归纳类比法在材料科学基础课程教学中的应用

熊 毅 文九巴 任凤章 张凌峰 马景灵河南科技大学材料科学与工程学院 河南洛阳 471023



归纳类比法在材料科学基础课程教学中的应用

熊 毅 文九巴 任凤章 张凌峰 马景灵
河南科技大学材料科学与工程学院 河南洛阳 471023

摘 要：材料科学基础作为材料科学与工程学科最重要的一门专业基础课，其重要地位不言而喻，但长期以来教学效果并不显著。介绍了归纳类比法在该课程教学过程中的运用；结果表明，采用该法教学可有效提高教学质量和教学效果，值得进一步推广运用。

关键词：材料科学基础；归纳类比法；教学质量；教学效果

材料科学基础是金属材料工程、材料成型与加工类各专业的一门技术基础课。学习这门课不仅使学生学习到坚实的机械工程材料方面的理论知识，培养学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，而且可以训练学生的实验技能和实践能力，为后期专业学习与工作打下良好的理论基础和实践基础。因此，组织好该课程的教学至关重要。但由于该课程所涵盖的内容头绪多；叙述性的原理、规律多；需要记忆的概念、定义多；而理论计算少，学生学习这门课时普遍感到空洞抽象，看不见、摸不着，学习积极性不高，学习效果也不好。如何才能充分调动学生学习积极性，提高教学效果？针对上述现象和问题，近几年，课题组在采用多媒体课件规范化教学的同时，努力提高每位授课教师的业务能力和教学水平，在教学实施过程中还广泛采用归纳类比法将教材中分散的知识点和相关内容（如：组织、概念、工艺）有机地进行归纳、比较、分析和总结，具有便于记忆、利于理解的特点，同时还有助于指导学生不断改进学习方法，锻炼和培养学生的自学能力。所采用的归纳类比法主要有4种，分别是：列表归纳类比法、图示归纳类比法、图表归纳类比法、循环过程归纳类比法。

根据教学大纲要求及所用教材课程体系的特点，针对不同章节的内容，有的采用授课时自然形成类比法，即讲课时有的放矢地进行讲解，进行版面设计和书写，这样在讲完一堂课或一节内容后，自然在黑板上形成一个表，教师在讲授完相关内容后直接填写表格中的内容和名称即可。而对于某些内容系统性不太强的章节，通常采用课后小结的方式进行归纳类比，即讲解完一部分内容后，有目的地进行课程内容总结，然后列出总结图表以作业形式布置给学生，让学生根据教师课堂上所讲授的内容，经过自己的复习和总结填写相关图表，这样既帮助学生复习了课堂的相关知识点，又巩固和加深了相关知识点的理解程度，起到事半功倍的效果。对于有些章节，为了加深记忆及便于理解，也可在课堂讨论中将图表发给大家进行有针对性的讨论分析，将分散的内容有目的地进行串联总结，带着问题进入课堂，这样就能最大限度地发挥出课堂教学应有的效果。下面就课程具体内容分别介绍4种类比法在教学过程中的应用。

1　列表归纳类比法

钢的热处理原理主要包含五大转变，其中较重要的3种过冷奥氏体冷却转变虽然各类教材均有详细讲解，但各种冷却转变现象及组织之间的区别，学生学后往往留不下深刻的印象，甚至经常出现张冠李戴的现象。针对上述现象，为了便于学生理解、区别、记忆，我们在讲授3种过冷奥氏体冷却转变的内容时，有目的地进行归纳总结类比，并列出归纳类比表给学生。

钢的热处理工艺及金属材料部分，内容繁杂，系统及条理性差，而对于设计类专业的学生又必须学好，以便于合理选择材料及热处理工艺，充分发挥材料的性能潜力。以往的教学情况是无论教师怎样认真讲，学生也记不住、学不好。为了使学生在学完这部分内容后有一个清晰完整的概念，在学完这一章后，立即将相关归纳表格（只有格式及所填写的项目），以作业形式留给学生，让他们自己根据教师讲授内容及表格中的相关要求，认真总结，认真填写。通过自己的归纳总结及类比，掌握有关热处理工艺及材料的知识，学会合理选材及选择合适的热处理工艺及方法。

在讲授《化学热处理》相关章节时，有意识地将渗碳、渗氮、渗硼等内容对比介绍，分别从温度、适用材料、最后热处理方法、表面耐磨性、生产成本及应用场合等方面找出异同点，加深学生的课堂记忆，有助于学生理解该部分的内容。介绍铸铁部分的内容时，将灰口铸铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁以及蠕墨铸铁对比，分别从成分特点、显微组织、生产方法、机械工艺性能以及用途等方面展开论述，条理清楚，也方便学生对比记忆。又如在介绍工业用钢时，按照结构钢、工具钢以及特殊性能钢三部分展开论述，分别从成分特点、合金元素作用、常用钢号、热处理方法、热处理后组织及性能、使用对象及场合等方面对比介绍。

2　图示归纳类比法

在《热处理原理及工艺》部分的复习和课堂讨论中，为将固态相变中的五大转变及控制工艺有机地联系起来，且有利于纵向知识的系统化和连贯性，我们将这部分归纳总结画出了“共析碳钢的奥氏体形成—过冷奥氏体分解—回火组织转变”的工艺和组织类比法。利用该图可以说明以下3点。

（1）奥氏体的形成过程及奥氏体晶粒的大小。

（2）过冷奥氏体的分解方式、过冷奥氏体等温、连续冷却转变曲线及过冷奥氏体转变产物。

（3）回火种类、回火温度、回火组织、力学性能及适用对象等。由于该图包括了热处理原理中的五大转变及基本的热处理工艺，经复习及讨论可使同学们将五大转变规律及相关热处理工艺有机地联系起来。达到弄懂一张图，理解该部分全部内容的目的。

在学习《退火与正火》一节时，可利用铁碳相图及“C-曲线”两个图，将退火、正火各工艺与其加热温度、冷却方式的关系一边讲一边画，讲完此章节后，即画出两张图—退火与正火加热温度范围类比图和退火与正火工艺曲线类比图，使之一目了然便于同学们记忆。

在学习《淬火方法》一节时，也可采用上述方法，将单液、双液、分级、等温淬火法归纳总结在“C”曲线中进行类比，效果相当不错。

关于钢在回火过程中的组织转变、回火组织和回火后性能变化的类比，对于学生掌握钢的回火这部分内容同样起到了良好的作用。

3　图表归纳类比法

在学习《金属的晶体结构》时，约90%的金属具有3种基本晶格类型；因此，学好这3种晶格类型至关重要。在学习该节内容时，为使学生对3种典型晶格有一个清晰概念，在讲每种晶格类型时，讲课采用的小标题完全一致，并有目的地讲解所设计的板面，这样在讲完这一部分内容之后，画上几条线，填上表头，就形成了一个完整的“3种典型金属晶格类比表”。一节课所讲的内容反映在表中，一目了然，同时也可使同学们通过类比法，掌握各自的特点及差别，便于理解、记忆。

在学完《二元合金相图》之后，学生对二元相图的基本类型及特征往往还形成不了一个完整、清晰的概念。为加深学生对该内容的理解，在讲完二元相图后，对二元相图按照相图类型进行归纳、总结、类比，列出图表，使学生通过课上总结、类比，真正掌握有关二元相图的基本知识。类似的问题还有两种马氏体（低碳马氏体和高碳马氏体）的比较等。

在学习《铁碳相图》时，为使学生在“成分-组织-性能”之间建立起联系，在讲解铁碳合金分类、组织、性能之间的关系时，画出铁碳合金的成分-组织-性能的对应关系图表，使学生通过图表的介绍与讲解，真正建立起“成分-组织-性能”间的联系。在介绍冷变形金属再结晶内容时，将金属发生同素异构转变（重结晶）内容对比，找出其中的相同点和不同点，有利于学生加深印象，记忆深刻。又例如在讲述多晶体塑性变形时的特点时，将单晶体塑性变形过程对应起来，从中对比出异同点，起到事半功倍的效果。

4　循环过程中的归纳类比法

在学习《奥氏体形成》时，书上内容叙述过多，不便于学生的理解和记忆，但由于奥氏体形成时符合自然界中辩证法循环规律，因此，可在教学中利用循环过程的归纳类比法，简化教学。

例如：奥氏体晶核的长大过程，实质上就是两相界面附近的碳浓度平衡-不平衡-再平衡的建立与破坏过程。因此，它可用循环图表示出其特征。与此相类似的内容还有层片状珠光体组织的形成过程也是如此。

5　结束语

近几年，通过采用归纳类比法进行教学，提高了学生对材料科学基础课程的学习兴趣、学习积极性和主动性，使教学质量得到大幅度的提高。学生普遍感觉到课程教学内容针对性强，所学知识与专业联系紧密，确实有用，不但提高了分析问题、解决问题的能力，也大大拓宽了学生的专业研究视野，对材料科学与工程学科各专业的基本特点、发展方向、新技术、新成果有了大体上的认知和了解，有助于培养出具有扎实理论基础和较强实践和创新能力的应用型复合型高级工程技术人才。

参考文献

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Application of Analogy and Induction in Foundations of Materials Science Teaching

Xiong Yi， Wen Jiuba， Ren Fengzhang， Zhang Lingfeng， Ma Jingling
School of Materials Science and Engineering， Henan University of Science and Technology， Luoyang， 471023， China

Abstract:As an important basic curriculum of speciality， Foundations of Materials Science lay an important position among the courses of materials science. However， the teaching result was not satisfactory for a long time. The application of analogy and the induction in teaching was discussed in this paper. The results show that the teaching quality and effects can be improved extremely by this method and the method is worth spreading and exercising widely.

Key words:foundations of materials science； analogy and the induction； teaching quality； teaching effect

收稿日期：2015-11-02

作者简介：熊毅，博士，副教授。文九巴，博士，教授，院长。任凤章，博士，教授。张凌峰，博士，副教授。马景灵，博士，副教授。

基金项目：河南科技大学重大教育教学改革研究项目（编号：2015ZD-003）；河南科技大学研究生课程建设基金项目（编号：2015YJG-029）。