金属材料与热处理课的教学方法
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摘 要：本文从激发学生学习兴趣出发，以金属材料的成分、性能和用途为学習主线，从碳元素分清碳钢和铸铁及其性能、讲解概念要通俗易懂、联系实际教学、重视实践教学等方面，探讨如何上好金属材料与热处理这门中职学校机械类专业基础课的教学方法。
关键词：金属材料与热处理 教学方法 中职学校
金属材料与热处理课程是中职学校机械类专业的一门专业基础课，是研究金属材料的成分、组织、热处理与金属材料性能间的关系和变化规律的学科，是每个机械类专业学生必学的一门课程。这门课，由于材料种类繁多，其性能又千变万化，概念多、抽象，学生学习有一定困难。下面笔者就这门课程谈一些教学上的方法。
一、激发学生学习兴趣
兴趣是学习的动力、源泉。想要学生学好金属材料与热处理这门课，首先要激发学生学习兴趣。笔者是这样做的：上这门课的第一次，带上一把菜刀，上课时，举起菜刀问学生们：＂这是什么？＂
学生们都说：＂菜刀。＂
＂没错，我们每位学生家里都有菜刀，但对菜刀有多少了解呢？菜刀是用什么材料制作的？＂
有的学生说：＂钢。＂
＂没错。是不是所有的钢材都能制作菜刀？＂这个就有学生不懂了，有的说是，有的说不是。＂不是所有的钢都能制作菜刀的，因为钢的材料很多，不同材料的钢有不同的组织和成分，组织和成分不同，则其性能也不同，那么什么样的材料才能制作菜刀呢？大家想知道吗？＂
＂想。＂学生们大声地说。
＂金属材料与热处理这门课就是介绍金属材料的成分、组织及性能的，学习这门课后我们就能知道这些知识，也就知道什么样的材料能制作菜刀了。＂笔者接着又说：＂我们有时在菜市场上见到卖菜刀的商人，用菜刀砍钢板，刀刃一点也没有损坏，但是当我们把菜刀买回家，用了一段时间后，刀刃就出现不锋利、卷刃的现象。＂
这时有一个学生说：＂我家的菜刀就像老师说的一样，刚开始很锋利，用一段时间就不行了。＂
笔者反问这个学生：＂能不能告诉其他学生，这是为什么呢？＂
学生说：＂不懂。＂
笔者说：＂学习了这门课的热处理知识就能了解其中的原因。＂
＂老师，您现在就告诉我们，好吗？＂学生很渴望了解这些知识。
但是，这时还不能告诉学生，要激发学生的好奇心及兴趣，吊吊学生胃口，留下悬念，让学生期待着听下一回分解。在后面讲课过程中，讲解菜刀用了一段时间后硬度降低，出现刃口卷刃现象，是因为菜刀在使用过程中，特别是砍骨头及刃磨过程中发热，菜刀刃口退火，硬度降低；还有，菜刀在使用过程中刃口表面被氧化和脱碳，造成刃口含碳量降低，则其硬度降低，于是就出现菜刀刃口不锋利及卷刃现象。如果菜刀刃用得不久，硬度就降低，说明菜刀材料不好，因此，有一句话＂好钢用在刀刃上，好的钢才能制作出好的刀具＂。每当讲到这些，看到学生全神贯注的样子，就知道学生在认真听课。可见，调动、激发学生学习兴趣的重要性。
二、以金属材料的成分、性能和用途为学习主线
金属材料的学习，中职学校的学生对材料内部组织只做一般了解，主要懂得各种常用材料的成分、性能和用途即可。在教学过程中，可以由材料成分的特性归纳出材料的性能及用途，学生容易理解及记忆。如钢由铁和碳元素组成，铁和碳是其成分，碳成分特性是脆性大，如铅笔和木炭中含碳量较多，较脆；铁成分的特性是韧性较好。如果钢中含碳量少，则其性能凸显铁的特性，韧性好；如果钢中含碳量多，则凸显碳的特性，硬度高而脆，韧性差。再如高速钢，常用的牌号W18Cr4V，成分是钢中加入W、Cr、V元素，W元素材料与日常生活中电灯泡上灯丝相同，灯丝叫钨丝，钨丝在高温下不溶断，因此，钨具有高热硬性。用学生生活中见过的事物举例学生更容易理解。Cr元素在不锈钢中含有，不锈钢韧性较好，白白亮亮的不易生锈，就是因为含有铬。高速钢中含有Cr元素，也是白白亮亮的不易生锈，因此，在工厂有的师傅又把高速钢称为白钢刀。钒元素能显著提高钢的硬度、耐磨性和热硬性，并能细化晶粒。虽然钒的特性不便于在日常中的使用举例，但是，从上述的例子也可以得出高速钢的性能是：具有高热硬性、高耐磨性，切削时能长期保持刃口的锋利，故又称锋钢，因此，其用途主要是制作刀具。讲到此，笔者问学生：＂高速钢是做菜刀的好材料吗？＂大家说：＂是。＂
三、以碳元素分清碳钢和铸铁及其性能
钢铁材料是以铁和碳两种元素为主要元素的合金，以碳元素可以分清碳钢和铸铁及其性能。如含碳量大于0.0218%，小于2.11%，且不含有特意加入合金元素的铁碳合金为碳素钢；含碳量大于2.11%的铁碳合金为铸铁。含量碳越高，硬度越大，塑性、韧性降低；钢含碳量低，则其塑性、韧性较好，具有良好的力学性能；铸铁含碳量高，则其硬而脆，力学性能低，但具有良好的铸造性能和切削加工性能。根据含碳量又把碳钢分为：低碳钢、中碳钢和高碳钢。根据含碳量可知其性能；低碳钢强度、硬度较低，塑性、韧性及焊接性良好；中碳钢具有较高的强度和硬度，塑性和韧性随着含碳量增加而降低；高碳钢具有较高的强度、硬度和弹性，但焊接性不好，切削性稍差，冷变形塑性差。
四、讲解概念要通俗易懂
金属材料与热处理教材上涉及的术语多、概念多，而且抽象，学生学习起来有一定难度。如＂强度＂，其定义是金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力；＂硬度＂，其定义是材料抵抗局部变形特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。记得第一次上这门课时，只是从定义内容上讲授、解释这两个概念，之后笔者提问学生一个问题：＂我手中的一支粉笔，两手轻轻用力就把粉笔折断了，是说粉笔的强度低？还是说粉笔的硬度低？＂笔者一面说一面示范。有的学生说是强度，也有的说是硬度。的确，按照教材上定义内容讲授、解释，学生较难理解。如果教师授课时采用通俗易懂的方法，学生才易于理解、区分这些概念。后来笔者把强度解释为：材料塑性变形或断裂的现象用＂强度＂来表示，如果材料较容易发生塑性变形或断裂的，则其强度低，相反强度高。把硬度解释为：材料局部变形，用压痕或是划痕的大小来区分。如果压痕或划痕大，则其硬度低，相反硬度高。还举了这样一个例子：一支粉笔、一根与粉笔直径相似的木棒，分别折断，粉笔比木棒容易折断，则粉笔强度比木棒低；用一把尖錾的自身重量压在粉笔上出现一个较深的刀口压痕，同样把尖錾的自身重量压在木棒上出现一个不是很明显的刀口压痕，这说明木棒硬度比粉笔高。
对于＂塑性＂和＂弹性＂这两个概念，笔者在讲授时引入橡皮泥和弹簧的例子。材料可塑性大，则其塑性大，相反，塑性小。弹簧在外力作用下被拉长或被压缩，当把外力去除，弹簧又恢复原状，这种现象就是弹性变形。如果外力相同，弹性变形越大，则弹性越好，反之，弹性越差。通过这样讲解，这些概念变得简单易懂，学生很快就能区分、理解其内容。
还有，钢的淬火热处理实验，把一块金属钢加热后放入水中冷却，其硬度就提高了。学生感到很神奇，也不理解。笔者举了一个例子：一堆小的石头垒在一起和一堆大的石头垒在一起，石头之间谁的间隙最小？当然是小的石头。密度大的物质，其硬度高，反之，其硬度低。笔者把热处理后金属内部的小晶体，即晶粒比喻成石头。金属内部晶粒小，则其密度大，硬度高；晶粒粗，则其密度小，硬度低。钢淬火热处理过程中，随温度、时间变化，晶粒不断变大。因此，淬火钢要得到高的硬度就要保证淬火后晶粒要细。但是，钢太硬，则脆性大，其强度低。因此，加热温度时间不同、保温时间不同及冷却介质不同，都会影响钢内部晶粒的大小。因此，钢的淬火热处理要根据其性能的需要采取相应的热处理工艺，即选择适当的加热温度、保温时间及冷却介质，才能获得我们需要的硬度、强度性能。这样讲学生容易理解，知识的展开也有了深度和广度。
五、联系实际教学
金属材料与热处理是一门具有较强实践性的课程，但是，教材内容上联系实际的较少，需要教师在教学过程中根据教学内容设法联系相关的实物，特别是要联系生产过程中所用工具、量具、刃具材料，使学生学习后以及今后实习或是工作中，既能说出本专业中常用的工量刃具材料牌号，又能说出其成分、性能及其用途。联系日常生活中常见的钢材，如建筑中用的低碳钢、制作防盗网常用的不锈钢和铝合金进行讲解学生会更感兴趣爱听。除此之外，教师还可根据各专业使用的工量刃具，在这些的实物上贴上写有名称、牌号及性能的标牌，让学生记这些标牌上的内容，比仅仅只要求学生记书本上的内容既能联系实际，又便于学生记忆。通过这样的教学，很多学生实习时，就能轻轻松松说出本专业常用的工量刃具的材料了。
六、重视实践教学
金属材料与热处理这门课，虽然是理论课，但是笔者除重视讲授专业理论知识外，还重视实践教学。笔者要求学生除完成教材上实验如，钳工专业的学生外，还要进行錾子的锻造及淬火热处理。由于进行了多次淬火热处理实践，学生自然而然就能熟记淬火的整个工作过程：加热—保温—冷却。学生做完同一种材料淬火时加热温度及保温时间相同，但分别在盐水、油、空气中冷却，发现其硬度各不相同的实验，验证了书上的知识。这时，学生对所学淬火热处理知识又有了更进一步的理解，记得更牢、深刻。對中职学生来说，很多学生课堂上不喜欢听课，但上实践课积极性很高，通过实践教学也提高了学生的学习兴趣。
总之，教学方法很多，方法正确了，不仅学生爱听课，而且教学效果显著。
参考文献：
[1]劳动和社会保障部教材办公室.金属材料与热处理[M].北京.中国劳动和社会保障部出版社，2001.