張金梅

摘 要：金屬材料與熱處理是一門專業(yè)性強(qiáng)、概念理論多的專業(yè)基礎(chǔ)課程，傳統(tǒng)教學(xué)方法導(dǎo)致教師難教、學(xué)生難學(xué)。本文提出，應(yīng)對(duì)其教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行一體化改革，用情境教學(xué)法增加教學(xué)的趣味性、直觀性和實(shí)踐性，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高課堂教學(xué)效果。同時(shí)提出以過程性評(píng)價(jià)來代替學(xué)習(xí)結(jié)果的學(xué)業(yè)成績?cè)u(píng)價(jià)思路。

關(guān)鍵詞：金屬材料與熱處理 情境教學(xué)法 一體化 過程性評(píng)

一、背景

金屬材料與熱處理是技工院校機(jī)械類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)性強(qiáng)、概念理論多的專業(yè)基礎(chǔ)課程。課程涉及的理論多，與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系少，很多材料的力學(xué)性能各具特色，沒有規(guī)律，需要強(qiáng)記。教師感到難教，學(xué)生學(xué)不進(jìn)去。但這門課又主要講授金屬材料的成分、組織、熱處理與金屬材料性能之間關(guān)系及變化規(guī)律，是在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造過程中有關(guān)金屬材料選擇與應(yīng)用必備的基礎(chǔ)課程。因此必須對(duì)其進(jìn)行一體化改革，將該課程的教學(xué)與現(xiàn)實(shí)生活、實(shí)驗(yàn)課程、專業(yè)課程緊密聯(lián)系，增加教學(xué)的趣味性、直觀性和實(shí)踐性。

二、實(shí)施情景教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力

情境學(xué)習(xí)理論是作為提供有意義學(xué)習(xí)并促進(jìn)知識(shí)向真實(shí)生活情境轉(zhuǎn)化的重要學(xué)習(xí)理論，對(duì)教師重新認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)、反思傳統(tǒng)教學(xué)具有革命性的影響。金屬材料及熱處理課程的傳統(tǒng)教學(xué)多按照教材章節(jié)順序講授為主，輔以少量實(shí)驗(yàn)課程，而這種教學(xué)方法存在一定的局限性。通過案例教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、項(xiàng)目整合及多媒體現(xiàn)代教學(xué)手段的有效結(jié)合，創(chuàng)造現(xiàn)代教學(xué)所倡導(dǎo)的情景教學(xué)教育，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，可以強(qiáng)化教學(xué)效果。

1.提煉案例，有效植入知識(shí)要點(diǎn)

在每個(gè)教學(xué)章節(jié)中，應(yīng)收集提煉一個(gè)案例。在整理案例時(shí)，教師要注意到該章節(jié)重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)的涵蓋以及知識(shí)的擴(kuò)展，以現(xiàn)實(shí)生活及生產(chǎn)實(shí)例的現(xiàn)象作為切入點(diǎn)，以重點(diǎn)知識(shí)為主線，設(shè)計(jì)問題，引導(dǎo)學(xué)生思考、查閱、理解并記憶需掌握的名稱、性能及工藝，使金屬材料與熱處理課程成為充滿師生互動(dòng)，學(xué)生互動(dòng)的趣味課堂。

（1）案例引入。在講授金屬材料的性能時(shí)，學(xué)生往往不能理解機(jī)械零部件的損壞現(xiàn)象與金屬的力學(xué)性能之間的關(guān)系。這時(shí)教師要在教學(xué)中將機(jī)械零件常見的變形、斷裂與磨損三種損壞形式與現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)例結(jié)合起來，實(shí)施案例教學(xué)。

【案例】1月21日，華電長沙電廠所轄沙坪變電站500千伏線路因連續(xù)冰凍覆冰嚴(yán)重，導(dǎo)致該線路跳閘停運(yùn)，強(qiáng)送不成功。26日，送電三分公司組織對(duì)該線路進(jìn)行人工除冰。當(dāng)時(shí)，鐵塔上絕緣子串及導(dǎo)地線覆冰厚度大大超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，鐵塔不堪重負(fù)發(fā)生倒塌，導(dǎo)致三名搶修作業(yè)人員死亡。我們從專業(yè)角度思考以下兩個(gè)問題：為什么電力工人要在暴風(fēng)雪中為高壓線鐵塔除冰？為什么鐵塔會(huì)斷裂倒塌？

（2）案例分析。通過引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這兩個(gè)問題的深入探討，引出有關(guān)“靜載荷”“金屬的變形”以及“強(qiáng)度”的概念：“強(qiáng)度”是金屬在靜載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力。在此事件中，電力工人在暴風(fēng)雪中為高壓線鐵塔除冰，是為了減輕鐵塔的載荷;由于冰塊使鐵塔的靜載荷大幅度增加，超過了強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致了鐵塔的斷裂和悲劇的發(fā)生。

2.任務(wù)驅(qū)動(dòng)，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)求知

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，是基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的教學(xué)方法，它是指在教學(xué)過程中通過具體任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生在完成任務(wù)的過程中主動(dòng)建構(gòu)屬于自己的知識(shí)和技能。在金屬材料及熱處理課程教學(xué)中，以“講清概念、強(qiáng)化應(yīng)用”為重點(diǎn)，在學(xué)生掌握基本理論、方法和技能的基礎(chǔ)上，應(yīng)通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)分析問題、解決問題的能力，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的每一個(gè)分散的內(nèi)容融會(huì)貫通，應(yīng)用到解決實(shí)際問題，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)求知。

（1）任務(wù)引入。教師在講解熱處理的基本方法時(shí)，從問題引導(dǎo)著手，讓學(xué)生思考：像銼刀、銑刀這一類的切削工具，自身必須具有很高的硬度，它們又是如何被加工的？從而引出預(yù)備熱處理的工藝概念。教師在完成退火、正火等熱處理工藝的基本知識(shí)講授后，應(yīng)采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，讓學(xué)生解決前面的問題思考所留下的疑惑。

【任務(wù)】制造銼刀、銑刀等刀具的材料，通常選用的都是高含碳量的碳素工具鋼和合金工具鋼（銼刀：T12;銑刀：W18Cr4V），其硬度高，切削性能差。為使材料具有良好的切削加工性能并為最終熱處理做好準(zhǔn)備，在進(jìn)行切削加工前，請(qǐng)學(xué)生思考其應(yīng)選用的預(yù)備熱處理工藝。

（2）任務(wù)實(shí)施。學(xué)生帶著所給的任務(wù)，首先分析銼刀、銑刀所選用的T12、W18Cr4V是高含碳量的碳素工具鋼和合金工具鋼，正火后硬度過高，較難進(jìn)行切削加工;不能像低碳鋼和中碳鋼通常所采用正火代替退火，來提高生產(chǎn)效率，降低能耗。然后分析鋼中是否存在網(wǎng)狀滲碳體組織，若是就要先對(duì)其進(jìn)行正火，以消除鋼中的網(wǎng)狀滲碳體組織，最后再進(jìn)行球化退火;否則可以直接進(jìn)行球化退火。通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”法將退火、正火的定義、組織特點(diǎn)及目的、應(yīng)用的場(chǎng)合等枯燥的知識(shí)點(diǎn)與真實(shí)工作任務(wù)聯(lián)系在一起，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、協(xié)作能力和應(yīng)用知識(shí)解決問題的能力。

3.學(xué)用合一，拓展知識(shí)的融合度

在課程改革中，應(yīng)突出課程實(shí)用性與知識(shí)的融合度，實(shí)現(xiàn)一體化整合。對(duì)鐵碳合金及其組織這部分知識(shí)只要求有個(gè)基本的了解，重點(diǎn)放在機(jī)械零件材料選用上，并以此為切入點(diǎn)，使學(xué)生在掌握材料選用所考慮的使用要求、工藝要求和經(jīng)濟(jì)性要求三個(gè)原則的同時(shí)，熟知熱處理工藝在整個(gè)工藝要求中所處的地位及其重要性。

（1）項(xiàng)目整合。即選取典型零件，把典型零件的工作條件、技術(shù)要求與材料選擇、加工工藝、熱處理工序的作用分析整合起來，達(dá)到材料選擇、機(jī)械加工與熱處理知識(shí)的融合。

【項(xiàng)目】分析汽車變速齒輪與汽車傳動(dòng)齒輪的工作條件，通過調(diào)研、查找資料，合理選擇所需材料，確定熱處理技術(shù)條件和加工工藝，列表對(duì)其中的熱處理工序的作用進(jìn)行分析。

（2）項(xiàng)目實(shí)施。學(xué)生在分析汽車變速齒輪與汽車傳達(dá)齒輪的工作條件時(shí)，可以了解到，兩者的工作條件雖然相似，但汽車傳動(dòng)齒輪的光軸部分要與座體上的軸承相配合，花鍵軸和齒輪要承受更大的載荷。所以在材料的選擇上，汽車變速齒輪屬于典型的要求力學(xué)性能“外硬內(nèi)韌”的零件，要選用淬透性好、晶粒不易長大的合金滲碳鋼20CrMnTi的鍛件毛坯;汽車傳達(dá)齒輪要用淬透性、綜合性能好的合金調(diào)質(zhì)鋼40Cr的鍛件毛坯。同時(shí)學(xué)生會(huì)根據(jù)熱處理技術(shù)條件選擇正確的加工工藝線路及熱處理工藝。

（3）能力提升。通過學(xué)用合一，使學(xué)生可以獲得有關(guān)工程材料的基本理論和基本知識(shí)，初步掌握零件設(shè)計(jì)時(shí)的合理選材、用材，正確運(yùn)用熱處理技術(shù)、妥善安排加工工藝路線及材料檢測(cè)，具有初步分析和解決實(shí)際工程問題的能力。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，教師要善于利用已學(xué)過的知識(shí)來引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)和新技能，使新舊知識(shí)相互滲透形成整體，讓學(xué)生在愉快的氣氛中既掌握了知識(shí)，又發(fā)展了解決問題的能力。

4.多媒體教學(xué)，豐富教學(xué)內(nèi)容展示

多媒體教學(xué)具有容量大、直觀、容易接受的特點(diǎn)。教師可以把課程內(nèi)容制作成圖文并茂的課件，提高教學(xué)效果。例如在講授“純金屬的結(jié)晶、拉伸變形、疲勞破壞、塑性變形的過程”內(nèi)容時(shí)，可預(yù)先把校企合作企業(yè)這方面的實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)過程拍攝下來，制作成課件，教學(xué)時(shí)能生動(dòng)、清晰、直觀地進(jìn)行展示，從而提高教學(xué)效果。

三、強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力

實(shí)驗(yàn)課程是金屬材料及熱處理教學(xué)有效且重要的組成部分。通過實(shí)驗(yàn)，可以使學(xué)生在加深對(duì)金屬學(xué)基礎(chǔ)理論及熱處理原理和工藝的理論學(xué)習(xí)、理解和掌握的同時(shí)，增加對(duì)熱處理工序與工藝的感性認(rèn)識(shí)，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦能力的全面提升。

1.加大投入，創(chuàng)造必備條件

目前，有一定數(shù)量的學(xué)校對(duì)熱處理實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)不足，僅開設(shè)硬度測(cè)試、觀察鐵碳合金的平衡組織等簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，而拉伸實(shí)驗(yàn)、熱處理實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)因?qū)嶒?yàn)設(shè)備等條件限制開設(shè)得不多，影響了基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)以致用的過程鞏固和動(dòng)手能力的提高。學(xué)校應(yīng)當(dāng)加大實(shí)驗(yàn)設(shè)施的投入和配備，在現(xiàn)有常用硬度計(jì)、金相顯微鏡、預(yù)磨機(jī)等實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，有條件的可以增加靜拉伸實(shí)驗(yàn)儀、箱式電阻爐等熱處理設(shè)備，為綜合性實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。要加強(qiáng)對(duì)教學(xué)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)，保持良好運(yùn)行狀態(tài)，防止在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)安全隱患。

2.理實(shí)一體，創(chuàng)新方法內(nèi)容

熱處理專題實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大多是取材于課程中重要知識(shí)點(diǎn)或反映某一工程實(shí)踐問題。教師在教學(xué)組織上要增加理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的結(jié)合度，因材施教，進(jìn)一步完善、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)步驟或方法，針對(duì)學(xué)生興趣點(diǎn)設(shè)計(jì)和整合實(shí)驗(yàn)，在掌握基本實(shí)驗(yàn)步驟的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，自己分組實(shí)施，實(shí)現(xiàn)理論課和實(shí)驗(yàn)課一體化。如：在教師的引導(dǎo)下，在已完成20、45、T8、T12鋼式樣的常規(guī)熱處理實(shí)驗(yàn)并測(cè)試硬度后，可以由學(xué)生自己針對(duì)45鋼嘗試采用不同的工件擺放方式、冷卻介質(zhì)、加熱溫度及保溫時(shí)間，確定不同實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。通過不斷地摸索，使學(xué)生能夠?qū)Σ煌牧希ㄌ间摗㈣T鐵、合金鋼）進(jìn)行熱處理并能對(duì)金相組織分析;同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，能利用所學(xué)知識(shí)及查閱資料，及時(shí)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，從而加深學(xué)生對(duì)知識(shí)理解和動(dòng)手能力提高，達(dá)到課程目標(biāo)。

四、小結(jié)

通過采用案例教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、項(xiàng)目整合等情境教學(xué)法，利用多媒體教學(xué)手段，實(shí)現(xiàn)理實(shí)一體，使金屬材料及熱處理課程改革得到進(jìn)一步的完善，激發(fā)了學(xué)生的情境思維能力，讓學(xué)生主動(dòng)參與到教與學(xué)的認(rèn)知活動(dòng)中，達(dá)到學(xué)與用的統(tǒng)一。案例的收集整理、任務(wù)和項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的整合是課程改革的關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)教師的知識(shí)面、課堂組織、教學(xué)手段及教學(xué)能力提出了更高要求。同時(shí)必須改革課程的傳統(tǒng)考核評(píng)價(jià)方式，以過程性評(píng)價(jià)來代替學(xué)習(xí)結(jié)果的學(xué)業(yè)成績?cè)u(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)與技能、過程與方法、情感與價(jià)值觀的全面發(fā)展，這需要學(xué)校管理層做好頂層設(shè)計(jì)，以點(diǎn)帶面，整體推動(dòng)全校的教學(xué)改革和評(píng)價(jià)方式。

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（作者單位：南京技師學(xué)院）