Информационные технологии в современном учебном процессе

Линия ABCD соответствует температурам, выше которых сплав находится в жидком состоянии (линия ликвидус).

Линия AECF – линия конца затвердевания (линия солидус). 
Линии GSE и PSK – объясняют происходящие изменения в структуре в твердом состоянии.

При температуре 1147 0С линия ECF имеет место эвтектическое превращение:

ЖС   Л (А+Ц).

Эвтектическая смесь аустенита, концентрацией 2,14%С и цементита получила название ледебурит(Л). Сплавы, которые кристаллизуются с образованием ледебурита, являются белыми чугунами. 
Подробнее рассмотрим стальной участок (до 2,14%С). 
Начало распада аустенита происходит в зависимости от содержания углерода при температурах, соответствующих линии GSE. Линия GS (А3) очень важная критическая точка для сталей:

А Ф

Линия PSK (727 0С) – линия эвтектоидного превращения. Аустенит состава точки S (0,8%С) распадается на смесь двух фаз: Ф+Ц. 
Это эвтектоид, называемый перлитом (подобный жемчугу: шлиф имеет перламутровый блеск) в отличие от эвтектики, образующейся при первичной кристаллизации. Перлит, полученный при обычных условиях охлаждения, имеет пластинчатое строение: в мягкой основной массе феррита очень близко параллельно друг другу уложены мельчайшие твердые пластинки цементита.

Линия PSK(А1). Линия PQ при охлаждении отвечает температурам начала выделения из феррита третичного цементита (ЦIII) в результате уменьшения растворимости углерода в феррите с понижением температуры.

 

3.2.4   Виды сплавов

Сплавы с содержанием углерода менее 0,02%С (техническое железо) 
Рис.5

До температуры А3 сплавы находятся в аустенитном состоянии, состоят из зерен аустенита. При комнатной температуре сплавы состоит только из зерен феррита (до 0,008%С). Сплавы с концентрацией углерода в интервале 0,008-0,02% при комнатной температуре состоят из феррита и цементита, выделяющегося из феррита при охлаждении в результате уменьшения в нем растворимости в нем углерода. Этот цементит называется третичным (ЦIII) и выделяется он по границам зерен феррита.

Доэвтектоидная сталь (содержание углерода в интервале 0,02-0,8%) Рис.6  
До температуры критической точки А3 сталь находится в аустенитном состоянии. В интервале температурА3-А1происходит превращение аустенита в феррит. Но феррит содержит мало углерода, поэтому перекристаллизация аустенита в феррит сопровождается перемещением углерода в объемы, еще занятые аустенитом, и аустенит обогащается углеродом. 
Изменение концентрации углерода  в аустените показано на диаграмме линией GS.

По мере понижения температуры количество феррита увеличивается, количество аустенита уменьшается.

По достижении А1 727 0С оставшийся аустенит с содержанием углерода 0,8% (точка S) распадается с образованием эвтектоида (Ф+Ц), т.е. перлита. 
При дальнейшем охлаждении растворимость углерода в феррите уменьшается (линия PQ). Из феррита выделяется третичный цементит, он в структуре стали виден не будет, т.к. присоединяется к цементиту, входящему в перлит.

Эвтектоидная сталь (содержание углерода 0,8%)  
Рис.7

До температуры А1 сталь находится в аустенитном состоянии. При этой температуре в стали происходит эвтектоидное превращение аустенита в феррито-цементитную смесь, т.е перлит: А0,8 Ф0,02+Ц. 
Таким образом, после полного охлаждения структура стали с содержанием углерода 0,8% будет состоять только из перлита пластинчатого (а) или зернистого (б).

Заэвтектоидная сталь (содержание углерода в интервале 0,8-2,14%) Рис.8

Сталь, содержащая углерод в интервале 0,8-2,14% находится в аустенитном состоянии до температуры точки Асm. При этой температуре аустенит оказывается предельно насыщен углеродом. При дальнейшем охлаждении содержание углерода в аустените уменьшается по линии ES. При этом в интервале температур Асm-А1выделяется углерод, который образует вторичный цементит (ЦII). Аустенит обедняется углеродом до концентрации 0,8% и при температуре критической точки А1 претерпевает эвтектоидное превращение. По окончании этого превращения структура стали складывается из двух составляющих - перлита и цементита вторичного.

3.2.5   Эвтектоидное превращение в стали.

Перлит является продуктом эвтектоидного превращения аустенита. В результате эвтектоидного превращения образуются две фазы, которые резко отличаются от исходной фазы аустенита: феррит содержит 0,02%С, концентрация углерода в цементите 6,67%, тогда как в аустените содержится 0,8%С. Значит, по мере развития эвтектоидного превращения должно произойти перераспределение атомов углерода, который содержится в аустените, между ферритом и цементитом. Следовательно, эвтектоидное превращение – диффузионное превращение.

Эвтектоидное превращение подчиняется общим законам кристаллизации и происходит путем образования центров кристаллизации феррита и цементита и роста кристаллов этих фаз в твердом состоянии. 
Центры цементита возникают преимущественно у границ аустенитных зерен и растут в форме тонких пластин вглубь зерен. Для роста центра кристаллизации цементита требуется диффузия к нему углерода из соседних участков аустенита. В результате аустенит, окружающий пластинку цементита, обедняется углеродом и создаются условия для его перекристаллизации в феррит. И тогда по обе стороны от цементитной пластинки возникают и растут пластинки феррита. 
Рост ферритной пластинки приводит к вытеснению углерода в соседние участки аустенита, и на этих участках из него выделяется цементит. Попеременное образование пластин феррита и цементиа сопровождается продольным ростом этих пластин и приводит к формированию перлитной колонии с одинаково ориентированными пластинками феррита и цементита. Так образуется перлитное зерно. Поверхность перлитного зерна сама становится границей, от которой начинается формирование другого перлитного зерна.

Толщина феррита и цементита в перлите неодинакова. Пластинки феррита в среднем в 7,7 раза толще пластинок цементита. В условиях медленного охлаждения образуется крупнопластинчатый перлит. При ускоренном охлаждении образуется более тонкопластинчатый перлит. Пластинки феррита и цементита в таком перлите можно увидеть только под электронным микроскопом. С уменьшением толщины пластин перлита увеличивается твердость и прочность стали. Изменяя скорость охлаждения, можно получить перлит разной дисперсности и, таким образом, регулировать свойства стали.

 

 

 

3.3 Методика организации лекционного занятия по курсу "Материаловедение"

 

В педагогической литературе рекомендуется использовать лекционную модель (расширенный план лекции), которая используется при чтении лекции. Лекционная модель может печататься в нескольких экземплярах, в ней расставляются все обходимые логические ударения, помещаются нужные иллюстрации.

Вводную часть лекции целесообразно начинать с формулировки ее темы и цели, чтобы избежать ее декларативности и неопределенности в изложении материала. Сообщение плана лекции обеспечивает на 10-12% более полное запоминание материала, чем на той же лекции, но без оглашения плана.

Основная часть лекции. Необходимо максимально использовать первые 15-20 минут - период "глубокого" внимания слушателей. Далее наступают утомление и снижение внимания. Максимальное падение работоспособности студентов отмечается многими исследователями примерно к 40-й минуте лекции. Чтобы преодолеть этот критический период, в арсенале лектора должны быть свои приемы. Возможен переход на шутливый тон изложения. Можно задать вопрос аудитории и попросить любого студента ответить на него. Можно прочесть какую-либо цитату и в это время позволить слушателям сделать минутную гимнастику для пальцев и даже поговорить с соседом.

Затем необходимо вернуть аудиторию к прежнему ритму работы. Целесообразно предварительно рассчитывать скорость подачи информации. Задача лектора состоит в том, чтобы увлечь слушателей и превратить непроизвольное внимание в произвольное. Это обычно достигается через пробуждение и поддерживание у слушателей интереса к лекции и предполагает:

- включение всех теоретических  суждений в систему конкретных  примеров и понятий, знакомых  студентам, иллюстрирующих связь  излагаемого материала с практикой;

- обращение к параллельно  читаемым дисциплинам;

- иллюстрацию значения  конкретной дисциплины в системе  научного знания;

- апелляцию к непосредственным  интересам аудитории ("Курсовые работы будут строиться на основных положениях сегодняшней лекции..."); "Материал по данной тематике отсутствует в имеющихся учебниках, по которым вы готовитесь к экзаменам..." и т.д.).

Необходимо отметить, что и поныне важным и во многом универсальным средством наглядности остается меловая доска, использование которой также имеет свои правила и преимущества. Важно помнить, что аудитория сначала обращает внимание на то, как написано, а потом - что написано на доске. Заполнять доску следует слева направо и сверху вниз так, как мы пишем на листе бумаги. Обычные размеры досок таковы, что при использовании самой нижней ее части некоторые студенты в большой аудитории (более 70 человек) вынуждены приподниматься с мест, поэтому эту часть доски следует использовать по возможности реже.

Проводить горизонтальные или слабонаклонные линии лектору труднее, чем вертикальные или круто наклонные. Объясняется это тем, что он расположен относительно чертежа несимметрично. В противном случае лектор должен был бы стоять спиной к аудитории, а это недопустимо. Надо следить за тем, чтобы горизонтальная линия не "ушла" вверх или вниз, и чтобы в ней не появился излом. Прямоугольник изобразить проще, чем окружность. Последнюю не рекомендуется вычерчивать полностью, не отрывая мела от доски. Удобнее составить ее из двух полуокружностей. Периодически следует контролировать свое написание на доске, отходя на несколько шагов назад и в сторону, чтобы увидеть доску в отдалении.

Следует помнить, что изображенное на доске, как правило, переносится слушателями в конспекты. Поэтому представляемая на доске информация должна быть в виде упрощенных схем, уменьшающих шансы аудитории запутаться в них и неправильно скопировать. Наиболее важные слова необходимо выделять рамкой, другим цветом или иным образом.

Вести запись молча нежелательно, так как при этом теряется контакт, с аудиторией и не рационально расходуется время. Более целесообразно начать объяснение одновременно с вычерчиванием. Необходимо, чтобы студенты вначале уяснили суть изображенного, а лишь после этого начали перерисовывать в конспект. Вытирать доску следует лишь слегка влажной тряпкой (поролоном), одновременно продолжая свою речь.

Для повышения познавательной активности студентов лектор может использовать ряд приемов:

- постановка перед студентами  вопросов - риторических или требующих  реального ответа;

- включение в лекцию  элементов беседы;

- предложение сформулировать  те или иные положения или  определения;

- разбивка аудитории на  микро группы, которые проводят  краткие обсуждения и обмениваются  их результатами;

- использование раздаточного  материала, в том числе конспектов  с печатной основой и др.

Повышению познавательной активности студентов способствует умение лектора доходчиво отвечать на вопросы. На лекции при ответах на вопросы не снижается значение особенностей публичного выступления: ответ лучше дать сразу, четко, и в расчете на реакцию всей аудитории, в значительной мере экспромтом. Один неудачный ответ может ухудшить впечатление от всей лекции. У студентов не без оснований распространено мнение, что в ответах на вопросы наиболее отчетливо проявляется эрудиция преподавателя.

Тщательно надо продумать заключительную часть лекции, повторить ее положения, а на следующей лекции начать именно с них. Заключительная часть лекции предполагает подведение итогов, обобщение прочитанного и уже знакомого из самостоятельно изученного студентами материала, формулировку выводов и т.д. Здесь преследуется цель ориентировать студентов на самостоятельную работу. Для этого может быть рекомендована литература по изучаемой проблематике, разъяснено, какие вопросы выносятся на семинарские занятия, а какие необходимо изучить самостоятельно. В самом конце лекции следует ответить на вопросы студентов, возможно поступившие в форме записок (о такой возможности надо предупредить студентов заранее). Со студентами, проявившими интерес к теме лекции, желательно побеседовать после ее окончания, пригласить их на консультацию для продолжения разговора. Отвечая на наивные или нелепые вопросы надо щадить самолюбие студента, малейшая бестактность при этом может привести к потере контакта с аудиторией. Научить же людей чему-либо можно лишь, сохраняя с ними хорошие отношения.

Обратная связь лектора и аудитории осуществляется с целью контроля прочности усвоения знаний. Первая функция такого контроля - способ получения лектором представления об учебном процессе с целью внесения необходимых корректив. Вторая - способ психологического воздействия на студентов, активизирующий их продуктивную деятельность.

При чтении лекций текущий контроль осуществляется спонтанно по типу несловесной, подсознательной обратной связи, то есть тех сигналов, которые слушатель предлагает лектору, не осознавая это (взгляды, выражение удивления, припоминания).

В аудиториях, оборудованных современными компьютерными системами, организация такой работы не вызывает особых трудностей. В случае отсутствия подобных условий можно использовать раздаточный материал (карточки, тесты, шаблоны и т.д.), которые лектор раздает перед опросом и собирает после него. Раздача и сбор карточек в потоке из 100 студентов, как показывает опыт, продолжается всего 5 минут, выполнение студентами контрольных заданий - 10-12 минут, восстановление обстановки для прочтения лекции - 1-3 минуты.

Организация текущего контроля успеваемости требует расчленения учебного материала на сравнительно небольшие дозы. При определении рационального размера этих доз руководствуются двумя факторами: интервалом между смежными опросами (частота опросов) и содержанием задания в соответствии с системой разбивки курса лекций на темы. Опыт показывает, что рациональный интервал соответствует в среднем одному опросу за 6-8 часов лекций. В тоже время желательно, чтобы каждый опрос включал одну тему целиком или одну ее часть, имеющую самостоятельное значение.