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摘要：金属材料学是材料成型及控制专业主干课程之一，该课程具有综合性、应用型和实践性的特点。通过对课堂教学和实验教学的改革，调动和激发学生自主学习的积极性，加强学生对金属材料相关知识的感性认识和实践动手能力，为学生奠定坚实的材料学理论基础知识，激发学生对本学科专业的兴趣和热爱，提高本科教学质量。
关键词：金属材料学；案例教学；实践教学
本文引用格式：尹文红等.金属材料学教学及实验改革创新[J].教育现代化，2019，6（83）：123-124.
Reform and Innovation of Metal Materials Teaching and Experiment
YIN Wen-hong，GUO Na-na，FANG Xiao-ying
（College of Mechanical Engineering，Shandong University of Technology，Zibo Shandong）
Abstract:Metal Material Science is one of the main courses of material forming and control specialty,which has the characteristics of comprehensiveness,application and practicality.Through the reform of classroom teaching and experimental teaching,we can mobilize and stimulate students'initiative to study independently,strengthen students'perceptual knowledge and practical ability of metal materials-related knowledge,lay a solid theoretical foundation knowledge of material science,stimulate students'interest and love in this subject,and improve undergraduate teaching quality.
Key words:metal material science；case teaching；practice teaching
《金属材料学》是材料成型及控制专业的主干课程之一，该课程具有综合性、应用型和实践性的特点[1]。通过本课程的学习，使学生掌握常用金属材料的合金化原理与思路，合金元素对材料的组织、性能和加工工艺的影响规律，掌握常用金属材料的主要用途；掌握金属材料的组织、性能和材料检测分析方法并能合理地选用材料和正确地制定加工工艺路线；了解国内外新材料、新工艺、新技术及其应用。本课程学习内容繁多，因此需要改革。
一 优化教学内容，突出特色
本课程系统地阐述了金属材料的合金化原理，材料的成分、组织、性能和加工工艺之间的关系,教学内容繁多，需要优化教学内容。一是加强金属材料基本原理的讲解，特别是钢的合金化原理，这部分内容是学习金属材料的基础，是对金属材料组织性能进行分析的基础原理，因此为了加强学生对合金化理论的掌握，可以结合教师的科研工作，在教师的辅导下，让学生自主查阅大量通过合金化改善材料性能的文献进行分析总结，掌握相关知识点；二是讲到钢铁等具体材料时，紧密联系工业应用实际，尽可能列举一些材料在工程上应用的事迹事例，激发学生的学习兴趣，克服讲授内容平铺直叙、空洞乏味；三是内容新颖性，注意教学内容的前沿性，结合现代科技和新材料的发展及应用讲授国内外新材料、新技术、新工艺的发展及应用前景，如微合金钢、双相钢、新型模具钢、铝基复合材料等，同时，更新高强韧碳素钢、新国标及钢种牌号等以适应新时期现代科技发展对人才培养的要求；四是结合科研实际，讲解一些材料研究和解决的实际问题。
金属材料学具有很强的应用性，为了加强学生对专业知识的理解和应用，将材料合金化设计、加工工艺设计、组织、性能及实际应用有机融合，突出本课程综合性、应用性和实践性的特色。本课程教学思路以合金化理论为基础，以不同材料设计为实例，结合“服役条件—性能—组织设计—合金化—加工工艺设计-性能验证”这条主线举例说明零部件的制备过程。通过举例使学生初步掌握材料设计的具体思路，为以后的工作做好实践方面的准备。例如滚动轴承钢制备的轴承，根据服役条件，得知其必须具备的性能，要满足此性能必须通过合金化和恰当的热处理得到相应的组织。
二 教学模式和方式改革
在教学模式、教学方式方面，不断改进教学方法和手段。建设多媒体教学课件，在学校网站建立本课程的网络信息平台，将相关的教学大纲、教案、习题、考核大纲、试卷库、综合实验指导书及参考文献等全部传到平台，使学生课下充分利用此平台进行学习以提高教学效果和教学质量。同时改变过去教学课堂讲授与板书相结合的传统方法，采用多媒体课件教学，集文字、动画、图像、视频等于一体，重点辅以必要的文字板书，向学生传授知识的信息量，调动学生的积极性，大大提高教学效果和教学质量。同时将教改成果、学科发展成果充实到教学内容中。对于重点内容开展课堂讨论交流，让学生成为教学主体，发挥学生主观能动作用。
采用启发式教学方式，提问问题，促使学生主动进行思考，锻炼其科学思维[2]，让学生参与到课堂教学中，预先布置讨论问题，让学生充分利用学校图书馆数据库查阅文献、总结准备，提出解决方案。学生讨论，教师点评总结，这样提高了学生的学习兴趣又增加了对知识点的深入理解。布置综合性作业，针对每种金属材料让学生查询相关文献，消化总结，课前5分钟和同学分享对文献的理解并加以讨论，使学生更深入的掌握金属材料的组织、合金化原理、热处理工艺及性能之间的联系和材料的发展方向及前景。最后进行课程论文教学实践[3]，每个学生一个题目，撰写综述论文。学生根据题目查阅文献、分析总结，写出论文提纲，经过指导教师审阅后，按学术论文要求撰写，为完成毕业论文打下基础。论文使课堂教学和课外专业知识相结合，理论知识和生产实际相结合，查阅和消化吸收文献资料相结合。通过课程论文的教学实践，让学生了解与教学内容相关的最新研究动态，掌握金属材料学基本理论，锻炼了学生对文献的总结能力以及论文撰写能力。
三 案例教学法
案例教学具有工程实践性和趣味性，将枯燥抽象的理论具体化、形象化，便于学生理解和把握金属材料的化学成分、组织、性能及服役条件等。如，在学习结构钢时，举例震惊中外的“9·11”事件，美国纽约世界贸易中心双子大厦为何会在遭受飞机撞击不到两个小时内整栋大楼完全倒塌？大楼为何会垂直倒塌？教师引导学生讨论倒塌的原因，最终得出因为建造高层建筑使用的结构钢在热轧或正火状态下能满足使用要求，但是在高温下会变软，丧失原有强度。世贸大厦经过长时间的燃烧后飞机撞击的那几个楼层的钢材软化而落下砸向下面的楼层，对下面楼层结构的冲击力远远大于其静止时的重力而难以承受，于是一层层垂直地垮塌下来。2019年年初热播的电影《流浪地球》中的地球因为远离太阳而使其地表温度仅为-80℃，重载运输车是电影中的交通工具。请同学们讨论目前交通工具用金属材料在这么低的温度下能否使用，同时举例工作温度为-253℃的液氢生产、贮运设备，工作温度为-269℃的液氦设备，均应采用组织结构稳定的奥氏体钢。
四 实践教学内容和方法的改革
加强实践性教学环节的基础建设，提高学生的实践能力和综合分析问题能力。一是组织学有余力的学生，参加教师科研活动，激发学生学习本门专业课程的兴趣，培养学生的创新能力和工程实践动手能力。二是精心设计实验内容，增设综合创新性实验，让学生设计实验工艺参数、制备金相试样等。
本课程大多数实验遵循实验课程随理论课程走的传统教学模式，按部就班地依照理论课程设置实验内容，多为演示性和验证性实验，综合设计型实验和研究创新型实验较少，实验内容单一，基本上是用事先制备好的样品让学生用显微镜观察金相组织，并画出组织示意图，缺少综合设计型实验和研究创新型实验，不能培养学生综合能力及创新意识。因此，为加强学生实践创新能力的培养，设计几个综合创新性实验，让学生进行热处理工艺的设计，金相试样的制备，实验过程的设计。综合性实验一，对铝合金6061进行固溶处理和时效处理然后观察组织和进行硬度测试的实验，学生自行设计热处理工艺并对铝合金进行热处理工艺操作，得到不同时效时间的金相试样，通过金相显微观察组织，硬度测试，分析组织和性能之间的关系。将课堂所学的理论知识和实践相结合，并进一步掌握除了钢以外的有色合金的金相试样制备及分析能力。综合性实验二，设计不同晶体结构的金属材料在不同温度下的冲击韧性，选择面心立方的铝、体心立方的低碳钢、密排六方的锌，制成标准的冲击试样，然后设定冲击的温度，温度可以选择液氮温度（-196℃）、-40℃、0℃、20℃和100℃这5个温度点，根据实验结果分析晶体结构和温度对冲击韧性的影响。[3、4]
五 考核方式的改革
改变以往单一的闭卷考试和上课出勤决定课程成绩的做法，把平时课堂讨论交流、综合性作业、课程论文、课后作业等都计入平时成绩，加大平时成绩的比例，由原来的15%增加到30%，期末考试降低到总评成绩的70%。通过考核方式的改革，强化了学习过程，调动了学生的学习主动性和积极性。
六 结语
通过对课堂教学和实验教学的改革，调动和激发学生自主学习的积极性，为学生奠定坚实的材料学理论基础知识，激发学生对本学科专业的兴趣和热爱，提高本科教学质量。
参考文献
[1]戴起勋.金属材料学[M].北京：化学工业出版社，2012.
[2]李惠，焦雷，芦笙，等.《金属材料学》创新性课程的建设与实践改革[J].产业与科技论坛，2014，13(21)：140-141.
[3]杨文朋，崔红保，王海燕，等.《金属材料学》教改和实践思考(二)——理论结合实践，做好辅助教学[J].教育教学论坛，2017(48)：104-105.
[4]权莉,丁红燕,潘长江,朱雨富.关于生物医用材料课程教学改革的实践研究[J].教育现代化,2017,4(43):66-67.
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