«На основе долгосрочного прогнозирования необходимо понять, с какими

задачами Россия столкнется через 10–15 лет, какие передовые решения

потребуются для того, чтобы обеспечить национальную безопасность,

качество жизни людей, развитие отраслей нового технологического уклада».

Президент РФ Владимир Путин, из послания Федеральному собранию

Методика изучения элементов материаловедения в технологии

Опираясь на свой многолетний опыт работы в школе учителем технологии у мальчиков,

хочется поделиться некоторыми наработками, методами и приёмами в изучении такого

важного раздела технологии, как материаловедение. Я бы посвятила свою статью

«начинающему учителю».

С материаловедением связано изучение многих разделов технологии. Необходимо

сформировать у школьников осмысленное представление о материалах, их свойствах,

способах получения, областях рационального и экономного использования. Последнее

особенно важно, ибо до сего времени отечественные изделия отличает повышенная (по

сравнению с аналогичной продукцией западных стран) материалоёмкость, а это, кроме

всего, экономический фактор.

Современный учитель технологии должен сформировать у учащихся систему понятий,

связанных с материаловедением.

В 5 классе:

1.

Знание того, что для изготовления различных изделий используются разные

материалы, которые обладают специфическими свойствами, что необходимо

учитывать при их обработке. Учащиеся должны знать и уметь различать породы и

пороки древесины.

2.

Как обязательный элемент чертежа марка и наименование конструкционного

материала обозначаются в основной надписи. Следовательно, учащиеся должны

знать обозначение конструкционных материалов в технической документации.

3.

Ознакомление с разметочными, ударными и режущими инструментами,

предполагающее знакомство с материалами, из которых их изготавливают

4.

Знакомство с тонколистовым металлом и проволокой, которое не может быть

полным без знания наиболее значительных технических изобретений 19 и 20

веков (мартеновский бессемеровский, томасовский методы плавки, электролиз,

электрошлаковый переплав и др.), связанных с получением металлов и их сплавов.

В 6 классе:

1.

Все виды пиломатериалов. Общее представление о черных и цветных металлах, о

процессе производства чугуна и стали.

2.

Общее представление об обработке металлов давлением ( прокатка, ковка,

штамповка, обкатка), изготовление изделий из сортового проката, что требует

знания сортаментов.

3.

Ознакомление со способами изготовления заготовок путём заполнения обьёмных

форм (литьё, прессование, порошковая металлургия)

4.

Обработка конструкционных материалов на различны станках, что, естественно,

предполагает знание и использование механических и технологических свойств

этих материалов

7 классе:

1.

Знание видов сталей, влияние содержания углерода на свойства стали, сущность и

основы термической обработки сталей. Определение необходимых данных по

справочнику.

2.

Общие представления о полимерных, композиционных и керамических

материалах, областях их применения. Умение различать образцы полимерных,

композиционных, керамических материалов.

3.

Выбор типовых технологических процессов обработки древесины,металлов и

других материалов.

4.

Умение производить простые расчёты по объёму и стоимости выбранных

материалов.

5.

Знания возможностей технического и художественного конструирования

применительно к свойствам применяемых материалов.

Таким образом, вырисовывается картина последовательного ( с учётом возрастных

возможностей) системного ознакомления учащихся со способами получения и

свойствами конструкционных материалов, что в итоге позволяет осуществить их

осмысленный выбор для использования в конкретных условиях. Это достаточно сложный

материал, непростой для изложения учителем и усвоения учащимися, содержащий много

трудных для понимания технических определений и терминов. Внутреннее строение

материалов и их превращения. Зависимость свойств от содержания тех или других

химических элементов, процессы, происходящие при их обработке и т.д. часто часто

можно увидеть лишь при использовании средств наглядности.

Следует подчеркнуть и другой аспект, играющий важную роль при изучении технологии

конструкционных материалов. По существу, вся история цивилизации связана с их

получением и обработкой – от создания первого бронзового орудия до получения

сверхчистых материалов, необходимых в микропроцессорной технике. Изделий и

сооружений. Большой интерес вызывает рассказ об открытых сравнительно недавно

свойствах памяти металлов и некоторых видов пластмасс, явлении сверхпроводимости,

возможности получения металлов с фантастическими прочностными параметрами путём

выращивания кристаллов из расплавов и многое другое.

Следует показать связь используемых материалов с конструкционными особенностями

изделий и сооружений. Например, рассказать о сотовой конструкции винтов вертолета,

которые выдерживают огромные нагрузки.

Важно объяснить учащимся, что в технике существуют критерии применимости того или

другого материала. Так, стальной кран в водопроводной сети недолговечен, а бронзовая

станина станка хуже чугунной.

Хотя школьники в общем знакомы с металлами, но у них нет ясного представления об их

классификации. Поэтому при объяснении полезна будет простая схема :

Виды металлов и сплавов

Черные

Железо и его сплавы

Цветные

(все остальные металлы и

сплавы)

Следующая схема даст учащимся наглядное представление о видах сталей

Классификация сталей по назначению

конструкционные

Специальные

с особыми

свойствами

инструментальные

Следующий логический шаг – знакомство школьников с различием сталей по их качеству

Классификация сталей по качеству

Обыкновенного

качества

Качественные

Высококачественные

Борьбу с вредными элементами, неизбежно попадающими в металлы при плавлении из

пород и воздуха: серой, фосфором, кислородом, азотом и др. – характеризует эволюция

способов получения сталей: мартеновский (предложенный в 1864г. французским

металлургом Мартеном), конвертерный (бессемеровский и томасовский – по именам

английских металлургов) и электроплавка, идею которой предложил в 1802г. Русский

физик и электротехник В.В.Петров. В современной металлургии используют

электрошлаковый и вакуумно-дуговой переплав, электронно-лучевую и плазменную

плавку.

В 5-м (и не только) классе отдельных уроков по материаловедению может не быть,

поскольку методически оправдано, чтобы рассказ о том или ином материале органически

вплетался в канву занятия, будучи связан с технологией изготовления изделия. Именно

здесь объясняются механические свойств материала, их связь с технологией изготовления

изделия, выбором инструмента.

Хорошо, если сообщению о свойствах металлов и их сплавов предшествует рассказ о

распространении веществ в природе:

Кислород – 49%

Кремний – 26%

Остальные – 2%

Распространени

е веществ в

природе

Алюминий – 7% железо – 5% кальций – 3%

Натрий – 3% калий – 2% магний – 2%

Водород – 1%

Далее следует рассказать о физических свойствах металлов (с опорой на известные

учащимся из опыта знания), демонстрируя их образцы.

Свойства металлов и сплавов

физические

Химические

Механические

Технологические

Целесообразно продемонстрировать учащимся таблицу физических свойств важнейших

металлов, что поможет осуществить сравнительную характеристику.

Физические свойства металлов

металл

Химический

знак

Удельный

вес,г/см

Температура

плавления

Удельная

электропроводность

Алюминий

AL

2,6

660

0,027

Железо

Fe

7,8

1528

0,092

Марганец

Mn

7,4

1230

0,044

Медь

Cu

8,9

1083

0,017

Хром

Cr

7,1

1615

0,026

Титан

Ti

4,5

1800

0,032

Вольфрам

W

19,3

3400

0,056

Олово

Sn

7,2

232

0,120

сурьма

Sb

6,7

630

0,380

Одним из сложных специальных вопросов является связь между микроструктурой

железоуглеродистых сплавов и содержанием в них углерода. Так, сталь – это сплав

железа с углеродом (содержание его не выше 2%) , а в чугуне углерода до 4,5%. Первый

сплав (сталь) – чемпион противодействия нагрузкам, а второй – чугун ( в частности серый)

– хрупок. Дешёвый и прочный чугун незаменим в станинах, многих деталях, которые

получают самым дешёвым способом – литьём. Но если здесь же учитель расскажет о

ковком или высокопрочном чугуне, то понятие «хрупкость» применительно к нему будет

восприниматься осмысленно. Полезно познакомить учащихся с рисунками, где чётко

видна разница в структуре (мелкозернистая или крупнозернистая) различных чугунов,

пояснив её связь с их механическими свойствами. Это позволит осуществить переход к

объяснению температурных изменений структуры металлов, что важно для изучения

вопросов их термической обработки. Поясняя, что режим термообработки – это

совокупность условий: температуры и продолжительности нагрева, температуры и

продолжительности выдержки, скорости нагрева, - необходимо осветить её назначение.

Назначение термообработки

Улучшение структуры и снижения

твёрдости заготовок, полученных

ковкой, штамповкой, литьём и др.

Придание готовым деталям

механических свойств (твердость,

упругость, прочность и др.)

После этого методически оправдано ознакомление учащихся с определением процессов

термообработки и их температурными значениями.

Процесс термообработки стали

Вид

термообработки

определение

Закалка

Нагрев стали чуть выше 723гр.С, выдержка при этой температуре, а

затем быстрое охлаждение в воде, масле, растворах солей

Отпуск

Нагрев стали до определённой температуры ниже 723гр.С,

выдержка при этой температуре, а затем охлаждение в воде, масле

или другой среде

Отжиг

Нагрев стали до определённой температуры, выдержка при этой

температуре, а затем медленное охлаждение вместе с печью

нормализация

Нагрев стали до определённой температуры выше 723гр.С,

выдержка при этой температуре и последующее охлаждение на

воздухе

В дальнейшем пояснении этого вопроса полезно использовать сводную таблицу с

показателями для нескольких наиболее распространённых марок сталей, чтобы учащиеся

уяснили индивидуальность режимов их обработки в зависимости от содержания углерода

Режимы обработки стали

Марка стали

закалка

отпуск

Сталь45

Сталь45

Сталь40Х

830-850 (масло)

820-840 (вода)

850-890 (нормализация)

840-860

160-180

180-200

200

540-580

Умение выбрать нужный режим обработки по справочнику – одно из требований учебной

программы по технологии.

К сведениям по материаловедению учителю предстоит обращаться многократно. Поэтому

важно сформировать у школьников понимание необходимости обязательной опоры на

них в практической работе