论文部分内容阅读
摘 要：为适应卓越工程师计划的要求，开展材料热处理课程的教学改革，加强学生的工程实践能力和创新能力。该课程的目的在于阐明钢的内部转变、组织及性能之间的内在联系，以及它的在各种因素（如：化学成分、温度、冷却速度、形变等）作用下的变化规律，以此来指导制定合理的热处理工艺，以改善钢材的使用性能，更好地发挥材料的潜力，满足国民经济各部门发展的需要。
关键词：材料热处理 卓越工程师 教学改革
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（a）-0184-02
材料热处理是金属材料、焊接和材料物理专业的主要专业基础课之一。通过该课程的学习，使学生掌握相变强化的基本原理。了解钢在加热时发生的奥氏体相变和在冷却时发生的珠光体、贝氏体、马氏体相变及淬火回火时转变的基本规律、转变机理和影响因素。同时掌握各种热处理工艺的制订原则和使用方法。该课程的目的在于阐明钢的内部转变、组织及性能之间的内在联系，以及它的在各种因素（如：化学成分、温度、冷却速度、形变等）作用下的变化规律，以此来指导制定合理的热处理工艺，以改善钢材的使用性能，更好地发挥材料的潜力，满足国民经济各部门发展的需要。“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010—2020年）》的重大改革项目[1]。
1 材料热处理课程现状
该校材料科学与工程专业于2013年入选卓越工程师教育培养计划第三批学科专业。材料热处理课程是材料科学与工程专业的重要基础课，多年来，学校一直重视课程建设，在2013年被评为校级质量工程项目，通过不断吸收先进的教学内容和教学方法，教学效果不断提升。随着教学、实验等硬件设施的改善和多媒体、网络技术等软件设施的提高，材料热处理内容与教学方法也有了长足的发展与进步，多媒体教学在理论和实验课中得到了广泛应用。为了实施卓越工程师计划，结合卓越工程师的培养计划的特点：一是行业企业深度参与培养过程；二是学校按通用标准和行业标准培养工程人才；三是强化培养学生的工程能力和创新能力。学校于2013年针对课程教学大纲和教学内容进行了修订，增加了实践课时，减少理论教学课时。
2 材料热处理改革内容
2.1 教学大纲的修订
为提高学生的工程能力和创新能力，对材料热处理教学体系进行改革，保证理论教学课时的基础上，增加实践技术的课时。首先对教学大纲和教学内容进行了修订。材料热处理课程课时由原来的72学时减少为56学时（包括6课时的课程内实践课时），相对于理论讲授课时减少到50学时。增加课时一周的《热处理工艺课程设计》课程，提高学生综合运用所学基本知识和技能的能力。通过课程设计，使学生具有综合运用所学知识和独立进行热处理工艺设计的基本技能，培养学生理论联系实际和分析问题解决问题的能力，同时根据具体零件的性能要求，进行热处理生产工艺设计。
2.2 教学内容和教学方式的改变
为适应教学课时的减少，选择赵乃勤主编的十二五规划教材《材料热处理原理与工艺》代替原来使用的徐洲、赵连城主编的《金属固态相变原理》和夏立芳《金属热处理工艺学》。原有教材教材中热处理工艺内容明显滞后于工业应用，无法体现出最先进的生产技术与手段。在新的教学内容中增加了目前钢厂广泛使用的控制冷却工艺的介绍、基于“离异共析原理”的快速球化退火工艺[2]、淬火分配（QP）工艺的讲授[3]。在原有教材中，主要讲授的是钢的热处理原理与工艺，缺少有色金属的热处理理论和工艺，为拓宽学生的知识面，为此增加部分有色金属铝、镁、钛热处理工艺的讲授，相应的减少理论方面的学时。在原理和工艺的教学过程中，让学生掌握热处理的三个典型过程：加热、保温、冷却，其中重点掌握加热和冷却过程中发生的固态相变原理。教会学生理解并牢记加热过程要结合Fe-Fe3C相图分析不同温度下的相组成，冷却时结合C曲线和CCT曲线分析不同冷却方式冷去后的组织，切记在冷却过程中只有奥氏体会发生向珠光体、贝氏体、马氏体的相变，铁素体和渗碳体在冷却过程中不发生相变。
教学方式上采取启发式和案例式教学。在讲解淬火前后组织和性能不同时，利用酒精灯将钢锯条烧红，然后分别在水中和空气中冷却，并进行折弯。水中冷却的钢锯条折弯时断为两截，而空气中冷却的锯条并未发生断裂现象。让同学们结合组织和性能分析产生两种现象的原因。在讲授热弹性马氏体时，结合热弹性马氏体的发展历史，购置Ni-Ti形状记忆合金，在课堂上演示热弹性马氏体在热水中的形状变化，结合形状记忆合金在卫星天线上的应用，增加同学们的兴趣和学习的积极性。
2.3 加强实践和创新能力
为提高创新能力、增加团队合作能力，指导学生积极申报各级大学生创新创业计划项目（SRTP）。目前已有多个团队成功申请国家级、省级和校级科技创新项目。在指导教师的协助下，完成了项目的研究，发表相关科研论文一篇。通过SRTP的训练，锻炼了同学们的动手能力和团队协作精神，为后续的毕业设计和走上工作岗位奠定了基础。
为进一步提高学生的实践能力，拟在开展生产实习的过程中，与实习单位合作开展机械工程学会材料热处理分会的材料热处理工程师认证。通过材料热处理工程师认证考核学生从事材料热处理专业方面的知识和技能、并能在材料热处理相关活动中分析和解决实际问题的能力。
2.4 完善网络平台和精品资源共享课程建设
为了提高材料热处理的教学质量，结合校级质量工程建设，目前已将材料热处理的课程大纲、课程内容、多媒体课件等上传至精品课程网站，已初步建立相对完善的课程网站。目前已录制“奥氏体等温冷却曲线”微课视频，且代表学校参加省赛。未来将继续加强网站内容建设，首先争取2～3年内课程教学录像上网，供学生预习和复习。争取获得学校幕课建设计划，把热处理课程内容分解成若干个问题，建设成慕课课程，实现网络课程信息化。
2.5 加强工程师进课堂活动
目前担任该课程的教师全部是中青年教师，缺乏企业工作经历和工厂实践机会少。对于目前企业中实践应用的新工艺和传统工艺的改进了解不全面，因此拟邀请产学研合作企业的热处理工程师就该厂的典型工艺在实际应用的问题结合热处理原理理论进行讲解。一方面可以提高学生学习热处理的积极性，加强理论联系实际的能力；另一方面对于企业方面相对于提前进行了招聘会的宣讲工作，有助于企业的以后招聘工作和提高企业的知名度。
2.6 考核方式的改革
目前采取的考核方式为平时成绩20%+卷面成绩80%，缺少实践能力的考核，无法判断学生解决实际问题的能力。拟在以后针对卓越班的学生加强实践能力的考核，考察学生的实验方案的设计和实验过程的操作能力。卷面考试过程中增加实践性和综合性的题目，让学生列出工件制造过程中涉及的热处理工艺，并列出各个工艺的目的、加热温度、冷却方式以及获得组织。
3 结语
材料热处理课程教学的改革不仅在教学内容的修订，而且着重加强学生实践能力创新和实践能力的培养。相信实施后可以提高学生工程实践能力和创新能力，符合卓越工程师计划的要求。在新的学年卓越工程师开班来临之际，我们将将坚持教育创新，将实践教学和理论教学结合起来，培养和造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的材料科学与工程领域的技术人才。
参考文献
[1] 张韦韦.面向工业界、面向世界、面向未来，培养卓越工程师后备人才教育部启动实施“卓越工程师教育培养计划”[J].教育与职业，2010（19）：20.
[2] 陈其伟，关建辉，朱国辉，等.GCr15钢快速球化中离异共析转变临界过冷度的物理模型[J].材料热处理学报，2013，34（4）：182-186.
[3] 李阳，肖桂勇，陈鹭滨，等.以35CrMnSiA为例分析淬火分配商品钢的力学行为[J].材料热处理学报，2013（S2）：164-167.
关键词：材料热处理 卓越工程师 教学改革
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（a）-0184-02
材料热处理是金属材料、焊接和材料物理专业的主要专业基础课之一。通过该课程的学习，使学生掌握相变强化的基本原理。了解钢在加热时发生的奥氏体相变和在冷却时发生的珠光体、贝氏体、马氏体相变及淬火回火时转变的基本规律、转变机理和影响因素。同时掌握各种热处理工艺的制订原则和使用方法。该课程的目的在于阐明钢的内部转变、组织及性能之间的内在联系，以及它的在各种因素（如：化学成分、温度、冷却速度、形变等）作用下的变化规律，以此来指导制定合理的热处理工艺，以改善钢材的使用性能，更好地发挥材料的潜力，满足国民经济各部门发展的需要。“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010—2020年）》的重大改革项目[1]。
1 材料热处理课程现状
该校材料科学与工程专业于2013年入选卓越工程师教育培养计划第三批学科专业。材料热处理课程是材料科学与工程专业的重要基础课，多年来，学校一直重视课程建设，在2013年被评为校级质量工程项目，通过不断吸收先进的教学内容和教学方法，教学效果不断提升。随着教学、实验等硬件设施的改善和多媒体、网络技术等软件设施的提高，材料热处理内容与教学方法也有了长足的发展与进步，多媒体教学在理论和实验课中得到了广泛应用。为了实施卓越工程师计划，结合卓越工程师的培养计划的特点：一是行业企业深度参与培养过程；二是学校按通用标准和行业标准培养工程人才；三是强化培养学生的工程能力和创新能力。学校于2013年针对课程教学大纲和教学内容进行了修订，增加了实践课时，减少理论教学课时。
2 材料热处理改革内容
2.1 教学大纲的修订
为提高学生的工程能力和创新能力，对材料热处理教学体系进行改革，保证理论教学课时的基础上，增加实践技术的课时。首先对教学大纲和教学内容进行了修订。材料热处理课程课时由原来的72学时减少为56学时（包括6课时的课程内实践课时），相对于理论讲授课时减少到50学时。增加课时一周的《热处理工艺课程设计》课程，提高学生综合运用所学基本知识和技能的能力。通过课程设计，使学生具有综合运用所学知识和独立进行热处理工艺设计的基本技能，培养学生理论联系实际和分析问题解决问题的能力，同时根据具体零件的性能要求，进行热处理生产工艺设计。
2.2 教学内容和教学方式的改变
为适应教学课时的减少，选择赵乃勤主编的十二五规划教材《材料热处理原理与工艺》代替原来使用的徐洲、赵连城主编的《金属固态相变原理》和夏立芳《金属热处理工艺学》。原有教材教材中热处理工艺内容明显滞后于工业应用，无法体现出最先进的生产技术与手段。在新的教学内容中增加了目前钢厂广泛使用的控制冷却工艺的介绍、基于“离异共析原理”的快速球化退火工艺[2]、淬火分配（QP）工艺的讲授[3]。在原有教材中，主要讲授的是钢的热处理原理与工艺，缺少有色金属的热处理理论和工艺，为拓宽学生的知识面，为此增加部分有色金属铝、镁、钛热处理工艺的讲授，相应的减少理论方面的学时。在原理和工艺的教学过程中，让学生掌握热处理的三个典型过程：加热、保温、冷却，其中重点掌握加热和冷却过程中发生的固态相变原理。教会学生理解并牢记加热过程要结合Fe-Fe3C相图分析不同温度下的相组成，冷却时结合C曲线和CCT曲线分析不同冷却方式冷去后的组织，切记在冷却过程中只有奥氏体会发生向珠光体、贝氏体、马氏体的相变，铁素体和渗碳体在冷却过程中不发生相变。
教学方式上采取启发式和案例式教学。在讲解淬火前后组织和性能不同时，利用酒精灯将钢锯条烧红，然后分别在水中和空气中冷却，并进行折弯。水中冷却的钢锯条折弯时断为两截，而空气中冷却的锯条并未发生断裂现象。让同学们结合组织和性能分析产生两种现象的原因。在讲授热弹性马氏体时，结合热弹性马氏体的发展历史，购置Ni-Ti形状记忆合金，在课堂上演示热弹性马氏体在热水中的形状变化，结合形状记忆合金在卫星天线上的应用，增加同学们的兴趣和学习的积极性。
2.3 加强实践和创新能力
为提高创新能力、增加团队合作能力，指导学生积极申报各级大学生创新创业计划项目（SRTP）。目前已有多个团队成功申请国家级、省级和校级科技创新项目。在指导教师的协助下，完成了项目的研究，发表相关科研论文一篇。通过SRTP的训练，锻炼了同学们的动手能力和团队协作精神，为后续的毕业设计和走上工作岗位奠定了基础。
为进一步提高学生的实践能力，拟在开展生产实习的过程中，与实习单位合作开展机械工程学会材料热处理分会的材料热处理工程师认证。通过材料热处理工程师认证考核学生从事材料热处理专业方面的知识和技能、并能在材料热处理相关活动中分析和解决实际问题的能力。
2.4 完善网络平台和精品资源共享课程建设
为了提高材料热处理的教学质量，结合校级质量工程建设，目前已将材料热处理的课程大纲、课程内容、多媒体课件等上传至精品课程网站，已初步建立相对完善的课程网站。目前已录制“奥氏体等温冷却曲线”微课视频，且代表学校参加省赛。未来将继续加强网站内容建设，首先争取2～3年内课程教学录像上网，供学生预习和复习。争取获得学校幕课建设计划，把热处理课程内容分解成若干个问题，建设成慕课课程，实现网络课程信息化。
2.5 加强工程师进课堂活动
目前担任该课程的教师全部是中青年教师，缺乏企业工作经历和工厂实践机会少。对于目前企业中实践应用的新工艺和传统工艺的改进了解不全面，因此拟邀请产学研合作企业的热处理工程师就该厂的典型工艺在实际应用的问题结合热处理原理理论进行讲解。一方面可以提高学生学习热处理的积极性，加强理论联系实际的能力；另一方面对于企业方面相对于提前进行了招聘会的宣讲工作，有助于企业的以后招聘工作和提高企业的知名度。
2.6 考核方式的改革
目前采取的考核方式为平时成绩20%+卷面成绩80%，缺少实践能力的考核，无法判断学生解决实际问题的能力。拟在以后针对卓越班的学生加强实践能力的考核，考察学生的实验方案的设计和实验过程的操作能力。卷面考试过程中增加实践性和综合性的题目，让学生列出工件制造过程中涉及的热处理工艺，并列出各个工艺的目的、加热温度、冷却方式以及获得组织。
3 结语
材料热处理课程教学的改革不仅在教学内容的修订，而且着重加强学生实践能力创新和实践能力的培养。相信实施后可以提高学生工程实践能力和创新能力，符合卓越工程师计划的要求。在新的学年卓越工程师开班来临之际，我们将将坚持教育创新，将实践教学和理论教学结合起来，培养和造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的材料科学与工程领域的技术人才。
参考文献
[1] 张韦韦.面向工业界、面向世界、面向未来，培养卓越工程师后备人才教育部启动实施“卓越工程师教育培养计划”[J].教育与职业，2010（19）：20.
[2] 陈其伟，关建辉，朱国辉，等.GCr15钢快速球化中离异共析转变临界过冷度的物理模型[J].材料热处理学报，2013，34（4）：182-186.
[3] 李阳，肖桂勇，陈鹭滨，等.以35CrMnSiA为例分析淬火分配商品钢的力学行为[J].材料热处理学报，2013（S2）：164-167.