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《金属材料学》教学改革研究.doc

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《 金 属 材 料学 》 教 学 改革 研 究 曲立杰 马春 力 黄志 求 李 星逸 佳 木 斯大 学 材料 科 学与 工 程学 院 摘 要: 金属材料是工程领域中所用材料用量最大的材料, 金属材料学在材料科学与工 程中占有举足轻重的地位。 该课程是金属材料工程专业学生的必修课, 具有综合 性、 实践性等特点。 学 好这门课程为学生从事本专业的实践工作可以打下坚实的 理论基础。 文章就课程特点, 结合学校金属材料工程专业特点实施了以专业导师 制为特色亮点的教学改革。 初步教学改革成果显著, 提高了学生的分析和解决专 业相关问题的综合能力。 关键词 : 金属材料学; 教学改革; 专业导师制; 作 者简 介: 曲立杰, 讲师, 博士, 硕士生导师, 主要从事金属材料教学与科研工 作; 作 者简 介: 李星逸, 教授, 博士生导师, 主要从事金属材料方面的教学与科研工 作。 基 金: 佳木斯大学教学 研究项目 (JYLY2014-01) ;佳木斯大学教育科研项目 (JKA2013-001) 一、引言 金属材料是工程领域所用材料中用量最大的材料。 《金属材料学》 在材料科学发 展中发挥着主导作用。 金属热处理是机械零件和工模具制造的一种重要工序, 热 处理工艺一般分为整体热处理、 局部热处理、 表面热处理和化学热处理等。 金属 材料通过热处理来改善其性能, 充分发挥材料的潜能。 选择热处理工艺的首要依 据是材料的成分特点, 例如化学热处理的渗碳工艺, 必须是低碳碳素钢或低碳 合金钢经过渗碳后改变材料表面化学成分而获得高表面硬度和高耐磨性, 心部 较好的韧性的工件, 如齿轮件一般常用的合金钢为 20Cr Mn Ti。又如粉末冶金 材料因其具有高硬度、 高强度并可应用与复杂结构的精密零件中, 通过热处理获 得以上性能。 制定合理的热处理工艺依据其化学成分和晶粒度, 为了提高其淬 透 性, 常加入一些合金元素如 Ni、Mo、Mn、Cr 、V 等。 这些合金元素的作用原理就 是 《金属材料学》 研究的 核心内容。 我国材料制造业落后不仅与制造技术有关, 更重要的是材料本身的开发。 例如飞机、 汽车各 种交通工具等的轻量化迫切需求新 材料。 因此, 建立金属材料的成分、 组织结构和性能与热处理工参数关系是提高 产品使用寿命的首要任务。 金属材料分为钢铁材料和非铁金属材料两大类。 《金 属材料学》课程从合金化理论为基础, 详细介绍了各种用钢及有色金属的特点、 热处理工艺和使用性能等。 该课程是金属材料工程等材料类专业的核心课程, 是 金属材料工程专业学生走向工作岗位后应用知识最直接的专业技术课程。 该课程 具有综合性、 实践性和经验性等特点。 因此, 对于该课程的教学, 我们必须有针 对性、 有目的地进行。 使学生们学有所用, 学了会用, 真正理解材料科学与工程 的内涵。基于以上原因。我校开展了金属材料学的课程改革。 二、课程性质 该课程开设学期为第 6 学期, 是大三学生所学的专业理论课。 学生前面已经学完 《材料科学基础》《金相分析》《热处理工艺》《材料力学性能》《热处理炉》 等专业课程, 并参加了认识实习和金工实习。 对材料及其热加工过程具有一定的 基础知识。 因此, 该课程是一门综合性极强的课程。 课程内容涵盖以上多门课程 知识, 并且要求对多门课程的相关内容进行综合。 通过对此课程的学习, 要求学 生能够掌握金属材料学基本理论及其基本知识, 同时具备分析材料的成分与制 备和加工之间的关系, 能够分析各种金属材料的成分, 热处理工艺和应用的问 题, 为学生从事本专业工作打下坚实的基础。 三、课程设置 根据课程特点, 该课程分理论课和实践课两大内容。理论课为 48 学时, 实践课 为8 学时。 理论教学围绕钢的合金化展开, 介绍各种用钢如工程构件用钢、 机器 零件用钢、 工具钢、 特殊性能钢, 铸铁和非铁金属及其合金。 分别介绍了各种金 属材料的成分特点、 热处理工艺、 性能特点及应用。 并通过实践课程开展, 加深 学生对各种金属材料的组织结构特征的认识。 了解微观结构, 更好地理解合金化 作用原理, 选取典型钢种的标样或生产实践中积累的典型材料进行组织观察, 并掌握其应用。 为实践工作打下坚实的理论基础, 一般选工具钢、 不锈钢, 铸铁 等工件中应用较为广泛的材料进行课程实践教学内容。 四、课程改革 ( 一) 增设 课外实 践活动 由于课内学时有限, 不能将所有涉及到金属材料进行讲授。 所以课程特别增加了 课外活动内容。 安排 金属功能材料和新型金属材料设为课外学习内容。 通过对教 材的理解并查阅相关文献。 每人撰写一篇不同主题的小论文。 例如磁性合金、 电 性合金、 形状记忆合金、 储氢合金、 弹性合金, 各种金属基复合材料等专题小论 文。 ( 二) 实行 课内导 师制 由于金属材料涉及方面广, 涵盖内容多。 单个教师教学精力有限, 不能做到尽善 尽美。为了充分发挥各教师的专业特长, 我们特别定制了导师制。例如 2013 级 学生人数为60 人, 将学生分成 6 组, 每组 10 人, 分有专门的联络和指导教师, 就小组的学习提出问题进行解答。 定期开展组内和小组间的学习交流 。 专业导师 制也是我院的一项亮点, 同时也是各位老师义务和辛苦付出的结晶。 我们的初步 尝试已经证明其对学生成绩提高与综合能力的培养是行之有效的。 专业教师中除 了对专业课的辅导外, 还对学生的计算机能力进行提升, 包括基本的图像识别、 处理、编辑, 更重要的是涉及到计算材料学的相关知识, 开拓了学生视野。 ( 三) 设置 单元课 程考试 《金属材料学》 课程特点内容杂而多, 很多学生感觉像是一门文科课程, 也反映 用学习文科的方法学习的一门理工科的课, 可想而知其效果不理想。 因此我们就 每一章内容而后设置一次考试, 考试成绩记为 平时成绩。 一方面能提高学生学习 积极性, 另外可以很好地检验学生的学习情况。 ( 四) 加强 综合训 练 选取典型零件进行分析, 可借助于失效件从选材、 工艺、 组织结构上 进行综合分 析或借助于工程案例进行教学。 例如某公司是一汽车主轴的供应商, 近日发现他 们生产的主轴表面的粗糙度超标, 导致发动机运行过程中发生抱死, 经过调查 发现其主要原因是加工主轴的刀具更换了供应商, 也就是刀具的质量不合格。 因 此在对刀具的选材, 热处理工艺的制定上必须考虑到合金元素的作用。 如何发挥 各种合金元素的作用, 保证材料的正常使用, 这就使得学生能较好地综合课程 内外相关知识, 提高解决问题和分析问题的能力。 ( 五) 考试 内容改 革 改变以往的僵化模式, 今后课程考试重视基础知识和基本课的考查, 同时加强 综合问题分析。 例如根据已知力学条件等, 分析零件的选材, 制定合理的热处理 工艺, 并说明其原理。经过热处理材料的组织和性能的理论上能达到什么目标。 为汽车连杆螺栓选材要考虑其工作条件、 工件的失效形式、 该零件工作的整个界 面受周期性的力、 其主要破坏形式、 由于疲劳而发生断裂, 因此要求螺栓具有高 屈服强度和疲劳强度, 要考虑材料的淬透性。 所以从合金化的角度出发 选材, 同 时要考虑材料应用环境, 如果在严寒环境下使用还要充分考虑它的低温脆性问 题。除此之外还要考虑螺栓的加工性。因此可选用 40Cr 或15Mn VB 等材料。 五、结束语 金属材料学的教学工作必须踏实有效地进行。为实现我国的《中国制造 2025》 和 “一带一路 ”提供坚实保障, 要以为我校建设和发展提供优秀人才为使命, 不断地进行改革与探讨, 制定出一套符合当代大学生特点的教学方法, 为企业 和科研院所输送合格人才。 参考文献 [1] 戴起勋.金属材料学[M].北京:机械工业出版社, 2015 [2] 黄守伦.实用化学 热 处理与表面强化新技术[M].北京:机械工业出版社, 2002 [3] 崔忠折.金属学与热 处理[M]. 北京:机械工业出版社, 2000 [4] 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 (21) [5] 湛永钟, 聂娜, 黄 金芳, 等. 金属材料学教学中融入科学史教育[J]. 教育教 学论坛, 2014 (6)
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