首页 -> 2007年第4期
关于热处理教学方法的研究
作者：丁 峰
关键词：热处理；教学方法；创造性思维
热处理是《金属工艺学》中非常重要的内容。它对于学生正确理解材料的性能与组织关系以及零件的整个加工工艺路线十分关键。热处理还是后续专业课的基础，同时也是一个难以理解的知识点。笔者根据多年教授《金属工艺学》的经历，对新形势下热处理的教学方法进行了较为深入的研究。
比较式教学，以提高学生的记忆效果
比较是把各种事物或同一事物的不同部分、个别方面或个别特点加以对比，确定它们的共同点和不同点以及它们之间的关系。比较实质上是一种更复杂的分析和综合。为了使学生更好地掌握普通热处理的特点，我制作了如下表格加以比较。
从表格中，学生便能直观地比较出各种普通热处理的异同点。它们的共同点是均由加热、保温和冷却三个阶段组成；不同点是加热的温度不同，保温的时间不同，以及冷却的速度不同。因而得到的组织也不同。其中冷却速度是导致材料组织性能不同的主要原因。热处理中的其他一些内容同样也可以采用列表比较的方法。比较是重要的思维过程。采用这种方法可以清晰直观地反映事物之间的关系，使人一目了然。通过列表比较，学生可以将原来大量的信息组织在一个系统框架内。心理学研究证明：这种有层次的组织结构可以有效地提高记忆效果。
联系式教学，以加深学生对知识的理解
联系式教学法，使学生对热处理知识的学习更加系统化，进一步加深了学生对材料、热处理、加工工序三者之间关系的理解。
将热处理与零件的加工工艺联系起来热处理穿插在零件的加工工艺过程中。讲解时，我把它与加工零件的其他工序联系起来，使学生更容易理解热处理在加工工艺中所起的作用。教学中，我首先介绍零件的加工工艺，让学生了解零件加工的基本过程。再介绍为了保证加工过程的顺利进行和零件最终应具有的性能，在相邻的加工阶段之间应穿插相应的热处理。这样，学生对热处理在加工工艺中的安排就有了初步的认识，明白了什么是预备热处理，什么是最终热处理，以及在零件加工过程中它们所起的作用。然后我再举出典型例子，如车床主轴（45钢）的加工工艺路线是：锻造→正火→粗加工→调质→半精加工→高频感应表面淬火＋低温回火→磨削。我详细分析了“正火”、“调质”和“高频感应表面淬火+低温回火”等三道热处理工序在该工艺路线中所起的作用，使学生对热处理在工艺中的作用有了更为深刻的理解，使他们能逐渐地掌握热处理工序安排的一般规律。在掌握了规律后，学生就能将热处理和零件的加工工艺联系起来，根据加工工艺的需要判定是否要进行热处理，进行何种热处理。
将热处理与材料联系起来材料最终的性能除与它本身的成分有关外，还与热处理有密切关系。热处理就像是烹调时用的调味品，可“调制”出材料的各种性能来满足生产的需要。教学中，为了使学生能根据材料来正确选择热处理方法，我要求学生首先弄清工件的成分及其原始组织和性能，然后让他们分析在加工成毛坯后，这种原始组织是否有利于后续的切削加工，如果不利，采用何种热处理能改善其切削加工性。在这个过程中，学生通过对材料的成分、组织和性能有关知识的复习，便能正确选则相应的预备热处理方式。第二，要求学生明确零件最终应具有什么性能，这种性能可以通过何种热处理才能获得。学生便能根据工件的材料，选择出适合的最终热处理方式。将热处理和材料联系起来，可以帮助学生深刻理解它们之间的关系，从而达到能根据材料正确选择相应的热处理工艺。
多媒体教学，使抽象的理论具体化
热处理的理论性很强，比较抽象和空洞。同时，由于条件所限，有些热处理无法组织学生进行实习。如果仅照课本讲解，学生会感到十分枯燥，而且难以理解。在实际教学中，我采用了多媒体进行教学，将有关内容制作成课件，一边播放，一边讲解。我还专门制作了有关热处理的录像资料，如退火、正火、淬火、回火、表面淬火，渗碳、渗氮等。录像资料里不仅有工厂里工人的实际操作过程，而且每一种方法还有详细的讲解。学生通过观看这些录像资料，对热处理就有了更清晰的认识和更透彻的理解。
启发式教学，以培养学生的创造性思维
创造性思维是指重新组织已有的知识和经验，提出新的方案或程序，并创造出新的思维成果的思维过程。创造性思维的培养包括：(1)激发学习动机与求知欲；(2)创设问题情境，培养学生的发现能力；(3)培养发散思维和聚合思维；(4)鼓励创造活动，正确评价有创造力的学生。
在讲课时，我采用启发式教学，按上述方法培养学生的创造性思维。例如，在介绍淬火冷却介质时，我提出一个问题：要想获得马氏体组织，是不是冷却速度越快越好？很快地，学生中肯定和否定的答案都出现了，但均未说出原因。我并没有直接给出答案，而是接着问：你们知道为什么冬天往玻璃杯里倒开水，杯子会开裂吗？不少学生恍然大悟，马上答到：因为杯子内外层温差太大。工件在淬火时，因为冷却速度过快，也会造成内外层温差太大进而导致开裂，所以工件不能冷却得过快。接着，我进行归纳：在淬火时，一方面要保证获得马氏体组织，另一方面不能冷却过快，以免开裂。因此，在保证获得马氏体的前提下，应尽可能减慢冷却速度。不同的材料需要不同的淬火冷却介质。怎样找到合适的冷却介质呢？我鼓励道：有兴趣的同学可查阅资料，到工厂去调研，毕业后可继续这方面的研究。这种师生间的对话，使传统教师的“一言堂”，变成了师生互动的讨论会。这样，不仅加深了学生对知识的理解与掌握，而且增进了师生间的感情，进而激发起学生强烈的求知欲。
在教学过程中，我适时提出一些有价值的问题，让学生思考和讨论，并鼓励学生提出多种答案或独到的见解，特别是大力提倡学生提出的见解不同于书本和教师的见解，以培养学生的创造性思维。这种教学方法，使学生在愉快而又不乏适度紧张的气氛中，把智力活动由最初发生的快感或兴趣，引向热情而紧张的思考，引向提高学习成绩。显然，这种教学方法也避免了学生只会机械地听课，并把学习当作苦差事。
实例教学，以培养学生解决实际问题的能力
学生读书，且要学以致用，就应具有很强的解决实际问题的能力。在教学中，我经常举出一些实例，让学生根据已学过的知识试着提出解决方案，以此培养学生的分析问题和解决问题的能力。
例：一轴尺寸为φ30×300，要求摩擦部分表面硬度为HRC50～55。现用30钢制作，经高频表面淬火（水冷）和低温回火，使用过程中发现摩擦部分严重磨损。试分析失效原因，并提出解决方案。
分析：这是一道综合性很强的题目。它不仅要用到热处理方面知识，而且要求学生对材料的成分和性能之间的关系十分清楚。题目没有唯一标准的答案，只是有几种可能的情形。
我问学生：摩擦部分严重磨损是材料的哪一项性能没有满足要求？
大家一致认为：是硬度低、耐磨性差。
我又问：是什么导致材料的硬度低、耐磨性差呢？
大家开始热烈地讨论起来。下面是一些学生的分析结果：(1)选用材料不当。30钢含碳量低，应选用45钢。(2)高频表面淬火，频率过高，导致淬透层薄。（3）淬火加热温度不够高，没有完全奥氏体化，最终组织中含有铁素体组织，影响材料的硬度和耐磨性。(4)回火的温度过高，得到的组织不是回火马氏体，而是其他的回火组织。
通过分析讨论，学生学会综合运用学过的知识解决一些实际问题，从而真正做到学以致用。另外，为了培养学生解决实际问题的能力，教学中，我鼓励学生积极参与到解决问题的活动中去，创造性地看待问题，并且教给学生分析问题的方法。我还鼓励学生多角度地提出假设，并评价每个假设的优缺点。我尽可能地提供各种机会，让学生实际地解决问题，使学生在成功解决问题的过程中得到满足，并且使学过的知识得到了具体的应用。同时，我还对学生解决问题的情况给予适当评价，并提出一些指导性的意见，以促进他们解决问题能力的提高。
参考文献：
[1]丁德全.金属工艺学[M].北京：机械工业出版社，2005.
[2]王英杰.金属工艺学[M].北京：高等教育出版社，2001.
[3]张厚粲.心理学[M].天津：南开大学出版社，2002.
[4]教育部人事司.高等教育学[M].北京：高等教育出版社，1999.
[5]教育部人事司.高等教育心理学[M].北京：高等教育出版社，1999.
作者简介：
丁峰（1968—），安徽泗县人，安徽职业技术学院讲师，合肥工业大学在读硕士研究生，主要研究方向为机械制造。
（本文责任编辑：张维佳）