摘 要：在《金屬材料與熱處理》的教學中，疲勞的知識點是不好講、同時也是不好懂的一個教學難點。恰當?shù)剡M行教學設計，能夠極大限度引發(fā)學生的學習興趣、調(diào)動學生的學習積極性，收到很好的教學效果。

關鍵詞：金屬材料與熱處理 難點 疲勞 教學設計

中圖分類號：TG1 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）01（c）-0045-01

《金屬材料與熱處理》是一門專業(yè)性較強、理論抽象、概念較多的專業(yè)基礎課。故而，學生在學習起來會感到枯燥乏味，加之很多概念確實比較抽象，很多現(xiàn)象確實比較復雜，非常難于理解，教學難度比較大。特別是近年來，由于技工學校學生的生源基礎普遍較差，更有越來越多的學生來自農(nóng)村，他們對于機械加工行業(yè)、對于金屬材料缺乏基本的感性認知。如何在教學過程中引起學生的學習興趣、激發(fā)學生的求知欲、充分調(diào)動學生對本課程的學習積極性，是作為任課教師必須完成的首要任務。

筆者在多年的一線教學實踐中，發(fā)現(xiàn)對那些抽象、乏味、枯燥的難點，通過精心的教學設計，既能活躍課堂氣氛，又能引發(fā)學生的學習興趣，對難點容易理解。從而提高課堂教學質(zhì)量，收到很好的教學效果。下面就筆者在教學過程中，對金屬的疲勞這個難點的教學設計，做如下闡述。

1 關于疲勞現(xiàn)象以及疲勞的危害的講解

機械零件都是在不同的載荷作用下工作的，這些工作載荷有靜載荷、沖擊載荷和循環(huán)載荷，其中循環(huán)載荷的作用最為復雜。在循環(huán)載荷的作用下的機械零件占有相當大的比例，例如曲軸、齒輪、彈簧、各種軸承等。在工作過程上中，上述機械零件常常在它們的工作應力還低于屈服點或屈服強度，甚至于還沒有達到比例極限的情況下就會發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為金屬的疲勞。它的衡量指標是通過疲勞試驗得到的。

疲勞現(xiàn)象的工作載荷是循環(huán)載荷或稱交變載荷，在這種載荷作用下發(fā)生的斷裂破壞與零件在其它載荷作用下發(fā)生的破壞不同，不管是韌性材料還是脆性材料，疲勞破壞都是突然發(fā)生的，事先沒有任何明顯的塑性變形為征兆，故而有很大的隱蔽性和危險性。

2 對于學習疲勞現(xiàn)象時學生的反應及成因的思考

為什么會出現(xiàn)這種金屬的疲勞現(xiàn)象，學生普遍表示簡直不可思議，有的學生根本就是不相信，特別是那些又調(diào)皮又聰明的學生，他們甚至會在下面用出怪聲來表示自己的不屑。

對于學生的這種反應，其實這也是可以理解的事情。因為在講解金屬的力學性能部分的內(nèi)容中，學到了F——△L曲線。通過對曲線的分析，學生們已經(jīng)知道金屬在靜載荷作用下，隨著載荷的不斷增加會發(fā)生變形：彈性變形、再是塑性變形；然后發(fā)生屈服現(xiàn)象，此時的工作應力是屈服點；當載荷增加到一定數(shù)值，達到了材料斷裂前所能承受載荷的最大值，也就是工作應力達到了材料抗拉強度，材料才會發(fā)生斷裂破壞。然而發(fā)生疲勞破壞的材料的工作應力數(shù)值小于屈服點，也就是說還沒有達到抗拉強度，就發(fā)生斷裂破壞了，所以此時學生困惑多多。

3 如何解決疲勞現(xiàn)象的教學難題

對于疲勞現(xiàn)象，應當在通疲勞試驗來測定衡量疲勞的指標的?？墒俏覀兪菦]有條件進行試驗，連老師試驗讓學生們觀看都做不到，更談不上讓學生們自己動手通過試驗來直觀地學習；再加之學生們的知識理解還停留在F——△L曲線上，對于疲勞的學習確實很困難。

為了解決這個難題，我在講課過程中，首先，我向?qū)W生展示了我在備課時做的兩個課件，來說明疲勞現(xiàn)象的真實性和獲得衡量指標的方法。

第一個課件，展示一個真實的戰(zhàn)例——

在第二次世界大戰(zhàn)中，當時法西斯德國派出數(shù)量很多的轟炸機，對英國本土頻頻轟炸。英國皇家空軍也派出多駕裝備精良的戰(zhàn)機進行空中攔截，雙方勢均力敵戰(zhàn)況相當慘烈。然而，在不長的一段時間內(nèi)，意想不到的事情發(fā)生了：英國的戰(zhàn)機經(jīng)常會突然與監(jiān)測系統(tǒng)失去聯(lián)系，神秘失蹤后相繼墜落、機毀人亡。英國軍方對此展開嚴密調(diào)查，但對墜落戰(zhàn)機的檢查結果是：德國發(fā)明并使用了一種在當時世界上最先進的武器，這種武器具有遠程隱身性而且殺傷力極強。因為讓人難以置信的是：在戰(zhàn)機的殘骸上，沒有任何彈痕，也沒有任何被攻擊破壞的跡象。對此，甚至還有人說，是德國有能力操控外星人、用超地球人的力量在與英國作戰(zhàn)。一時重重迷霧、眾說紛紜，一片恐慌。面對這種情況，英國不得不進行大規(guī)模、多層次的深入調(diào)查和科學實驗，最后終于發(fā)現(xiàn)問題無一例外地出現(xiàn)在飛機的發(fā)動機上。這些事故飛機的發(fā)動機內(nèi)部零件所用材料都是同一批次，這些材料都發(fā)生了疲勞現(xiàn)象，工作應力遠遠小于抗拉強度，從而出現(xiàn)了程度不同的疲勞破壞。到這時迷霧散去，真相大白。

這個課件，雖然在制作上畫面有些笨拙粗糙，但完全可以還原二戰(zhàn)場景，這樣既抓住了學生的注意力——認定了現(xiàn)象的真實性，確實有這樣的事情；又引起了學生的求知欲——為什么會這樣呢？疲勞到底是怎么回事？

這時再適時地展示第二個課件。就是可以獲得衡量指標的疲勞試驗——課件從試樣的準備、試驗機的構造、試驗原理、試驗過程以及疲勞曲線的取得，全部過程都直觀、形象地展現(xiàn)出來，讓學生們能夠一目了然地看到了結果。

其次，在課件演示以后，課講到這里，還要用到實物和照片，來增加學生的興趣鞏固學習效果。

先拿出準備好的做疲勞試驗的試樣；再拿出發(fā)生了疲勞破壞的零件的實物——可以戲稱這就是英國皇家空軍的飛機殘?。辉儆闷跀嗫诘恼掌?；最后用疲勞斷裂宏觀斷口示意圖的掛圖。這樣實物、照片、掛圖相互參照，一步步講解疲勞策源地、擴展區(qū)等，再說明疲勞現(xiàn)象是與材料的表面狀態(tài)、組織結構、夾雜物分布、劃痕、尖角、顯微裂紋等這些材料表面和內(nèi)部缺陷有關。這些地方的局部應力大于屈服點，在循環(huán)載荷的反復作用下，產(chǎn)生疲勞裂紋，并隨循環(huán)次數(shù)的不斷增加，疲勞裂紋不斷擴散，使零件的有效承載面積不斷減少，最后達到某一臨界尺寸時，這一截面的工作應力是會大于抗拉強度的，這時就會突然斷裂。

通過這樣的教學設計，學生們非常信服，很容易就明白了，而且全神貫注、饒有興致地掌握了這一教學上的難點。

參考文獻

[1]吳恒藝.如何培養(yǎng)學生學習《金屬料與熱材處理》的興趣[J].科技信息，2010（5）：212-218.

[2]張建軍.《金屬材料與熱處理》課程教學方法探析[J].科教新報（教育科研），2010（19）.

[3]孟靈，沈鋒.淺談高職《模具材料與熱處理》課程教學[J].才智，2011（12）.