董月成^1,*，李峰¹，刘畅²，李鑫¹

1 南京工业大学 材料科学与工程学院，江苏 南京，211816

2 西北有色金属研究院，陕西 西安，710016

[摘  要]案例教学的主旨是让学生通过对实际案例进行思考与分析，从而更加深入的了解学科内容，提高综合分析能力。将案例教学模式应用在《稀有金属材料加工》课程中，就是将专项研究与具体的工程实例相结合，可以让学生更加了解稀有金属材料加工的工程背景和实际加工过程，调动学生学习的积极性，提高教学质量。

[关键词]案例教学；材料加工；教学质量；学周刊

[基金项目]江苏高校品牌专业建设工程资助项目 项目编号：PPZY2015B128；南京工业大学专业学位研究生案例教学课程建设项目；

南京工业大学专业学位研究生工程实践创新能力培养重点案例建设项目；江苏省研究生科研与实践创新计划项目 项目编号：SJCX19_0324。

[作者简介]董月成（1985-），男（汉族），江苏南京人，博士，讲师，研究方向：钛合金研发及工程化应用，

The application of case teaching mode in the course of “Rare Metal Materials Processing”

Yuecheng Dong ^1,*, Feng Li ¹, Chang Liu ², Xin Li ¹

1 College of Materials Science and Engineering, Nanjing Tech University, Nanjing Jiangsu, 211816

2 Northwest Institute for Non-ferrous Metal Research, Xi'an Shaanxi, 710016

Abstract: The case teaching mode requires students to think and analyze the case under the guidance of the teacher, thus improving the students' comprehensive analysis ability. Applying the case teaching model to the course "Rare Metal Materials Processing" is to combine special research with specific engineering examples. It can help students to understand the engineering background and actual processing of rare metal materials processing better, mobilizing the enthusiasm of students to learn, and improve the quality of teaching.

Keywords: case teaching, material processing, teaching quality

1. 引言

探究材料的加工过程是研究稀有金属材料的一个基础环节，稀有金属材料通过材料加工过程来获取最终的应用成品，因而在金属材料专业开设稀有金属材料加工这门课程至关重要。稀有金属材料主要包括难熔金属（钛、钨、钼、钽、铌、锆、铪、铼）和贵金属（钌、铑、鈀、金、银、铂等）两大类共15种，这些金属在熔点、密度、抗氧化性及变形抗力等物理性能方面有较大差别，加工技术各具特色。其中钛合金作为应用较为广泛的稀有金属材料，具有比强度高、耐腐蚀性能优异、无磁性等优点，在航空航天、舰船、化工、医疗等领域具有重要应用，是重要的战略金属材料，其性能优势越来越被认可。

案例教学法是由美国哈佛法学院前院长朗代尔于1870年最先提出^[1]，之后在1986年美国卡内基小组提出《准备就绪的国家：二十一世纪的教师》的报告书中，特别提出案例教学法在教师资格培训课程中的价值^[2]。

本课程以钛合金为探究对象，根据国内外稀有金属材料及其制备技术发展现状和趋势，以教师参与的科研项目中具体的应用案例为牵引^[3]，帮助学生学习了解稀有金属材料的加工过程和制备工艺，从材料本身出发，系统的探究成分、熔炼、锻造、轧制、热处理等全流程加工工艺对钛合金制品组织和性能的影响。此外，在传统加工方式的基础上，介绍精密铸造、超塑成形/扩散连接、粉末冶金及3D打印等钛合金制品成型新技术，以帮助学生更好的理解传统与新兴技术的区别和互联。稀有金属材料加工是一门与实际工程密切关联的课程，将案例教学法融入到课程教学中是一种很好的教学模式，有助于提高课程的教学效果。

2. 典型案例的选择

教育者们都认为兴趣是最好的老师^[4]，但是学生在上专业课程的时候，常常因为从未有过实践经验而难以理解老师所讲解的理论知识，从而对课程的学习失去兴趣甚至失去信心，因而如何提高学生的上课积极性以及对学习的信心是每位老师一直在追求和探索的。在工学课程中，由于课程与实际联系紧密，因而对于这个方面的探索显得格外重要。《稀有金属材料加工》课程是结合实际工况进行研究和探索的一门课程，使用案例教学的授课模式可以很好的结合实际，通过案例教学这种特殊的授课方式，弥补传统教学的不足，让学生不单单从理论知识上对课程进行认知和学习，锻炼学生将理论知识与实践结合的能力，使得学生能够了解和参与到工程实践及科研项目中来，从而进一步提高学生的综合能力和素质^[5,6]。因此，对于课程中案例的选择就要求其必须具有一定的特性，通常应该具有以下几条要求^[7]：

（1）案例需要具有典型性和目标性。在实际的稀有金属材料加工中，由于材料的不同，成品性能尺寸要求不同，加工方法的选择会大相径庭，因此在选择案例时，应该注重课程教学的最终目标，根据目标去有针对性的选择案例；

（2）案例需要具有真实可靠性。对于学生来说，所学课程是一个新的领域，只有常见的典型的案例才能让学生对课程有切身的体会，激起学生学习的积极性，对所学内容有更深入的了解，从而起到引导学生学习的作用；

（3）案例分析讨论的难度需要适中。随着学生对课程认知地逐步深入，案例的难度不断提高，案例的难度与学生学习的进度应保持一致，使学生逐步获取知识，保证学生学习的积极性。

3. 案例教学的具体内容

稀有金属材料加工课程将钛合金作为研究和建设对象的代表，从实践出发，根据钛合金制品的加工过程，对传统加工流程中的熔炼以及热加工这两种主要影响钛合金制品组织和性能的加工流程进行相关案例分析，较为系统的向学生展示以钛合金为代表的稀有金属材料加工方面的知识。首先通过案例让学生对于钛合金制品的制备过程有整体上的认知，之后再布置新型钛合金的制备任务，让学生通过之前的认知进行分组讨论并设计新型钛合金的整个制备工艺，巩固之前学到的知识。

3.1 钛合金的熔炼

要想获取钛合金制品，首先第一环节就是钛合金的熔炼，在整个钛合金的制备过程中，它是保证钛合金最终制品具有优异性能最重要最关键的一环，其熔炼的优劣直接影响到后续加工的成品的性能指标是否达到产品要求。主要通过防止熔炼过程中成分偏析，控制杂质含量等手段获得高品质的均匀铸锭。案例选择最常用的TC4钛合金，向学生展示该合金的基本熔炼过程，主要包括：

（1）原始物料的准备。根据最终需要的铸锭尺寸以及成本确定所需的合金元素的添加方式，例如，铸锭尺寸较大，如要添加Fe元素，则可以选择纯度较高的铁钉，铸锭尺寸较小，则可以选择纯度较高的纯铁颗粒；

（2）坩埚的选择。同样根据铸锭尺寸选择坩埚的大小；

（3）冷却速度的控制。冷却速度过快会导致缺陷的产生。

在整个展示过程中不断引导学生思考如何能够使得熔炼更加均匀的进行，怎么样才能降低杂质元素，例如碳氮氧氢这类元素的实际含量，从而获取成分均匀稳定的TC4铸锭，最后再思考这些步骤对于所有钛合金铸锭是否都适用。通过案例教学，让学生对于材料的第一步制备工艺有一定的了解。

3.2 钛合金的锻造

钛合金的热加工是获得合金制品的第二个环节，最常用的是锻造工艺，它也是控制制品组织和性能的关键环节，在这一步中细化晶粒、保证组织变形均匀以及防止加工过程裂纹生成等是这一环节的重点。同样也从TC4合金的案例出发，具体展示的锻造过程可以分为以下几步：

（1）确定锻造的具体工艺参数。根据最终成品所需的组织与性能确定锻造火次以及锻造温度；

（2）确定锻造前的保温时间。根据样品的厚度确定一个省时省钱的保温时间；

（3）随时观察锻造的样品，如表面开裂则及时结束本火次的锻造。

锻造过程中让学生对于锻造工艺的前期准备、加工过程以及后续处理有一定的认知，并在整个过程中思考，锻造工艺细化合金晶粒，保证合金组织均匀化的原因所在。通过TC4钛合金的案例，让学生能够对钛合金制品的热加工工艺有初步的认知。

4. 结束语

在对稀有金属材料加工课程进行教学时，通过采用案例教学模式，让学生更加了解实际加工过程，对实际工况有比较清晰的认识，建立起稀有金属材料实际加工过程的整个系统，通过将理论与实际很好地结合，使得学生能够看得懂，并且能清楚地理解一些比较抽象的理论知识，能够牢记加工过程中涉及的理论知识，同时锻炼学生独自思考的能力，提高学生的学习热情，提高整个课程的教学质量。

参考文献

[1] 曹键财, 谢东莹. 共探职业指导课程设计与案例的融合[J]. 课程教育研究, 2013(7):35.

[2] 宋向荣, 吴杰, 姜文安. 工程案例及其在材料力学课程中的综合实践教学应用[J]. 中国教育技术装备, 2017(8):141-143.

[3] 林碧兰. 案例教学法在材料性能学课程教学中的应用[J]. 中国冶金教育, 2014(4):26-28.

[4] 孙昊, 李涛, 吴忠旺. 案例教学在材料性能学课程教学中的应用[J]. 中国现代教育装备, 2016(3):71-73.

[5] 刘倩雯. 案例教学法的应用技巧[J]. 课程教育研究, 2015(16):6-7.

文稿来源：教育教学论坛编辑部 网址：www.jyjxlt.com