基于核心素养的《金属材料与热处理》校本教材开发与利用

    姜淑云

    摘 要：随着新课程改革的深入开展，学生核心素养的培育越来越得到学校与社会的重视，成为教育教学改革的新目标。在中职校机械类课程教学中，学校可以在校本教材这个环节上培育学生的核心素养，在开发校本教材的过程中顺应时代的发展，落实立德树人的根本任务，提升机械课程教学的实用性和有效性，同时也促进教师的专业发展。

    关键词：核心素养;金属材料与热处理;校本教材;开发与利用

    一、开发的意义

    （一）顺应时代的变化和课程改革的趋势

    《金属材料与热处理》是中职校机械类专业的一门重要的专业基础课，包括金属学基础知识、金属材料、热处理三大方面的内容。理论概念术语多，实践操作环节多。对于刚刚初中毕业进入中职校，毫无生产实践经验的学生来说，学习起来枯燥且抽象，难以理解。为使教材内容更加易于理解，培养出符合本地机械工业需求的一线技能人才，同时更好的反映新知识、新技术、新材料，结合当前教学改革的要求，笔者经过十多年的教学实践，结合本校学生的学习特点，总结出了一些教材内容校本化的方法，在教材中融入先进的教学理念和教学方法，重视将一些抽象的理论内容叙述得更形象、更生动，并且在教材中加强了实践性教学环节，让学生理论与实践紧密结合，构建职业教育“做中学”“学中做”的学习过程，体现专业特色，让学生在观察和实践中不断加深对知识的理解和掌握，以求得最佳的教学效果。

    （二）创新教学方法和手段，提高学生的学习兴趣

    在中职机械课程教学中，学生是否对专业知识有浓厚的学习兴趣，尤其显得重要。如果有兴趣，学生就能从日常学习中感受到乐趣，课堂表现更为认真积极、思维活跃，课后主动获取知识，从而促进了学生核心素养的提高。如果无兴趣，就会产生厌烦情绪，从而影响学习效果。所以，教师在利用校本教材进行教学时，要注意教学方法与手段的创新，营造和谐良好的课堂氛围，能更加有效地提升学生课堂上的专注力，激发学生上课的积极性和主动性，从而提高学习兴趣。例如，在开发“零件的热处理分析”这一节校本教材时，教师一方面可以利用零件实物模型进行演示，另一方面可以利用多媒体进行辅助教学，运用动画flash软件或视频，让学生直观的看到热处理的具体操作方法和整个过程。在作业布置环节，教师可以布置线上作业，让学生自由组合成若干学习小组，团队合作，上网自行完成零件的热处理方法设计，并在下节课堂上与其他组同学分享。

    （三）更新教师教学设计理念，促进教师专业发展

    在提高《金属材料与热处理》校本教材的开发质量时，有两个重要因素不容忽视。一为教师的教学设计理念。如果按照常规的教学设计理念，开发校本教材时，教师会不由自主地融入个人理解，使教材开发变得墨守成规、因循守旧。二为教师的专业水平。如果专业水平不足，则无法深刻理解教材中的专业知识，也就难以对教材进一步更好地开发，从而影响开发质量。因此，教师在日常教学中也要具备机械学科的教师核心素养，明确在教学中培养学生的工匠精神、创新创造精神，增强学生不断学习、终生学习的思想信念。同时，不断完善自身的教育理念，主动搜集国内外新型金属材料以及热处理的先进工艺和成果，在校本教材内容中体现出来。在促进自身教学理念更新和专业水平提升的同时，保证校本教材的内容能做到与时俱进。

    二、校本课例：零件的热处理分析

    “零件的热处理分析”是《金属材料与热处理》之“钢的热处理”一章中的一节。这节内容是在热处理的原理及分类、钢在加热及冷却时的组织转变、热处理的基本方法、钢的表面热处理这四节内容之后进行教学的。这节内容是对前面四节专业理论知识的一个综合性运用。学生只有较好的理解和掌握了之前所学，才能运用之前所学对各类典型零件进行合理的热处理分析。

    （一）典型零件1：汽车变速齿轮

    汽车变速齿轮是汽车上非常重要的传动零件，工作时，齿面和内花键孔表面主要承受摩擦载荷，在变速时，整个齿轮除了承受较大的扭转载荷之外，还要承受一定的冲击载荷。该齿轮在工作中，要求具有“外硬内韧”这样的力学性能，因此考虑选用淬透性好的合金渗碳钢20CrMnTi的锻件毛坯。在工艺路线中穿插运用了三次热处理。其中正火的作用是降低钢的硬度，改善切削性能，消除毛坯在锻造时产生的内应力，细化晶粒，均匀组织。渗碳的作用是保证变速齿轮齿面的含碳量不低于0.85%，渗碳安排在齿面粗加工之后，精加工之前，并根据粗加工后的加工余量来确定渗碳层深度。淬火加低温回火的作用是使零件表面获得有足够硬度的针状高碳马氏体，心部获得有较高强度和韧性的板条状低碳，从而达到表里性能不同的目的。

    （二）典型零件2：普通齿轮

    普通齿轮是现代机械中应用非常广泛的传动零件。工作时，要有足够的强度、硬度和耐磨性，要有一定的冲击韧性，良好的切削加工性能。因此考虑选用最常用的具有良好综合机械性能的优质碳素结构钢45钢的锻件毛坯。在工艺路线中运用了两次热处理。其中正火的作用是降低钢的硬度，改善切削性能，消除锻造内应力，细化晶粒，均匀组织。调质的作用是获得回火索氏体，保证齿轮轴整体具有较高的综合力学性能，即较高的强度硬度和良好的塑性韧性，满足零件在工作中的使用性能要求。

    （三）典型零件3：汽车传动齿轮轴

    汽车传动齿轮轴在工作时，其工作条件与变速齿轮相类似，但其光轴部分还要与座体上的齿轮相配合，所以其上的花键轴和齿轮要承受更大的载荷。因此考虑选用综合机械性能好的合金调质钢40Cr的锻件毛坯。在工艺路线中穿插运用了三次热处理。其中正火的作用是降低钢的硬度，改善切削性能，消除锻造内应力，细化晶粒，均匀组织。調质的作用是获得回火索氏体，保证齿轮轴整体具有较高的综合力学性能。表面淬火加低温回火的作用是使花键、齿轮齿廓部分表面获得具有足够硬度的针状马氏体，心部仍保持之前调质处理后有较高综合力学性能的回火索氏体。

    （四）典型零件4：弹簧

    弹簧、板簧等弹性零件是各类机器和仪表中的重要零件，需要具有足够的强度、塑性韧性和良好的弹性因此考虑选用合金弹簧钢60Si2Mn。根据加工方法的不同，弹簧分冷成形、热成形两种。冷成形弹簧的热处理是采用冷拉弹簧钢丝冷绕成形之后用去应力退火消除冷绕过程中产生的内应力。热成形弹簧是在热成形后进行淬火加中温回火，获得具有较高强度、足够韧性和弹性的回火屈氏体，满足其使用性能要求。

    （五）典型零件5：锉刀

    锉刀是常用的钳工手动工具。锉削时切削速度较低，故对锉刀的热硬性要求不高，但需要有足够的硬度和耐磨性。锉柄的硬度不能高，要有足够的塑性、韧性，防止使用时断裂伤人。因此考虑选用T12钢的锻件毛坯。在工艺路线中穿插运用了三次热处理。其中正火、球化退火是预备热处理，正火是为了消除钢中存在的网状二次渗碳体组织，同时消除锻造内应力，细化晶粒。球化退火的作用是为了降低硬度，改善切削性能，获得球状珠光体。锉身局部淬火+低温回火是为了使锉身获得回火马氏体，具有足够的硬度和耐磨性。

    三、校本教材使用后的效果反馈和实践反思

    （一）校本教材使用后的效果反馈

    该节内容在整本教材内容中属于重要章节，是对热处理相关理论知识的综合性运用。学生在学习时普遍觉得有较大难度。原因有二：一为之前的热处理基础知识掌握的不够扎实，对热处理的基本方法和用途不够理解。二为缺乏实践经验，对典型零件的工作场合和工作状态，所需要的性能要求不够了解。所以不能做到灵活运用、举一反三。在使用校本教材之后，学生了解了这些典型零件的工作特点和用途，理解了它们在加工工艺路线中的安排位置，掌握了如何选择热处理的基本方法对它们进行合理的热处理，从而使它们具有相应的力学性能，满足零件的使用要求。

    （二）实践反思

    1.加深了本校学生对机械专业知识的理解

    校本教材的开发是基于本校学生对统一教材内容难以理解的基础上进行重新整合编写的，更加适合本校学生对课程内容的理解，在课堂学习、日常见习和三年级顶岗实习的时候都会接触运用到，所以能更有效提高本校学生对金属材料与热处理知识的理解和运用，提升了学生的核心素养。

    2.缺乏有效的校本课程评价标准

    校本课程设置评价、课程方案评价、课堂实施评价、学生学习情况评价，是一个完整的校本课程评价至少应该包括的四个方面，这些方面都要有有效的评价标准。除了要有详细的校本课程评价细则，还要求具有较强的实践可操作性。在有助于学生的核心素养发展的同时，也有助于教师的教学反思和专业发展。而这些方面是缺乏的。

    3.缺乏长期有效的课程资源整合机制

    机械专业课程是综合性课程，仅靠某一门课程的教师，想要开发出高质量的校本教材满足本校师生使用，确实有着比较大的难度。《金属材料与热处理》校本教材的开发，是以课题研究为平台进行的一次资源整合，这固然是一种有效的教育教学方式，但不够长久。应建立机械专业跨学科的校本教研协作机制，联合起来长期进行系统性研究，对本学科的教育教学必然会带来更大帮助。

    参考文献：

    [1]教育部.关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见.2014-04-16.

    [2]杨行.基于核心素养的骨干教师培训策略研究[J].中國教师，2017（3）.

    [3]陈立.新课课程理念下创新学生发展核心素养践行策略[J].中小学教学研究，2018（11）.