冶金物理化学课程中三元系相图教学的几点体会.pdf

冶金物理化学课程中三元系相图教学的几点体会 郭敏，郭汉杰，王福明 北京科技大学冶金与生态工程学院物理化学系，北京，100083 摘要：基于冶金物理化学三元系相图的教学特点，本文从教学思想，教学方法和 手段，教学内容的改革等方面就如何激发学生的学习热情，培养学生探究、创新 能力，提高教学效果，给出自己的一些体会和看法。 关键词：冶金物理化学，三元系相图，教学改革 冶金物理化学课程是一门重点介绍冶金物理化学基本概念、基本原理以及在 冶金过程中应用的专业基础课。它是冶金工程专业学生进入大学后最先接触的专 业基础课之一，是学生接受系统的冶金专业训练的开端。课程中所涉及的冶金基 础理论与专业知识是后继专业课的基础，对学生今后冶金工程思维模式和创新意 识的形成起着至关重要的作用。该课程的特点是既要根据学科理论的不断发展传 授新的理论与研究方法，又要根据行业及工艺技术的不断改进而调整教学内容的 重点方向，还要根据行业及社会对人才能力、素质要求的特点对教学方法进行不 断改革。 相图在整个冶金物理化学教学中，是比较难的一个章节。相图是处于平衡状 态下系统的组分、物相和外界条件相互关系的几何描述。由于这部分内容既有较 抽象的理论性，又有较强的实践性，所以讲解难度较大，学生很难理解。然而， 相图在许多科学技术领域早已成为解决实际问题不可缺少的工具。特别是在冶 金、材料研究和生产过程中常遇到的熔盐、熔渣、合金、耐火材料等，均涉及到 多元体系相图。当多元系的热力学性质主要由其中三个组元决定时，可将多元系 简化为三元系。因而，三元系是多元系相图的基础。教学实践表明，由于三元系 相图具有复杂的空间结构，需要学生具有较强的空间想象力，有的学生从刚开始 就产生厌学情绪。随着教学内容难度的增加，有些学生干脆就放弃了本章的学习 [1-2] 。因此，在三元系相图的讲授过程中，如何激发学生的学习兴趣，牢固掌握 相图的基本理论和规律，形成完整清晰的相图知识体系，掌握分析和阅读三元系 相图的方法和技巧，培养学生使用相图基本原理分析三元系相图冷却结晶规律， 1 是教学过程中急待解决的问题。笔者在教学探索与实践中有如下的思考和体会。 （1）注重相图基础知识的讲授，促使学生牢固掌握相图基本概念、基本定 律，并对其有清晰的认识和深刻全面的理解。 根据我校课程设置的特点，冶金物理化学课程是在基础物理化学的基础上设 置的专业基础课，虽然学生对于相图的一些基本概念有了初步的认识，对于简单 的单元系相图以及二元系相图的分析与应用有了一定的了解。但是，由于前期的 知识储备较少，使得学生对于相关概念以及相图中各个特殊区域如点、线、面的 相数和自由度理解不清。三元系相图以二元系相图为基础，在冶金和材料等方面 应用的较为普遍。与二元系相图相比，由于三元系相图是非常复杂的空间立体图 形，需要学生具有较强的空间想象力，如果对于二元相图的基本概念和基本规律 没有理解其本质的话，那么随着学习相图种类的增加和复杂，其学习难度也随之 增大，对于三元系相图乃至实际复杂相图则是很难分析并灵活应用的，这必将对 于后续复杂三元系相图的学习产生不利的影响。因此，在教学过程中，笔者首先 了解清楚学生现有相图知识水平的高低和掌握程度的深浅，在讲授中因势利导， 根据学生的特点及时调整教材的讲授次序，注重先易后难，突出重点，为后面三 元系相图的综合分析打下坚实的基础。 图1 简单共晶型三元系相图 [3-4] 以三元系相图为例 ，在教学过程中，笔者认为（1）浓度三角形中的顶点 （表示纯组分A ，B和C ）、三条边上的点（表示相应两个组分的质量分数）以及 三角形内的点（代表三组分体系）的具体物理含义是学生首先必须掌握的基本知 2 识。（2 ）在此基础上，对于平行线规则、垂线规则、等含量规则、定比例规则、 杠杆规则、重心规则和连线规则的讲授，则是教给学生如何在具体的相图分析中 来进行应用。（3 ）在进行相图分析前，让学生明确所要分析相图中的各个特殊 区域如点、线、面的物理意义、相数、存在