基于卓越工程師計劃的《材料熱處理》課程改革

包全合 斯松華 程廣萍

摘 要：為適應卓越工程師計劃的要求，開展材料熱處理課程的教學改革，加強學生的工程實踐能力和創新能力。該課程的目的在于闡明鋼的內部轉變、組織及性能之間的內在聯系，以及它的在各種因素（如：化學成分、溫度、冷卻速度、形變等）作用下的變化規律，以此來指導制定合理的熱處理工藝，以改善鋼材的使用性能，更好地發揮材料的潛力，滿足國民經濟各部門發展的需要。

關鍵詞：材料熱處理 卓越工程師 教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（a）-0184-02

材料熱處理是金屬材料、焊接和材料物理專業的主要專業基礎課之一。通過該課程的學習，使學生掌握相變強化的基本原理。了解鋼在加熱時發生的奧氏體相變和在冷卻時發生的珠光體、貝氏體、馬氏體相變及淬火回火時轉變的基本規律、轉變機理和影響因素。同時掌握各種熱處理工藝的制訂原則和使用方法。該課程的目的在于闡明鋼的內部轉變、組織及性能之間的內在聯系，以及它的在各種因素（如：化學成分、溫度、冷卻速度、形變等）作用下的變化規律，以此來指導制定合理的熱處理工藝，以改善鋼材的使用性能，更好地發揮材料的潛力，滿足國民經濟各部門發展的需要。“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）是貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010—2020年）》的重大改革項目[1]。

1 材料熱處理課程現狀

該校材料科學與工程專業于2013年入選卓越工程師教育培養計劃第三批學科專業。材料熱處理課程是材料科學與工程專業的重要基礎課，多年來，學校一直重視課程建設，在2013年被評為校級質量工程項目，通過不斷吸收先進的教學內容和教學方法，教學效果不斷提升。隨著教學、實驗等硬件設施的改善和多媒體、網絡技術等軟件設施的提高，材料熱處理內容與教學方法也有了長足的發展與進步，多媒體教學在理論和實驗課中得到了廣泛應用。為了實施卓越工程師計劃，結合卓越工程師的培養計劃的特點：一是行業企業深度參與培養過程；二是學校按通用標準和行業標準培養工程人才；三是強化培養學生的工程能力和創新能力。學校于2013年針對課程教學大綱和教學內容進行了修訂，增加了實踐課時，減少理論教學課時。

2 材料熱處理改革內容

2.1 教學大綱的修訂

為提高學生的工程能力和創新能力，對材料熱處理教學體系進行改革，保證理論教學課時的基礎上，增加實踐技術的課時。首先對教學大綱和教學內容進行了修訂。材料熱處理課程課時由原來的72學時減少為56學時（包括6課時的課程內實踐課時），相對于理論講授課時減少到50學時。增加課時一周的《熱處理工藝課程設計》課程，提高學生綜合運用所學基本知識和技能的能力。通過課程設計，使學生具有綜合運用所學知識和獨立進行熱處理工藝設計的基本技能，培養學生理論聯系實際和分析問題解決問題的能力，同時根據具體零件的性能要求，進行熱處理生產工藝設計。

2.2 教學內容和教學方式的改變

為適應教學課時的減少，選擇趙乃勤主編的十二五規劃教材《材料熱處理原理與工藝》代替原來使用的徐洲、趙連城主編的《金屬固態相變原理》和夏立芳《金屬熱處理工藝學》。原有教材教材中熱處理工藝內容明顯滯后于工業應用，無法體現出最先進的生產技術與手段。在新的教學內容中增加了目前鋼廠廣泛使用的控制冷卻工藝的介紹、基于“離異共析原理”的快速球化退火工藝[2]、淬火分配（QP）工藝的講授[3]。在原有教材中，主要講授的是鋼的熱處理原理與工藝，缺少有色金屬的熱處理理論和工藝，為拓寬學生的知識面，為此增加部分有色金屬鋁、鎂、鈦熱處理工藝的講授，相應的減少理論方面的學時。在原理和工藝的教學過程中，讓學生掌握熱處理的三個典型過程：加熱、保溫、冷卻，其中重點掌握加熱和冷卻過程中發生的固態相變原理。教會學生理解并牢記加熱過程要結合Fe-Fe3C相圖分析不同溫度下的相組成，冷卻時結合C曲線和CCT曲線分析不同冷卻方式冷去后的組織，切記在冷卻過程中只有奧氏體會發生向珠光體、貝氏體、馬氏體的相變，鐵素體和滲碳體在冷卻過程中不發生相變。

教學方式上采取啟發式和案例式教學。在講解淬火前后組織和性能不同時，利用酒精燈將鋼鋸條燒紅，然后分別在水中和空氣中冷卻，并進行折彎。水中冷卻的鋼鋸條折彎時斷為兩截，而空氣中冷卻的鋸條并未發生斷裂現象。讓同學們結合組織和性能分析產生兩種現象的原因。在講授熱彈性馬氏體時，結合熱彈性馬氏體的發展歷史，購置Ni-Ti形狀記憶合金，在課堂上演示熱彈性馬氏體在熱水中的形狀變化，結合形狀記憶合金在衛星天線上的應用，增加同學們的興趣和學習的積極性。

2.3 加強實踐和創新能力

為提高創新能力、增加團隊合作能力，指導學生積極申報各級大學生創新創業計劃項目（SRTP）。目前已有多個團隊成功申請國家級、省級和校級科技創新項目。在指導教師的協助下，完成了項目的研究，發表相關科研論文一篇。通過SRTP的訓練，鍛煉了同學們的動手能力和團隊協作精神，為后續的畢業設計和走上工作崗位奠定了基礎。

為進一步提高學生的實踐能力，擬在開展生產實習的過程中，與實習單位合作開展機械工程學會材料熱處理分會的材料熱處理工程師認證。通過材料熱處理工程師認證考核學生從事材料熱處理專業方面的知識和技能、并能在材料熱處理相關活動中分析和解決實際問題的能力。

2.4 完善網絡平臺和精品資源共享課程建設

為了提高材料熱處理的教學質量，結合校級質量工程建設，目前已將材料熱處理的課程大綱、課程內容、多媒體課件等上傳至精品課程網站，已初步建立相對完善的課程網站。目前已錄制“奧氏體等溫冷卻曲線”微課視頻，且代表學校參加省賽。未來將繼續加強網站內容建設，首先爭取2～3年內課程教學錄像上網，供學生預習和復習。爭取獲得學校幕課建設計劃，把熱處理課程內容分解成若干個問題，建設成慕課課程，實現網絡課程信息化。

2.5 加強工程師進課堂活動

目前擔任該課程的教師全部是中青年教師，缺乏企業工作經歷和工廠實踐機會少。對于目前企業中實踐應用的新工藝和傳統工藝的改進了解不全面，因此擬邀請產學研合作企業的熱處理工程師就該廠的典型工藝在實際應用的問題結合熱處理原理理論進行講解。一方面可以提高學生學習熱處理的積極性，加強理論聯系實際的能力；另一方面對于企業方面相對于提前進行了招聘會的宣講工作，有助于企業的以后招聘工作和提高企業的知名度。

2.6 考核方式的改革

目前采取的考核方式為平時成績20%+卷面成績80%，缺少實踐能力的考核，無法判斷學生解決實際問題的能力。擬在以后針對卓越班的學生加強實踐能力的考核，考察學生的實驗方案的設計和實驗過程的操作能力。卷面考試過程中增加實踐性和綜合性的題目，讓學生列出工件制造過程中涉及的熱處理工藝，并列出各個工藝的目的、加熱溫度、冷卻方式以及獲得組織。

3 結語

材料熱處理課程教學的改革不僅在教學內容的修訂，而且著重加強學生實踐能力創新和實踐能力的培養。相信實施后可以提高學生工程實踐能力和創新能力，符合卓越工程師計劃的要求。在新的學年卓越工程師開班來臨之際，我們將將堅持教育創新，將實踐教學和理論教學結合起來，培養和造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的材料科學與工程領域的技術人才。

參考文獻

[1] 張韋韋.面向工業界、面向世界、面向未來，培養卓越工程師后備人才教育部啟動實施“卓越工程師教育培養計劃”[J].教育與職業，2010（19）：20.

[2] 陳其偉，關建輝，朱國輝，等.GCr15鋼快速球化中離異共析轉變臨界過冷度的物理模型[J].材料熱處理學報，2013，34（4）：182-186.

[3] 李陽，肖桂勇，陳鷺濱，等.以35CrMnSiA為例分析淬火分配商品鋼的力學行為[J].材料熱處理學報，2013（S2）：164-167.