三國時諸葛亮帶兵打仗，請當(dāng)時的著名工匠蒲元為他的軍隊制造了3000把鋼刀，蒲元運用了“清水淬其鋒”的熱處理工藝，使鋼刀削鐵如泥，從而打敗敵軍。從這些故事可知，淬火的主要目的是為了獲得馬氏體，提高鋼的強度和硬度。

與介質(zhì)有關(guān)的例子是這樣的。相傳對我國淬火技術(shù)發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)的是南北朝人綦母懷文的故事?！侗笔贰匪d：“懷文造宿鐵刀，其法，，燒生鐵精以重柔鋌，數(shù)宿則成剛。以柔鐵為刀背，欲以五牲之溺，淬以五牲之脂，斬甲過三十札。”五牲之脂是動物油，淬火應(yīng)力小，變形開裂傾向小，五牲之溺則含鹽水，冷卻能力強，淬硬層深，油水、鹽水淬火的冷卻速度，影響到了鋼件的質(zhì)量。如果工件表面的冷卻速度都大于材料的臨界冷卻速度，則工件的整個截面都能獲得馬氏體組織，即鋼被完全淬透，如中心部分的冷卻速度低于臨界冷卻速度，則表面得到馬氏體，心部獲得非馬氏體組織，工件未淬透。

講到有色金屬時，我們可以利用武器發(fā)展史上著名的“馬克沁”機槍的故事：以美國人馬克沁命名的機槍是世界上第一例自動連發(fā)武器，它的設(shè)計速度特別高，一分鐘可以發(fā)射出600發(fā)子彈。在第一次世界大戰(zhàn)中，德國軍隊配置了大量的馬克沁機槍，打敗了當(dāng)時的英法聯(lián)軍，從而一戰(zhàn)成名，但馬克沁機槍也被人稱為喝水的“機關(guān)槍”，為什么呢？原來，馬克沁機槍的射擊速度快，在長時間持續(xù)射擊后，槍管會由于高溫高壓氣體的沖擊而發(fā)生過熱現(xiàn)象，發(fā)紅、變軟、變形、強度下降，，射擊精度下降。為了持續(xù)射擊，必須冷卻槍管，在槍管外套一個水套，連上水箱，利用循環(huán)水為槍管降溫。這樣一來，也使得馬克沁機槍很笨重，只能在一個地方防御，機動性較差。在今天的戰(zhàn)爭中，現(xiàn)代武器則著重于不斷進(jìn)行槍管材料的改進(jìn)和研發(fā)。因此，有不少耐高溫、抗變形的材料被用于制造槍管，火炮等戰(zhàn)爭武器，這些金屬因此被陳為“戰(zhàn)略金屬”。

關(guān)于復(fù)合材料于陶瓷的例子如下。2003年10月16日6時23分“神舟”五號飛船順利返回、安全著路，圓滿完成了中華民族首次載人航天飛機的偉大壯舉。消息傳來無不令人歡欣鼓舞，而在同年2月1日卻發(fā)生了轟動全球的悲?。好绹案鐐惐葋啞碧柡教祜w機在返回地球時爆炸，失去了7名宇航員，釀成了轟動全球的航天事故。這是為什么？宇宙飛船和航天飛機他們的降落速度是非?？斓?，在濃密的大氣層中，速度極快的宇宙飛船和航天飛機的外壁由于與空氣激烈摩擦，要產(chǎn)生大量的熱，這就是所謂的“氣動加熱”。科學(xué)家決定發(fā)明設(shè)計一件奇妙的“避火衣”。“神舟”五號宇宙飛船返回艙外型為鐘形，外部是用耐高溫的材料制成。返回艙高2.5米，直徑邊為2.5m重量約3噸。宇宙飛船的“避火衣”是用“瞬時耐高溫材料”制成的，這是一種特殊纖維材料或多孔顆粒 加上有機物組成的，是一種低導(dǎo)熱復(fù)合材料，這一層材料不同部位的厚度是不同的，燃燒同時還形成了一層厚厚的多孔炭化物，僅僅附著在“返回艙”的外壁。宇宙飛船只用一次，航天飛機要在地球和太空往返75---100次，那么一次性自我犧牲式“避火衣”就不能適用了。宇宙飛船用的材料竟然是陶瓷，當(dāng)然與古老的陶瓷大不相同，它是新型復(fù)合高溫陶瓷，主要由耐高溫的碳化物、氮化物、氧化物（如碳化硅、氮化硼、氧化錳等）材料制成，經(jīng)過現(xiàn)代特殊工藝加工制成。

我們在以后的教學(xué)中如果應(yīng)用上這些實例，定會使課堂生動活潑，使同學(xué)們在不知不覺中得到知識，這種寓教于樂的教學(xué)方法，會使我們的教學(xué)生涯充滿了樂趣。

【參考文獻(xiàn)】

[1]羅會昌 《金屬工藝學(xué)》人們教育出版社

[2]李煒新《金屬材料與熱處理》機械工業(yè)出版社2005

[3]唐申、邱玉郎 中國古代金屬熱處理 試論退火、淬火、正火與回火[J]材料熱處理學(xué)報]2001

[4]張作友、張克難得一見的瑞士MG11馬克沁重機槍[J]輕兵器2005（18）