《金屬熱處理實(shí)驗(yàn)》課程的教學(xué)改革與實(shí)踐

秦海英 倪華良 李陽陽 段星

摘要：《金屬熱處理實(shí)驗(yàn)》是本校功能材料專業(yè)本科生的專業(yè)必修課，本文從課程特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合功能材料專業(yè)特點(diǎn)和金屬熱處理實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，探討了《金屬熱處理實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)改革的基本思路，提出了課程教學(xué)實(shí)踐的切實(shí)可行的具體措施。

關(guān)鍵詞：金屬熱處理實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革；教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）24-0126-02

一、引言

隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對大學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和創(chuàng)新能力的提高是當(dāng)代本科生教育改革的客觀要求。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)工作中的一個(gè)重要組成部分，對培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力、動手能力等具有重要意義。金屬熱處理是指通過調(diào)質(zhì)、時(shí)效、淬火、回火、氮化、滲碳等工藝調(diào)控材料微觀結(jié)構(gòu)或表面化學(xué)成分，從而改變材料的使用性能，比如可使材料提高硬度、韌性、耐磨、強(qiáng)度等。早在銅器和鐵器時(shí)代，金屬熱處理工藝就被人類所認(rèn)識，現(xiàn)在仍然是機(jī)械制造中的重要工藝之一。鑒于金屬熱處理工藝的實(shí)踐性強(qiáng)，因此，作為一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課程之一，金屬熱處理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新和改革對于提高本科生教學(xué)質(zhì)量具有重要意義。本文通過分析《金屬熱處理實(shí)驗(yàn)》課程的教學(xué)現(xiàn)狀，初步探討了如何結(jié)合功能材料專業(yè)特點(diǎn)和金屬熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，對教學(xué)內(nèi)容和方法進(jìn)行改革。

二、《金屬熱處理實(shí)驗(yàn)》課程的教學(xué)現(xiàn)狀

《金屬熱處理實(shí)驗(yàn)》課程的教學(xué)目標(biāo)是：1）掌握碳鋼的常用熱處理工藝與鋼力學(xué)性能之間的關(guān)系；2）熟悉金相組織的制備和觀察；3）掌握熱處理工藝、微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能之間的關(guān)系。通過這三大內(nèi)容的學(xué)習(xí)旨在使學(xué)生掌握一定的金屬熱處理工藝的基礎(chǔ)知識，學(xué)會分析和解決金屬熱處理應(yīng)用領(lǐng)域中的各種實(shí)際問題的能力，并著重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、實(shí)踐和動手能力，為后續(xù)能夠在生產(chǎn)實(shí)踐中靈活應(yīng)用熱處理工藝知識解決實(shí)際問題奠定基礎(chǔ)。

目前在實(shí)踐教學(xué)過程中存在以下問題：1）課程實(shí)踐中選取的實(shí)驗(yàn)樣品隨機(jī)化，熱處理與微結(jié)構(gòu)和力學(xué)測試三個(gè)環(huán)節(jié)所用的樣品往往不相同，使得學(xué)生對于熱處理工藝、微觀組織和力學(xué)性能的系統(tǒng)認(rèn)識不夠；2）金相樣品制作過程中，機(jī)器自動化程度高，動眼多于動手，學(xué)生實(shí)際操作能力鍛煉不夠。金相樣品的磨制過程對動手能力要求很高，現(xiàn)有的全自動磨拋機(jī)剝奪了學(xué)生的實(shí)際動手機(jī)會，學(xué)生在使用儀器過程中對手工磨制金相樣品的過程理解不夠。以上兩個(gè)問題導(dǎo)致學(xué)生動手能力鍛煉不夠，教學(xué)效果差。因此，《金屬熱處理實(shí)驗(yàn)》課程在本科教學(xué)中進(jìn)行改革是十分必要的。

三、課程教學(xué)實(shí)踐策略

（一）課程實(shí)踐內(nèi)容的構(gòu)建

我校的功能材料專業(yè)主要是培養(yǎng)具有金屬功能材料、磁性材料、儲能材料和發(fā)光材料等新型功能材料專業(yè)背景，滿足能在新型功能材料制備、加工和測試等領(lǐng)域教學(xué)和技術(shù)開發(fā)的綜合性科學(xué)研究與工程技術(shù)人才。因而，在教學(xué)內(nèi)容實(shí)踐中要綜合考慮金屬熱處理實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容對培養(yǎng)學(xué)生在材料加工領(lǐng)域的綜合性工程技術(shù)人才的必要性。本課程實(shí)踐教學(xué)是與功能材料專業(yè)的本科生專業(yè)必修課《金屬材料熱處理》相輔相成的，其目的在于通過本課程的實(shí)踐教學(xué)加深學(xué)生對于金屬材料熱處理工藝、微觀組織和力學(xué)性能之間的系統(tǒng)理解和應(yīng)用。

基于以上教學(xué)目的，本課程采用直徑15mm，高度30mm的45#鋼圓柱形小試樣作為實(shí)驗(yàn)對象。課程實(shí)踐持續(xù)8周，分為熱處理工藝、后續(xù)力學(xué)性能測試和金相制作觀察兩部分交替進(jìn)行。在第一、三、五、七周的實(shí)驗(yàn)課安排學(xué)生將45鋼小試樣分別進(jìn)行退火、正火、淬火和回火熱處理實(shí)驗(yàn)，在第二、四、六和八周的實(shí)驗(yàn)課安排學(xué)生用洛氏硬度計(jì)對熱處理后的樣品去除表面氧化皮之后打磨，然后進(jìn)行硬度測試。硬度測試后將樣品進(jìn)行磨光、拋光和腐蝕，用金相顯微鏡觀察顯微組織并且繪制觀測到的金相顯微組織特征。

通過以上實(shí)踐內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生將金屬材料熱處理工藝知識和金屬材料力學(xué)性能和微觀組織之間進(jìn)行比較和整合，從而牢固地把握所學(xué)的金屬材料熱處理基礎(chǔ)知識，也為后繼生產(chǎn)實(shí)踐中的工程技術(shù)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）課程實(shí)踐方式的改革

往年實(shí)踐課程的內(nèi)容都是老師制定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)說明完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。為了進(jìn)一步提高學(xué)生的積極性和獨(dú)立思考能力，在實(shí)驗(yàn)課的前期先提出金屬材料所需要的力學(xué)性能，啟發(fā)學(xué)生思考什么樣的微觀組織可以獲得需要的力學(xué)性能，然后引導(dǎo)學(xué)生制定所需要的微觀組織的熱處理工藝。經(jīng)過討論獲得課程的熱處理工藝，之后由學(xué)生獨(dú)立操作完成45#鋼材的熱處理、微觀組織的觀察和力學(xué)性能的測試。通過這樣的一個(gè)循環(huán)過程，可以加深學(xué)生對于熱處理工藝、微觀組織和力學(xué)性能之間關(guān)系的理解。

目前，金屬試樣的制備過程中機(jī)械化程度在逐漸提高，通過全自動磨拋機(jī)的使用極大地提高了金相樣品的制備效率，節(jié)省制樣時(shí)間，但是機(jī)械化程度的提高不容易讓學(xué)生掌握金相樣品制備過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，尤其是遇到樣品制備過程中出現(xiàn)的多面、劃痕、拖尾等問題。所以，在實(shí)踐教學(xué)過程中，參考了全國大學(xué)生金相大賽的要求，在制備金相樣品的過程中僅保留了拋光機(jī)，用一套金相砂紙（包括200#，320#，400#，500#和600#）在玻璃板上先粗后細(xì)逐號磨光，每次更換下一道砂紙時(shí)，將磨光方向轉(zhuǎn)90o，以便于觀察原磨痕的消除情況，最后將樣品在拋光機(jī)上用絨布拋光。拋光后的樣品在光學(xué)顯微鏡下觀察是否有劃痕和拖尾。最后用硝酸酒精溶液進(jìn)行化學(xué)浸蝕得到最終觀測微觀組織需要的樣品。選擇合適的觀察倍率觀察微觀組織，并且對主要特征進(jìn)行繪制記錄。

四、結(jié)語

金屬熱處理實(shí)驗(yàn)是一門與實(shí)踐結(jié)合緊密的課程，通過上述對《金屬熱處理工藝》課程的實(shí)踐內(nèi)容和方式所采取的改革措施，有助于加深學(xué)生對金屬熱處理工藝的理解，明確了我校功能材料專業(yè)該課程的教學(xué)目的。使學(xué)生在掌握金屬材料熱處理的基本理論的同時(shí)加深實(shí)踐教學(xué)的認(rèn)知，為將來的學(xué)習(xí)和工作奠定基礎(chǔ)。

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