冶金工程材料导论课程的教与学

　　《材料导论》课程是一门应用性强、知识面广和理论性强的课程。授课团队基于东北大学冶金工程专业优势，结合学生的专业知识背景，适时调整了教与学的对象，帮助学生拓宽自己的学术视野，调动学生学习积极性，引导学生及时对各知识点进行归纳总结，以取得良好的教学效果。

　　关键词：《材料导论》；教与学；网络；检索；改革

　　材料学科是以材料学、化学、物理学为基础，研究材料的合成、制备、结构、性能和应用等方面的科学。许多高校开设《材料导论》这门课程，并根据自身专业特点对课程内容和教学方法进行了有益的探索[1-5]。东北大学冶金学院充分考虑了本校在钢铁冶金、有色金属冶金和冶金物理化学这三个二级学科上的优势，面向冶金工程本科生开设了《材料导论》这门选修课程，具有东北大学鲜明的特色。教学是指教师和学生之间教与学的关系。长期以来，大家对教学的理解有两点：（1）“教”是教师的任务，（2）“学”是学生的事情。但这是对教学认识上的偏差。我们在《材料导论》课程教学中尝试变换“教”与“学”主体，取得了良好的教学效果。

　　一、学生的“教”与“学”

　　对于一些科普性的内容，让学生参与整个教学过程，教与学可以由学生独立完成，可以取得很好的教学效果。我们在《材料导论》课程进行了这方面的尝试。在上课前，安排多个学生根据自己的学科方向选取一个典型合金种类，分析此类合金凝固特点，并给出一个常见实例。表1是各个二级学科的学生轮流在课堂上讲授并进行学习讨论的最终结果。通过讨论，学生们能够理解合金的差异来自在凝固其组份的相互作用之间的差异（分别结晶、形成固溶体、形成化合物），并找到了合金如下易混淆特点。1.合金并不需要含有多种金属元素，部分合金只含有一种金属元素。例如，铁碳合金中铁是金属元素，但碳不是金属元素。2.合金不是一般概念上的混合物，它可以是纯净物。例如，合金Fe3C和WC这些金属间化合物就是纯净物。3.合金的生成通常会改善金属基体的性质。例如，铁碳合金根据碳的含量可分为生铁和钢。生铁中碳以碳化三铁的形式存在，因此生铁硬而脆，但是具有良好的耐压和耐磨特性；而钢的碳含量低，碳以固溶体的形式存在，因此钢材的特点是强而韧，具有较好的塑性加工性能。4.纯净金属具有固定的熔点，但多数合金没有固定的熔点。例如，纯铁的熔点是1538℃，而铁碳合金没有固定的熔点，其液相线温度和固相线温度取决于碳的含量。5.少量的某种元素可能会对合金的性质造成很大的影响。例如，在钢中，磷是有害元素，磷的存在会降低钢的塑性和韧性，出现冷脆性。

　　二、学生的“教”与教师的“学”

　　教学的对象和任务进行互换，往往可以起到意想不到的效果。在《材料导论》中，晶体结构比较偏理论，为了调动学生的积极性，采取学生报名、给参与授课的学生附加分的方法进行鼓励、教师进行辅助教学的模式，可以让晦涩的教学过程变得生动，学生对概念的理解更加深刻。例如对于晶体结构这部分，学生们通过查阅多本教材，在课堂上举例说明了所有固态金属和合金都是晶体。常见的金属理想晶格类型有面心立方晶格（如γ-Fe、Ni、Pb、Al、Cu等）、体心立方晶格（如α-Fe、Cr、W、V、Nb等）和密排六方晶格（如Mg、Zn、Cd等）。但对于晶格缺陷的认识却很肤浅，这部分内容由学生们讲授点缺陷、线缺陷（或位错）、面缺陷和体缺陷等基本概念，而具体的形成原因和实例分析则由教师来完成。

　　三、教师的“教”与学生的“学”

　　典型合金特点和用途，不同的人会给出不同的答案。因此，在课堂上，采取学生组织、教师和学生共同讨论的方式，确定典型合金的种类、应用领域、性能等特点，充分调动学生的学习积极性，并引导学生及时进行归纳和总结，如表2所示。经过教学实践发现，学生们对此教学方式有很高的学习热情，在课下主动查阅相关书籍，整理了大量的数据佐证自己的观点。教师在此过程中也能丰富自己的教案，开阔自己的视野。

　　四、教师的“教”与教师和学生的“学”

　　东北大学在一级学科冶金学科下有三个二级学科：钢铁冶金、有色冶金和冶金物理化学。现有的教师往往只熟悉本二级学科的内容，对其他二级学科知之甚少，因此采用不同学科的教师组成教学团队，可以弥补各自所从事专业领域的局限，同时能全面准确地给学生进行课程的讲授。例如，冶金物理化学的教师主讲火法冶金和湿法冶炼理论和技术，由钢铁冶金专业教师讲授高炉炼铁、转炉炼钢、电炉炼钢以及高温合金的电渣炉和真空白耗炉生产工艺，由有色冶金专业教师讲授现代铝工业生产中的冰晶石—氧化铝熔盐电解法，镁冶炼的电解法和热还原法，铜的火法冶炼。

　　五、结语

　　《材料导论》是一门理论与实践并重的学科。《材料导论》的教学内容比较分散，知识点多。通过在教学中灵活地转换“教师”与“学生”的位置，帮助学生深入地了解不同材料的生产工艺、性能、结构和用途之间的差异；通过横向比较各种材料，加深学生对冶金工艺及后续材料加工工艺的认识；采用理论知识和冶金实践相结合的方式，拓宽学生的学术视野，提高学生的实际应用能力，培养学生宏观考虑和解决实际问题意识，增强学生的学习兴趣与创新能力。

　　参考文献：

　　[1]沈凡,徐慢,黄志良,刘治田,王学华.材料导论课程教学创新初探[J].教育教学论坛,2014,(35):53-54.

　　[2]黎应芬,吕梦岚.新能源材料导论教学改革初探[J].科教导刊,2018,(17):104-105.

　　[3]连慧琴,崔秀国.功能材料导论课程教学探索与实践[J].科教文汇,2013,(240):66-67.

　　[4]张云飞,张桥,鄢国平,李亮,熊礼威,王学华.材料导论课程教学的探索与实践[J].广州化工,2015,43(7):181-182.

　　[5]胡长征.《无机材料导论》双语课程教学初探[J].教育教学论坛,2018,(8):194-196.

　　作者：雷洪 赵岩 张红伟 李阳 单位：东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室 东北大学冶金学院

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