工程教育專業認證背景下對高校熱處理實驗教學的若干思考

柯德慶 潘應君 趙惠忠

摘要：文章首先分析了我國熱處理行業現狀，與世界先進水平國家的差距及其原因，隨后探討了工程教育專業認證背景下，熱處理實驗教學在培養創新型復合人才方面的改革方向，最后指出了培養理論與實踐相結合、企事業單位滿意、自身價值成長的熱處理專業人才的必要性和迫切性。

關鍵詞：熱處理;工程教育;專業認證;實驗教學

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2020）14-0320-02

一、我國熱處理行業現狀分析

熱處理是一門理論與實踐結合非常緊密的學科，是“材料科學與工程”和“機械制造”兩大領域的前沿。熱處理能最大限度地挖掘材料的潛在性能。《中國熱處理與表層改性技術路線圖》中明確指出：熱處理是國家核心競爭力[1]。這一論述深刻闡述了熱處理在國民經濟中的重要地位和作用。縱觀我國熱處理行業現狀，與世界先進水平國家相差甚遠，特別是在高端裝備和關鍵零部件制造方面[2]。提高我國熱處理水平，使我國由制造大國轉變為制造強國任重道遠！一方面，我國熱處理人才匱乏。國有企業技術人員老化，而民營企業熱處理技術人員稀少。由于高等教育體制改革，大部分工科院校取消了“金屬材料工程”專業，而新設的“材料科學與工程”專業不能保證畢業生具備足夠的專業和實踐技能[3]。另一方面，高端熱處理設備嚴重依賴進口。雖然我國熱處理設備制造廠商多達數千家，但制造水平只相當于國外幾十年以前的水平，導致熱處理質量難以適應高端裝備和關鍵零部件的要求。此外，我國熱處理觀念落后，熱處理被弱化、邊緣化情況越來越嚴重。長期以來，我國制造業存在重產品、輕毛坯，而在毛坯制造中則重成形、輕控性，重產能、輕質量等傾向，導致產品使用壽命短、可靠性差。

二、熱處理實驗教學改革方向淺析

培養適應新形勢下的創新型復合人才，改變我國熱處理行業落后面貌，推進熱處理技術水平發展是高校熱處理專業教師的使命和職責。熱處理實驗教學一般附屬于《金屬熱處理》和《工程材料學》等核心理論課程，與理論教學的進度密切相關。其中，《金屬熱處理》為金屬材料工程專業（大類為材料科學與工程專業）的核心理論課程，而《工程材料學》為機械工程專業的核心理論課程。目前，熱處理實驗教學課程主要包括《碳鋼的熱處理操作、硬度測定及組織分析》《常見熱處理顯微缺陷與滲層組織觀察》《熱處理工藝選擇及制定》和《熱處理綜合實驗》等。熱處理實驗課程附屬于理論課程，實驗課程設置重基礎，缺乏創新性、創造性，不利于培養學生獨立發現問題、分析問題和解決問題的能力，這與工程教育專業認證強調的以學生為中心的教學理念[4]相悖。鑒于此，特對熱處理實驗教學改革方向做簡要分析。

1.更新實驗設備，增開熱處理新工藝實驗課。傳統的熱處理工藝已經無法滿足現代工業生產的需要。然而，高校熱處理實驗教學仍然以基礎教學為主，學生很少能接觸先進的熱處理工藝及其相關設備。一方面，大部分高校奉行以科研為主，導致教學不斷弱化，特別是實驗教學，課時不斷被縮減，所以在有限的實驗教學學時中，實驗教師只能以基礎教學為主。另一方面，實驗教學經費投入不足，僅僅能滿足購買實驗教學中的試樣和耗材，而設備長時間未更新，維護不足、老化嚴重。一般認為，傳統熱處理工藝就是“四把火”，即退火、正火、淬火和回火。高校熱處理實驗教學以傳統熱處理工藝為主，而表面熱處理和化學熱處理卻很少加入熱處理實驗教學。因此，更新實驗設備，開設熱處理新工藝實驗課（如真空/可控氣氛熱處理技術、感應熱處理技術、離子氮化熱處理技術和激光熱處理技術等）能開闊學生視野，為培養創新型復合熱處理人才提供可靠保障。

2.引入現代化教學手段，利用計算機模擬熱處理工藝過程。長期以來，熱處理過程被認為是“看不見、摸不著”的（熱處理過程中既看不見材料組織的變化，也看不見材料性能的變化），容易導致其改善并最大限度發揮材料潛力的事實被忽視。而為了挖掘材料的性能極限，熱處理工程師需要不斷重復試驗，摸索最佳熱處理工藝參數，導致人力、物力、財力資源損耗嚴重。近年來，計算機科學的進步及其相關模擬軟件層出不窮，極大地豐富了熱處理試驗工藝制定方法，并節省了大量資源。當前，最熱門的熱處理模擬軟件是由德國索默博士材料科技有限公司開發的一款名為“熱處理工藝輔助設計專家系統”的軟件，這款軟件包含四個模塊，分別為：①熱處理數據庫（基礎版）;②熱處理數據庫（加強版）;③滲碳軟件;④金相圖庫。該軟件具有豐富的熱處理數據，既適合高校及科研院所實驗教學，也適合企業相關從業人員制定熱處理工藝并實施生產。隨著計算機功能越來越強大，更多的模擬軟件被普及，高校引進這些現代化教學手段，利用計算機模擬熱處理工藝過程，將熱處理過程直觀地展現在學生眼前，讓“看不見、摸不著”的熱處理過程變得觸手可及。

3.以學生為中心開放實驗室，并開通網上答疑。傳統的實驗教學方法過于單一，通常是學生課前預習并完成預習報告，之后在規定的時間進入實驗室，教師進行簡單的講解后，學生按照實驗講義上的實驗步驟來完成實驗，得出實驗結果。實驗教學時間比較緊張，學生很難獨立思考，并且學生自由發揮的余地很少，因而很難提升學生分析問題和解決問題的能力，不利于培養具有專業素養的高層次創新型復合人才。通過優化實驗教師隊伍、整合實驗儀器設備資源、全天候開放實驗室，讓學生自己設計實驗，并提供信息化的網上互動平臺，為學生創造了良好的實驗條件，真正做到以學生為中心，充分調動學生的積極性并培養學生的創新、創造意識。

4.以科研項目為導向，將實驗材料落實到具體零部件上。科研項目一般是本行業亟須解決的前沿問題。教師將科研項目分配給學生，學生先了解相關研究背景，在此基礎上設計實驗方案，最終親自動手完成實驗。實驗材料不再是實驗教學中用到的各種標準試樣，而是具體的工程零部件。在整個實驗過程中，學生既熟悉了該材料的具體用途，又掌握了該材料具體的熱處理工藝及其相關操作要點。在以教師為主導的前提下以學生為主體進行實際科研項目實踐，提高了學生分析問題和解決問題的能力，有利于學生專業綜合素質的培養[5]。

三、結語

熱處理雖然是一門古老的學科，但我們相信在新形勢下，隨著技術的發展、觀念的改變，我國熱處理科學必將煥發出新的生命活力。乘工程教育專業認證之東風，培養理論與實踐相結合、企事業單位滿意、能提升自身價值的熱處理人才是當務之急。

參考文獻：

[1]趙振業，潘健生.《中國熱處理與表層改性技術路線圖》建議書[C].中國熱處理活動周暨中國熱處理技術路線圖論壇，2014.

[2]潘健生，顧劍鋒，王婧.我國熱處理發展戰略的探討[J].金屬熱處理，2013，38（1）：4-14.

[3]趙步青.熱處理后繼無人并非杞人憂天[J].金屬加工（熱加工），2015，（5）：80-82.

[4]李志義.解析工程教育專業認證的學生中心理念[J].中國高等教育，2014，（21）：19-22.

[5]王萬強，張俊芳，陳國金.基于“工程教育專業認證”的工程訓練教學模式的研究與實踐[J].教育教學論壇，2016，（23）：150-151.

Abstract：This paper first analyzes the current situation of China's heat treatment industry，the gap with the world's advanced countries and its causes.Then it discusses the reform direction of heat treatment experiment teaching in the cultivation of innovative compound talents under the background of engineering education professional certification.Finally，it points out the necessity and urgency of training heat treatment professionals who combine theory and practice，enterprise and institution satisfaction，and their own value growth.

Key words：heat treatment;engineering education;professional certification;experimental teaching