于景媛，李 強，劉偉東，齊錦剛，石 萍，陳 揚

(遼寧工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

《金屬學(xué)與熱處理》課程教學(xué)改革初探

于景媛，李 強，劉偉東，齊錦剛，石 萍，陳 揚

(遼寧工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

針對《金屬學(xué)與熱處理》課程本身和教學(xué)對象的特點，通過在教學(xué)實踐中的嘗試，對教材內(nèi)容、教學(xué)方式和考試方法等方面的改革進行了探討，獲得了一些有益的成效，提高了該門課程的教學(xué)質(zhì)量。

金屬學(xué)與熱處理；教學(xué)改革；結(jié)合科研；探索

課程建設(shè)作為高等學(xué)校教學(xué)工作的基礎(chǔ)和學(xué)科建設(shè)與發(fā)展的支撐點，其水平無論是對高校的教育教學(xué)質(zhì)量還是對人才培養(yǎng)水平均起著至關(guān)重要的作用，在高等教育改革中的地位十分重要[1]。《金屬學(xué)與熱處理》是材料成型及控制工程專業(yè)的一門重要的學(xué)科技術(shù)基礎(chǔ)必修課，學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，比較全面系統(tǒng)地獲得金屬與合金的理論知識，為專業(yè)學(xué)習(xí)打下理論基礎(chǔ)，并為今后從事金屬材料的生產(chǎn)、研究提供初步能力。課程主要講述金屬及合金的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)、組織與性能之間的關(guān)系及其變化規(guī)律，進而掌握提高金屬性能的幾種方法(合金化、塑性變形、熱處理)的基本原理，掌握如何合理選用金屬材料及金相分析等基本技能。但是，由于在教學(xué)過程中采用較為單一的方法和手段，一些新出現(xiàn)的金屬學(xué)和熱處理方面的最新進展不能及時補充到教材內(nèi)容中去，且考核方法較為單一，導(dǎo)致《金屬學(xué)與熱處理》的教學(xué)效果不太令人滿意。為了使本門課程的教學(xué)質(zhì)量進一步提升，使學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、工程實踐能力、創(chuàng)新精神和就業(yè)競爭力得到提高，遼寧工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院將課程的特點、學(xué)生的實際情況和其他兄弟院校的經(jīng)驗[2-6]相結(jié)合進行了一系列的教學(xué)改革嘗試。

1 及時更新教學(xué)內(nèi)容

為了使學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)能夠跟上科技的發(fā)展，使學(xué)生走上工作崗位有更強的適應(yīng)能力，在教學(xué)過程中，我們隨時關(guān)注金屬學(xué)與熱處理方面的最新進展，將其更新到教學(xué)內(nèi)容中。

例如，在現(xiàn)有教材中講到熱處理時，對傳統(tǒng)的熱處理講得較多，對一些熱處理新技術(shù)如激光熱處理介紹較少。激光熱處理是以激光作為熱源對材料進行熱處理。其加熱時間很短(10-3～10-1s范圍)，區(qū)域也很小，僅一個點、—條線或一個小面。激光熱處理具有如下優(yōu)點：(1)處理過程極快，故大氣氣氛對表面的影響一般較小；(2)熱能是由光束傳遞給零件表面，屬無接觸加熱，不會發(fā)生因接觸引起的表面沾污；(3)由于采用了特制的望遠鏡頭聚焦，其焦深很長，可達100～150 mm，因此零件表面在焦深范圍內(nèi)上下變動，對光能的吸收無影響，這對處理表面凹凸不平的零件來說是非常有利的；(4)熱處理變形?。?5)可進行局部表面合金化處理；(6)易實現(xiàn)自動化，并可節(jié)約能量和改善勞動條件?？傊?，激光熱處理是一種新興的富有生命力的熱處理方法。在授課時我們及時將激光熱處理技術(shù)增到授課內(nèi)容中，擴展了學(xué)生的知識面。

例如，在講到調(diào)質(zhì)時，我們將高溫調(diào)質(zhì)工藝融合到講授中，高溫固溶化淬火十高溫回火(即高溫調(diào)質(zhì)處理)，高溫固溶化后采取淬火，不僅可以抑制先共析碳化物的析出，而且淬火得到的馬氏體+殘余奧氏體組織經(jīng)高溫回火后，可得到球狀的碳化物，并呈均勻彌散的分布。據(jù)報道，退火的GCrl5鋼料經(jīng)1 050 ℃、30 min加熱后在沸水中淬火，并隨即進行高溫回火(740 ℃、2 h)，可使其碳化物平均粒度細化到0.3 mm。又如，為了提高T 8鋼沖頭的韌性和耐磨性，以調(diào)質(zhì)處理 (800 ℃加熱、水—油冷，560 ℃回火2 h)代替球化退火，經(jīng)低溫淬火(750 ℃加熱，水—油冷)+280 ℃～300 ℃回火后，可消除大塊崩刃現(xiàn)象，并使壽命提高十倍。

我們及時地將新工藝，典型應(yīng)用實例加入到教材中，這樣使學(xué)生將來無論是走上工作崗位還是繼續(xù)深造都能跟上科技發(fā)展的步伐。

2 采用先進的多媒體教學(xué)方式

《金屬學(xué)與熱處理》這門課程中金屬學(xué)部分的理論內(nèi)容較多，其中很多知識點比較抽象，例如，位錯和三元相圖部分。如果授課的時候單憑教師的語言描述很難將知識點講清楚。因此授課過程中采用多媒體教學(xué)方式，通過制作精美的立體圖形和動畫可以將各種抽象的知識形象地講授給學(xué)生。

例如在講授位錯運動的時候，由于位錯運動類似于毛毛蟲的爬行。上課時通過播放毛毛蟲運動的畫面能使學(xué)生更清楚地理解位錯的運動。還有在講授Fe-Fe3C相圖時，由于Fe-Fe3C相圖是勻晶相圖、共晶相圖和包晶相圖的綜合相圖，因此凝固過程比單一相圖復(fù)雜。為了使學(xué)生更好地掌握Fe-Fe3C相圖中工業(yè)純鐵、碳鋼和鑄鐵的凝固過程，授課時通過動畫的形式將凝固的各個階段給學(xué)生展示出來，使他們能更好地掌握。還有在講授三元相圖的時候，一個三元共晶相圖有1個液相區(qū)，3個兩相區(qū)，4個三相區(qū)和1個四相區(qū)，如果單純用文字來描述，學(xué)生很難理解。因此授課時，通過空間立體圖形和分割，可以使學(xué)生很清楚地觀察各個相區(qū)，形成良好的感官認識，有助于學(xué)習(xí)相圖的分析和使用。

3 采用教學(xué)和科研有機融合的教學(xué)模式

遼寧工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的科研總體水平相對較高，目前師資總數(shù)39名，其中具有博士學(xué)位的28名。博士研究生導(dǎo)師1名，碩士研究生導(dǎo)師22名，近年已主持或參與完成國家、省部級項目70多項。獲省科技進步獎10余項，授權(quán)專利10余項。近年來，公開發(fā)表論文200 余篇，其中被SCI、EI、CA 收錄100多篇，出版專著5 部。我校材料學(xué)院科研成果顯著，教師每年科研工作量都較大。學(xué)生也參加了由國家、省和學(xué)校舉辦多種創(chuàng)新活動和競賽?；诒拘５目蒲谢顒踊A(chǔ)和金屬學(xué)和熱處理課程的自身特點，本文提出教學(xué)和科研有機融合的教學(xué)模式。

3.1 將教師的科研成果和工程實踐補充進課堂中

在課堂教學(xué)中，將書本上的基本內(nèi)容和基本原理同本學(xué)院相關(guān)研究方向的科研成果融合在一起。通過這種講授，讓學(xué)生能直觀理解《金屬學(xué)與熱處理》在科研實際課題中的應(yīng)用。

例如，在介紹汽油機中的凸輪軸的熱處理時，我們先介紹了傳統(tǒng)的熱處理方式如高頻淬火和軟氮化等，但是這些熱處理的淬火變形大，常引起校直斷裂、廢品率高、嚴重影響使用。隨后我們以某位教師所從事的激光研究為例，介紹了先進的激光表面改性技術(shù)，由于激光束能量密度高，加熱及冷卻速度都相當快，硬化效果好，可成倍提高耐磨性；尤其對形狀復(fù)雜的凸輪軸不必整體加熱，可只對軸頸及凸輪局部進行表面處理，硬化后幾乎不變形，完全可以解決精度和抗磨損問題；凸輪軸材質(zhì)為合金鑄鐵，是激光處理較合適的材料。這種方法能耗低，效率高，經(jīng)濟效益明顯。

通過這種授課方式大大增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進而提高了本課程的教學(xué)質(zhì)量。

3.2 將學(xué)生參與的各項創(chuàng)新活動與課堂教學(xué)相結(jié)合

為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、工程實踐能力和創(chuàng)新精神，進而提高學(xué)生的就業(yè)競爭力。學(xué)校近年來開展了一系列創(chuàng)新活動和競賽。教師在授課時，結(jié)合學(xué)生參與的相關(guān)創(chuàng)新活動的題目，把創(chuàng)新活動中用到的相關(guān)金屬熱處理的知識融入到課堂教學(xué)中。

例如，有的同學(xué)申請的創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目為Al-Cu-Mg-Ag合金時效析出相析出行為的研究，我們在課堂教學(xué)過程中，講到時效處理一節(jié)時，將Al-Cu-Mg-Ag合金時效過程中發(fā)生的物理和化學(xué)反應(yīng)，以及時效前后的成分、組織和性能的變化情況與時效處理教學(xué)融合起來，大大提高了教學(xué)效果。還有舉辦的金相大賽，使學(xué)生觀察經(jīng)過不同熱處理后金屬樣品的顯微組織確定樣品的材質(zhì)其相應(yīng)的熱處理工藝。

通過這些方式將書本上的理論知識與工程實際相接軌，使學(xué)生能更好地學(xué)以致用，為將來更順利地走上工作崗位奠定堅實的基礎(chǔ)。

4 采取題庫+實驗+平時的考核方式

學(xué)校自2003年開始大力推行考試方法改革工作。根據(jù)學(xué)校的統(tǒng)一部署，本課程中采用了平時+實驗+題庫的考核方式。

平時經(jīng)常進行隨堂測驗，通過隨堂測驗?zāi)芙o予學(xué)生警示作用，督促學(xué)生認真聽講和及時復(fù)習(xí)。例如，在講授“共晶相圖”“包晶相圖”“鐵碳相圖”和“三元相圖”這幾部分知識點時，由于該部分求取組織組成物和相組成物含量的計算題較多，為了加速學(xué)生對該部分知識的熟練掌握，我們頻繁地進行隨堂考試，使學(xué)生很好地掌握了該部分計算題，為最后期末考試取得良好成績奠定基礎(chǔ)。

為了加強實驗對教學(xué)的輔助作用，我們提出了實驗考核占據(jù)期末成績的比例，使學(xué)生全面重視實驗教學(xué)，深化了學(xué)生對課程知識的理解與運用，促進了學(xué)生實際應(yīng)用能力的提高，增強了學(xué)生團結(jié)合作的團隊意識。

此外，期末考試采用了題庫考試模式，加大了考試的難度，拓寬了學(xué)生需要復(fù)習(xí)的知識范圍，使學(xué)生更重視本門課程的學(xué)習(xí)，為金屬學(xué)和熱處理知識的深入掌握奠定基礎(chǔ)。

通過推行考試方法改革，解決了傳統(tǒng)考核方法的弊端，增強了學(xué)生平時學(xué)習(xí)的自覺性，轉(zhuǎn)變了學(xué)風(fēng)，提高了學(xué)生的分析問題和解決問題的能力。同時，促進教師改革教學(xué)方法，提高了教師的教學(xué)能力。

5 結(jié)束語

對《金屬學(xué)與熱處理》課程進行教學(xué)改革，進一步提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和解決實際生產(chǎn)和科研問題的能力，專業(yè)視野進一步得到拓寬，同時也使課堂教學(xué)與生產(chǎn)實際的結(jié)合更加緊密，是培養(yǎng)滿足社會需求的創(chuàng)新人才的有效方法和途徑。

[1]趙政，陳學(xué)文，李旭.高職畜牧獸醫(yī)專業(yè)教師深入生產(chǎn)第一線實踐鍛煉芻議[J].科技信息，2008(28):346-347.

[2]仵海東，曹鵬軍，劉筱微. “金屬學(xué)及熱處理”課程建設(shè)與改革探索[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報:社會科學(xué)版，2009(12):205-206.

[3] 黃之德.《金屬學(xué)及熱處理》課程教學(xué)實踐與探索[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2003(7):38-39.

[4] 王海燕，趙莉萍，馮佃臣，等. 關(guān)于“金屬學(xué)與熱處理”課程課堂教學(xué)的思考[J].中國冶金教育，2007(5):31-33.

[5] 楊在志.《金屬學(xué)與熱處理原理》課程教學(xué)改革與實踐[J].教育教學(xué)論壇，2013(41):50-51.

[6] 姚永紅，王建武.《金屬學(xué)與熱處理》學(xué)習(xí)方法淺析[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2004,15(3):222-223.

Educational Reform Exploration of the Course ofMetallographyandHeatTreatment

YU Jingyuan, LI Qiang, LIU Weidong, QI Jinggang, SHI Ping, CHEN Yang

(College of Materials Science and Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China)

Considering the characteristics of the course and audiences ofmetallographyandheattreatment, we try to reform the textbook content, teaching methods and examination methods according to the experience in the teaching. Now we have obtained some effect and improved the quality of teaching.

metallography and heat treatment; teaching reform; combining scientific research; exploration

2013-11-12

于景媛(1979-)，女，博士，副教授，研究方向：材料表面改性。

G642.0；G451.2

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.04.061