楊世洲　顏凌云　包宗賢　李輝

[摘 要] 為了促進(jìn)材料成型理論課堂教學(xué)效果的提高，采用類(lèi)比法對(duì)課程的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解，實(shí)現(xiàn)了理論知識(shí)的遷移，深化了教學(xué)內(nèi)容，提高了教學(xué)效率和學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣及樂(lè)趣。

[關(guān)鍵詞] 類(lèi)比法；材料成型理論；課堂教學(xué)

如何在課堂有限的時(shí)間里完成教學(xué)任務(wù)并達(dá)到良好的教學(xué)效果？這是大多數(shù)教學(xué)工作者需要思考的問(wèn)題。要提高教學(xué)效率及效果的方式、方法有很多，但并不是所有的方式、方法都能起到良好的作用。因此，眾多教學(xué)工作者在不厭其煩地探索各種教學(xué)方式、方法，以求獲得行之有效的教學(xué)手段。材料成型理論課是材料成型專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，里面的很多內(nèi)容理論性強(qiáng)、很抽象。再加之授課對(duì)象是高職高專(zhuān)的學(xué)生，他們的基礎(chǔ)普遍較差，理解上缺乏融會(huì)貫通，并缺乏舉一反三的學(xué)習(xí)能力，特別是部分文科生學(xué)習(xí)理科課程就更感困難。如何尋求一種行之有效的教學(xué)方法應(yīng)用于材料成型理論課的課堂教學(xué)中，以達(dá)到事半功倍的效果呢？

類(lèi)比法便是作者在教學(xué)過(guò)程中經(jīng)常使用的教學(xué)方法之一。所謂類(lèi)比法是指在新事物與已知事物之間具有類(lèi)似方面作比較并加以遷移的邏輯推理和科學(xué)研究方法。在材料成型理論課中，許多自然科學(xué)的理論在我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常遇到，只不過(guò)我們平時(shí)沒(méi)有注意其中蘊(yùn)藏的道理，所以在學(xué)習(xí)自然科學(xué)方面的課程時(shí)也不能與我們?nèi)粘Ｉ畹氖虑榻Y(jié)合起來(lái)而感覺(jué)到學(xué)習(xí)的知識(shí)枯燥、抽象，進(jìn)一步失去了學(xué)習(xí)的興趣和樂(lè)趣。下面談?wù)勵(lì)惐确ㄔ诓牧铣尚屠碚撜n各個(gè)知識(shí)點(diǎn)教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用的一些例子。

一、金屬晶體中原子規(guī)則排列與隊(duì)列的類(lèi)比

晶體的原子在空間上是按規(guī)則的幾何圖形排列。這個(gè)規(guī)律是用來(lái)區(qū)別非晶體結(jié)構(gòu)材料。金屬晶體中原子的尺度很小，以埃為單位（1埃=103nm）。金屬晶體的微觀結(jié)構(gòu)，需借助高端的檢測(cè)設(shè)備，將其放大幾十萬(wàn)倍，甚至一百多萬(wàn)倍才能分辨出原子。如何才能讓學(xué)生了解晶體原子具有規(guī)則排列規(guī)律呢？這里我們可以將軍隊(duì)隊(duì)列訓(xùn)練時(shí)，方正里士兵的規(guī)則排列進(jìn)行類(lèi)比。每排對(duì)齊，每列對(duì)齊，每條斜線對(duì)齊。每個(gè)士兵在方正里都有固定位置。隊(duì)列在彎曲的公路上行走時(shí)，這個(gè)隊(duì)形就會(huì)呈現(xiàn)不同的形狀。這個(gè)過(guò)程與金屬在模具中進(jìn)行塑性流動(dòng)很類(lèi)似。經(jīng)過(guò)這樣的類(lèi)比，學(xué)生就能很容易理解金屬中原子排列的規(guī)律性以及金屬在外力作用下可以進(jìn)行塑性變形的流動(dòng)。

二、液態(tài)金屬中的非均質(zhì)形核與雨滴的形核類(lèi)比

所謂非均質(zhì)形核就是原子或分子依附在液相中某種固體表面（外來(lái)夾雜物或容器壁上）形核的過(guò)程。這個(gè)概念實(shí)際上已經(jīng)包括了空氣中雨滴的形成條件，以及人工增雨的原理。由于平時(shí)大家對(duì)生活中的事物沒(méi)有過(guò)多的加以思考，所以沒(méi)有與自然科學(xué)原理聯(lián)系起來(lái)。實(shí)際生產(chǎn)中，液態(tài)金屬在進(jìn)行結(jié)晶時(shí)都是按照非均質(zhì)形核進(jìn)行結(jié)晶。因?yàn)榉蔷|(zhì)形核所需要的過(guò)冷度下，臨界形核功小。結(jié)合這個(gè)理論，我們就可以理解當(dāng)空氣中粉塵（外來(lái)質(zhì)點(diǎn)）較多，濕度較大（水分達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)）時(shí)，就很容易下雨。同理也可以理解為何在人工增雨時(shí)需向天空中打催雨彈，其實(shí)質(zhì)就是增加空氣中雨滴形核的外來(lái)質(zhì)點(diǎn)。

三、有關(guān)溫度對(duì)液態(tài)金屬流動(dòng)性影響的類(lèi)比

液態(tài)金屬的流動(dòng)性實(shí)際受粘度的影響。溫度的升高主要是降低了液態(tài)金屬的粘度（在保證不吸氣和金屬液不被氧化的前提下）。粘度實(shí)質(zhì)是反映液態(tài)物體中物質(zhì)相互移動(dòng)的內(nèi)摩擦力大小。粘度越大，液態(tài)物體就越不容易流動(dòng)。可要理解這個(gè)概念是比較困難的。我們可以通過(guò)鋪設(shè)瀝青公路的操作來(lái)解釋。在鋪設(shè)瀝青公路時(shí)，首先是將固態(tài)的瀝青放在一個(gè)桶中加熱熔化，熔化后的瀝青就具有足夠的流動(dòng)性并能順利地與砂石及其它添加物進(jìn)行混合，然后再將混合物鋪設(shè)在公路地基上。瀝青在加熱后熔化并具有足夠流動(dòng)性的原因就是大分子碳?xì)浠衔镌诩訜岷笾ф溁顒?dòng)能力增強(qiáng)并舒展開(kāi)去，減少了大分子與大分子之間相互移動(dòng)的阻力，同時(shí)主鏈的活動(dòng)能力也增強(qiáng)，也是其流動(dòng)性增加的原因之一。液態(tài)金屬隨溫度升高，流動(dòng)性增加也是因?yàn)榻饘僭娱g距增加，活動(dòng)能力增強(qiáng)造成粘度降低的緣故。通過(guò)類(lèi)比，學(xué)生就很容易對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行理解。

四、晶體生長(zhǎng)平面的宏觀與微觀類(lèi)比

液態(tài)金屬在凝固過(guò)程中固—液界面結(jié)構(gòu)最終決定晶體的生長(zhǎng)形態(tài)。當(dāng)固—液界面是平面形態(tài)時(shí)，晶體長(zhǎng)成平面晶；當(dāng)固—液界面凹凸不平時(shí)，晶體長(zhǎng)成胞狀晶，甚至發(fā)展成樹(shù)枝晶。在這里，固—液界面是在宏觀層面上來(lái)區(qū)分其結(jié)構(gòu)，其尺度是以微米為單位。當(dāng)固—液界面從微觀層面，即原子尺度上區(qū)分時(shí)，劃分為粗糙界面和光滑界面。此時(shí)我們能夠看到原子的排列結(jié)構(gòu)。微觀的固—液界面結(jié)構(gòu)是由不同的材料性質(zhì)決定的。金屬材料大多以粗糙界面結(jié)晶，有機(jī)物及無(wú)機(jī)非金屬材料大多以光滑界面結(jié)晶。通過(guò)固—液界面宏觀與微觀的對(duì)比，我們就很容易了解它們的應(yīng)用場(chǎng)合。

五、液態(tài)金屬中氣泡與水中氣泡的類(lèi)比

液態(tài)金屬中氣泡的上浮速度可用斯托克斯公式（如下式）進(jìn)行解釋。從此公式我們可以看出，液態(tài)金屬中氣泡的上浮速度與液態(tài)金屬的密度p1與氣泡的密度p2之差成正比，與氣泡半徑r的平方成正比，與液態(tài)金屬的粘度%`成反比。但如何才能形象地了解到公式中各參數(shù)對(duì)氣泡上升速度的影響呢？這里我們可以用水中氣泡的上浮速度進(jìn)行類(lèi)比。

斯托克斯公式同樣適用于水中氣泡的上浮過(guò)程。當(dāng)我們向清澈的池底丟一石頭時(shí)，在池底會(huì)激起一些氣泡，這些氣泡由于密度比水的密度輕而開(kāi)始慢慢上浮。隨著氣泡的上升，氣泡變得越來(lái)越大，同時(shí)氣泡的上浮速度也越來(lái)越快。當(dāng)氣泡上浮到水面時(shí)，會(huì)以一個(gè)大氣泡的形式而爆裂在水面上。產(chǎn)生這個(gè)現(xiàn)象的原因完全可以用斯托克斯公式進(jìn)行解釋。氣泡在池底產(chǎn)生時(shí)，由于氣泡周?chē)乃畨捍蠖斐蓺馀蓍L(zhǎng)大緩慢，同時(shí)氣泡半徑也小，因此上升速度小。隨著氣泡的上升，其周?chē)乃畨簻p小，氣泡內(nèi)外壓力不平衡而造成氣泡長(zhǎng)大，由于氣泡半徑的增加促使其上升速度增加。氣泡離水面越近，其周?chē)畨涸叫≡接欣谒拈L(zhǎng)大和上浮。最后，一個(gè)大氣泡以很快的上升速度爆裂在水面。需要注意的是水的粘度比液態(tài)金屬小，更促進(jìn)了氣泡在水中的上浮。

六、各種連接方法的類(lèi)比

在我們的生產(chǎn)、生活中連接方式或方法無(wú)處不在。但當(dāng)我們接觸到這些事物時(shí)，是否對(duì)這些連接的方式進(jìn)行過(guò)思考和對(duì)比呢？可能大多數(shù)人對(duì)這些情況都沒(méi)有認(rèn)真去思考過(guò)。那我們遇到的方式有哪些？它們有何區(qū)別？各種連接方式又在哪些場(chǎng)合適用呢？

根據(jù)連接的性質(zhì)，通?？梢苑譃闄C(jī)械連接、焊接、膠接這三類(lèi)。機(jī)械連接包括螺紋連接、銷(xiāo)連接、鍵連接等，這種連接方法的優(yōu)點(diǎn)在于各個(gè)零部件能進(jìn)行拆卸及重新組裝，這便于我們機(jī)器的安裝和維修，它的缺點(diǎn)是涉及的零部件多，需要加工，連接的強(qiáng)度沒(méi)有焊接接頭高（相同尺寸情況下）。焊接是通過(guò)冶金結(jié)合的形式將兩分離的物體在接合處連接起來(lái)的方法。它的優(yōu)點(diǎn)是連接強(qiáng)度高，連接工藝靈活（由簡(jiǎn)單件連接成復(fù)雜件），同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)不同材料的連接；它的缺點(diǎn)是連接處不可拆分，接頭處存在應(yīng)力，工件容易變形、開(kāi)裂。焊接往往適用于鋼材料的連接，在機(jī)械、汽車(chē)、火車(chē)、輪船，石油化學(xué)、航空航天等領(lǐng)域都大量使用。膠接是通過(guò)粘結(jié)劑的物理化學(xué)反應(yīng)將兩分離的物體在連接處連接起來(lái)的一種工藝。膠接的優(yōu)點(diǎn)是適用于各種材料的連接，它主要的缺點(diǎn)是接頭處強(qiáng)度不高，還有在粘結(jié)前需對(duì)接頭處進(jìn)行處理，接頭壽命短。膠接主要用在受力不大的場(chǎng)合進(jìn)行連接，像修補(bǔ)輪胎、書(shū)的裝訂，裱貼，零件表面的修復(fù)，塑料管道的連接等。

總之，通過(guò)類(lèi)比可以將書(shū)本上抽象的、復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化、直觀化，用熟悉的事物去理解未知的事物，有助于學(xué)生的消化、理解，同時(shí)也提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和樂(lè)趣。類(lèi)比教學(xué)法不僅在材料成型理論課教學(xué)中運(yùn)用有效，而且在其他學(xué)科知識(shí)的教學(xué)過(guò)程中也一樣有效。如果類(lèi)比的事物是我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常遇到的，那教學(xué)的效果會(huì)更好。但如何恰當(dāng)、正確地進(jìn)行類(lèi)比，也是我們教學(xué)過(guò)程中需要思考的問(wèn)題。選擇的類(lèi)比事物不恰當(dāng)，效果可能適得其反。因此，類(lèi)比法作為教學(xué)的一種方式或方法，還值得我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中不斷摸索和思考。

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作者簡(jiǎn)介：楊世洲（1972—），男，四川眉山人，博士，副教授，四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向：教學(xué)和科研。