铸造专业冶金原理课程教学改革探索与实践

徐流杰李秀青.河南科技大学摩擦学与材料防护教育部工程研究中心 河南洛阳 470032.河南科技大学材料科学与工程学院 河南洛阳 47003



铸造专业冶金原理课程教学改革探索与实践

徐流杰1,2李秀青1
1.河南科技大学摩擦学与材料防护教育部工程研究中心 河南洛阳 471003
2.河南科技大学材料科学与工程学院 河南洛阳 471003

摘 要：冶金原理是铸造专业的一门重要的专业基础课，针对铸造专业的知识结构和教学特点，设计了铸造专业冶金原理课程大纲，并从激发学生的学习兴趣，理出课程教学主线，介绍和展示课程相关的前沿研究方向三方面探讨了课堂教学方法。

关键词：铸造；冶金原理；教学大纲；课堂教学

冶金原理是冶金专业的重要必修课，内容包含火法冶金、湿法冶金、电冶金，一般为80学时。铸造与冶金密不可分，体现在三大方面。其一，铸造过程所用的原材料来源于矿石冶炼成的合金，铸造是根据需要将各种原材料进行合理配比后熔化成合金液，然后浇注成形为铸件毛坯，而熔炼所用的原材料是通过冶金过程获得的。其二，铸造合金熔化过程中涉及冶金，如钢的精炼、除气涉及物理化学反应，合金相的分解、熔化与溶解均与冶金物理化学过程有关；其三，浇铸到砂型过程及之后的凝固过程存在冶金物理化学反应，如合金液与型砂的作用、合金液中新相的形成涉及冶金热力学和冶金物理化学。

“没有冶金就没有铸造”。在中国古代，冶金与铸造是不分的，通常认为铸造就是冶金。因此，冶金原理是铸造专业的一门专业基础课，研究铸造合金熔炼、浇注过程和金属/铸型界面作用过程中热力学共性问题均需要用到该课程的知识，该课程是指导铸造合金熔炼过程中化学成分控制、坩埚炉衬材料选择以及浇铸过程中缺陷预防的基础理论之一，是铸造专业铸造合金及熔炼、 造型材料以及铸造工艺学等课程的理论基础之一。通过对本课程的学习，使学生掌握冶金过程的基本原理，培养学生分析和解决冶金过程理论和实际问题的能力，为后续专业课程的学习和工作实践奠定基础。目前，很多学校铸造专业开设冶金原理课。相对于冶金专业的80学时，铸造专业通常仅有32学时，必须进行教学内容优化。

1 教学大纲设计

目前的教材均是针对冶金专业编写的[1-4]，为了满足铸造专业学生对冶金学知识的要求，同时符合学校设计的32时的要求，本文重新为铸造专业的学生设计了冶金原理教学大纲。因为铸造专业主要应用火法冶，而湿法冶金几乎不涉及，电冶金也涉及较少，因而本大纲中删除了湿法冶金和电冶金的内容，重点学习火法冶金相关内容，包括热力学、动力学及其应用。新编制铸造专业教学大纲具体内容如表1所示。按照新编制的大纲学习，学生可以迅速掌握与铸造专业相关的冶金学原理知识及相关的应用。

表1 铸造专业冶金原理教学大纲

2 课堂教学

关于高校课堂教学方法已有大量文献述及[5-7]，本文仅针对铸造专业冶金原理课程，谈几点笔者近年来的课堂教学方法与体会。

2.1 激发学生的学习兴趣

兴趣是最好的老师，学生对课堂教学内容是否感兴趣直接关系到教学效果。本课程一般在大学四年级开设，学生面临毕业后工作的压力，也有很多学生要准备研究生入学考试，这个阶段学生普通学习兴趣不高。冶金原理课重在讲解冶金过程中的物理化学原理，公式很多，如果学生无法跟上教师讲课的节奏，也就难以理解后面的内容。提高学生的兴趣成为课堂教学成败的关键。

第一，教学过程中讨论学生感兴趣相关知识。如在讲授钢铁冶金时，让学生讨论为什么杨过的玄铁剑那么硬。很多青年学生都有一个武侠梦，对金庸先生的武侠小说很感兴趣，当时有学生回答：这把剑是由天外来石炼成的，经分析是陨石，为什么硬度高呢？从材料学的角度进行分析，这块石头含的合金元素与普通钢不同，最终学生得出了分析结果，可能陨石中钨元素含量比较高，经过冶炼后，其成分接近高速钢，所以硬度高。这样，通过学生感兴趣的点，既学习了本课程的知识，又锻炼了学生分析问题的能力，还加深了学生对以前所学知识的理解，可谓“一举三得”。

第二，合理利用多媒体。科学技术的迅速发展为多媒体教学提供了良好的条件，由于图文声像并茂，能够多角度调动学生的情绪、注意力和兴趣，多媒体教学已成为课堂教学的重要部分。讲授该课程时可以利用多媒体播放铸造合金熔炼、精炼及烧注过程，讲解铸造过程中可能涉及的冶金原理，使学生可以更好地将该课程的知识与自己的专业联系起来。中国五千年的文明史也是冶金与铸造技术的发展史，课堂教学过程中可以利用多媒体给学生展示各个历史时期的典型铸造产品及冶金技术，在博物馆里可以找到这些素材，这些直观的视觉冲击可以引起学生学习的兴趣。

2.2 理出课程教学主线

冶金原理课程知识信息量大，有限的课程学时无法讲解其全部内容，理出教学主线显得尤为重要。作者讲解的主线为：冶金热力学原理为基础，氧势图为其载体。在设计的教学大纲中安排了大量的学时讲解冶金热力学的基本原理，因为这是后面章节学习的基础，熟练掌握了冶金热力学原理，后面的章节学习就很容易，氧势图是冶金热力学基本原理的一个具体应用，最后三章内容涉及化合物的形成分解、氧化物还原熔炼反应及氧化熔炼反应，均能以氧势图为载体进行讲解。通过理出课程教学主线，可以使学生清晰的了解课程的主要教学内容，有助于学生更好的理解掌握相关知识点。

2.3 课程相关的前沿研究方向介绍与科研成果展示

美国学生高中时代已开始科学研究，而中国学生大学四年级做毕业设计时才开始接触科学研究，并非中国学生不喜欢科学试验，而是教育体系所限。目前，大学教师都从事科学研究，每名教师都有责任将与课程相关的前沿研究方向和最新科研成果介绍给学生。笔者在讲课过程中，经常插入一些与该部分课程内容相关的新发表的成果。新的成果由于不成熟，有些成果甚至还有争议，编制的教材上一般不会选用，将这成果介绍给学生，可以让学生了解学科的前沿知识内容，满足学生猎奇心理，感兴趣的点也许成为学生今后事业的努力方向。笔者从事难熔合金的粉末冶金研究，对每一届学生都抽出时间专门介绍近年来本课题组在这方面的研究成果，自己研究的方向能够讲得比较深入、透彻，讲授过程中不仅与学生分享成功的成果，也分享科研过程中失败的经历。

3 结束语

冶金原理是铸造专业的一门重要的专业基础课，因教学学时所限，须对教学内容进行取舍，取舍的原则必须满足铸造专业学生对冶金学知识的要求。课堂教学须引起学生的学习兴趣，作为专业课教师，讲授该课程应该理论联系实际，从科学研究的角度探讨课程的知识点可以激发出学生的好奇心，进一步引起学生学习的兴趣，该教学方法也可尝试用于其他专业课程的教学。

参考文献

[1] 黄希祜.钢铁冶金原理[M].北京:冶金工业出版社,2005.

[2] 李洪桂.冶金原理[M].北京:科学出版社,2005.

[3] 傅崇说.有色冶金原理[M].北京:冶金工业出版社,1992.

[4] 赵俊学.冶金原理[M].西安:西北工业大学出版社,2002.

[5] 刘瑞玲,王军,王会霞,梁志敏.金属成型理论基础课程建设与教学改革实践[J].中国现代教育装备,2014,207(23):5-6.

[6] 黄良仙,刘侠,刘冰.近化学专业无机及分析化学课程教学改革探索与实践[J].中国现代教育装备,2015,225(9):49-51.

[7] 张军红,鲁艺,何冶军.冶金工程专业卓越工程师创新能力培养[J].中国冶金教育,2015(3):30-32.

Exploration and Practice of Teaching Innovation in Principles of Metallurgy Course for Foundry

Xu Liujie1,2, Li Xiuqing1
1. Engineering Research Center of Tribology and Materials Protection, Ministry of Education, Henan University of Science and Technology, Luoyang, 471003, China
2. School of materials science and engineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang, 471003, China

Abstract:The principle of metallurgy is an important basic technical course for foundry major. In view of the features of the knowledge and characteristics of teaching, the course syllabus for principles of metallurgy was designed. The classroom teaching methods were discussed, which related to stimulating students' interests in studies, sorting out teaching main line, introducing frontier research field and displaying their scientific achievements.

Key words:foundry; principle of metallurgy; course syllabus; classroom teaching

收稿日期：2015-10-21

作者简介：徐流杰，博士，副教授。李秀青，博士，讲师。

基金项目：河南省教育科学“十二五”规划重点课题(编号：2012-JKGHAB-0034)；河南省高等教育教学改革研究项目(编号：2012SJGLX140)。