钢的热处理原理课程教学方法浅析

梁亚红 李国伟 王晓欢 苏 娟内蒙古工业大学材料学院 内蒙古呼和浩特 010051



钢的热处理原理课程教学方法浅析

梁亚红 李国伟 王晓欢 苏 娟
内蒙古工业大学材料学院 内蒙古呼和浩特 010051

摘 要：金属学与热处理、金属材料的热处理、固态相变及机械工程材料等课程均有钢的热处理原理这部分内容。该内容既是机械、化工、动力等工科类专业需要掌握的技术基础知识，又是材料及材料加工类专业学生必须掌握的专业基础知识，而且该内容是后续热处理工艺学习的理论基础。因此针对不同专业的教学需求如何讲好这部分内容尤为重要，本文从教学方法，教学知识体系，教学手段多样化在教学中作了初步尝试。

关键词：教学方法；知识体系主线；教学手段

针对我国提倡节能减排，适应低碳经济发展的要求，各行各业的工程技术人员都要掌握一定的节能减排技术，因此，高校各专业尤其是工科类专业的培养目标和教学也相应地增加节能减排等方面的内容[1]，以适应社会的需求，培养出具有节能意识和节能技术的工程人才。钢的热处理课程不仅是材料类专业学生必修的一门十分重要的专业性较强、概念较多、联系实践的专业课，也是其他一些工科专业(机械、化工、动力等)需要掌握的技术基础课。教师通过课堂教学，向学生讲述金属材料发生固态相变的基本原理和规律，阐述利用相变原理改善金属材料组织结构、提高性能的工艺方法。学生通过课程学习，学会和掌握正确制定热处理工艺的知识和方法，为提高产品质量、充分发挥现有材料的潜力、合理制定热处理工艺、节约能源、发展新材料和新工艺打下坚实的基础。因此，如何教好这门课程，提高学生的学习热情和兴趣，培养学生的实际操作能力，并将节能减排融入其中是每位材料专业教育工作者需要思考和解答的问题。笔者从教学方法，教学知识体系，注意理论联系实际，教学手段多样化在教学中作了初步尝试。

1 绪论部分是关键 提高学生学习兴趣

绪论部分教学的目的在于突出课程的重要性和实际应用性，首先要激起学生的学习兴趣，并融入节能减排的知识。通常在绪论课上举例说明金属材料在日常生活、工农业生产、交通运输、航空海运等方面的重要作用，并用适当例子描绘出一幅体现金属材料实验美、自然美、理论美的全景画，从而进一步增强学生学好该课程的意识。那如何举例就显得弥足重要，可以从现在一些热门话题(如环境污染，飞机事故等)或前沿研究[2]等来说明材料及热处理的重要性，实例来源于生活更能引起学生的共鸣及学习兴趣。通过一个实例概括全部信息：包括材料的组成、结构与性能之间的关系。以齿轮为例：小到手表机芯，大到汽车变速齿轮再到各种大型机床齿轮，性能要求：齿面承受大的接触应力并产生强烈的摩擦，在换挡、启动和啮合不良时，齿轮还承受一定的冲击载荷；齿面具有较高的硬度和耐磨性；齿轮的齿根部受交变弯曲应力，齿轮心部具有足够的强度和韧性；一个齿轮如何能达到不同部位不同的性能要求呢？我们以用于中小载荷机床齿轮，如床头箱、溜板箱齿轮等的45号钢为例，表面硬度要求58～62HRC，心部硬度要求35～45HRC，其工艺路线一般为：备料—锻造—正火—机械粗加工—调质—机械半精加工—高频感应淬火+低温回火—磨削。其中要经过三步热处理过程。(1)正火处理：作用是消除锻造应力，均匀组织，使同批坯料硬度相同，利于切削加工，改善齿轮表面加工质量；(2)调质：目的是提高齿轮心部的综合力学性能，以承受交变弯曲应力和冲击载荷，还可减少高频淬火变形；(3)高频感应淬火及低温回火：该过程是决定齿轮表面性能的关键工序，高频感应淬火可提高齿轮表面的硬度和耐磨性，使齿轮表面具有残余压应力，从而提高抗疲劳点蚀的能力。低温回火是为了消除淬火应力，防止产生磨削裂纹和提高抗冲击能力。只有这三步热处理过程完成后才能达到性能要求，因此热处理在工程技术领域是非常重要的。

2 构建知识体系主线 突出重点和难点

在课堂教学过程中，还要注意构建知识体系主线，突出重点和难点。当学生了解了本课程的重要性、任务之后，再介绍课程的主要内容以及学习本课程的方法。构建知识体系主线，使学生掌握本课程的学习方法，明确重点和难点

金属学与热处理、钢的热处理及固态相变等课程均有钢的热处理原理这部分内容，根据各种材料专业不同课程的教学需要，内容深浅要求都不一样，这就需要一种更系统的学习方法——从点、线、面三层建造学习树(learning tree)的方法。钢的热处理原理主要包括五部分内容：前四部分内容是讲述钢在热处理过程中可能发生的各种类型的转变，包括奥氏体转变、珠光体转变、马氏体转变和贝氏体转变，每个部分都以五个点为主线：晶体结构、组织形态、转变热力学和动力学、转变特征和机理、性能(如图1所示)，这就使每部分内容都系统化，分别细化每一个点的内容，使整个体系面化发展，并最终建造出一棵系统的学习树。而第五部分的内容“C曲线”是对前四部分内容的总结，该内容是后续热处理工艺教学的基础，因此学生掌握前四部分成为教学的重点。

图1 学习树的主干

在授课前将学习方法介绍给学生，学生在听课时便会注意这些内容的学习。这将会在学生脑中先形成一个体系，不会因为学习内容的增加导致知识的混乱而失去学习的兴趣。同时授课时围绕系统的主干线将每一个点讲授清楚，内容的多少、深浅及难易程度根据不同专业课程的教学需要进行确定，每讲授完一部分内容都做一次总结，也即建造这一部分内容的学习树，在黑板上先画出如图1所示学习树的主干，并调动、提示学生，一起完成学习树，回忆每一点涉及详细内容，并标明难点、重点。建造学习树的过程本身就是复习回顾与掌握的过程，而有了每一部分的学习树，复习时便对各个内容一目了然。

3 结合实践教学 强化所教内容

“理论联系实际，学以致用”是学生学习的根本，更是教师教学的目标[3]。而且金属热处理课程是一门建立在实验观察和生产实践基础上并为生产服务的课程，其定性描述多，定量计算少，并且课程重要内容基本上都是采用文字、图表、照片进行说明，学生掌握难度较大[4,5]。因此一定要结合课程实验，培养和提高学生的动手能力，将理论与实践相结合并贯穿于教学中，既夯实了学生的理论基础，同时又培养了学生独立解决实际问题的能力。

4 结束语

根据金属热处理学科的特点，教学过程中，建立一种更系统的学习方法——从点、线、面建造学习树，引导学生去思索，充分调动学生的积极性、主动性，知识点由浅入深，使学生更快地把教师传授的知识转化为分析和解决问题的能力，以培养出更多的高素质合格人才。

参考文献

[1] 胡永俊,李风,成晓玲.节能减排教育课程改革探索[J].广东工业大学学报:社会科学版,2010(S10):194-197.

[2] 袁广银.基础理论与前沿研究相结合[J].中国现代教育装备,2013(19):23-24.

[3] 孟利,杨平,陈冷,韩凌．新形势下材料科学基础实验教学的实践与思考[J].中国冶金教育,2010(2):45-47.

[4] 吴志方.在“金属热处理”课程教学中培养学生创新能力[J].中国冶金教育,2010(4):42-44.

[5] 周新贵,白书欣.改进高校材料专业实验教学的思考与建议[J].实验技术与管理,2011(6):234-236.

A Tentative Discussion of Teaching Method about Theory of Heat-treatment of Steel Course

Liang Yahong, Li Guowei, Wang Xiaohuan, Su Juan
School of Material Science and Engineering, Inner Mongolia University of technology, Hohhot, 010051, China

Abstract:Theory of heat-treatment of steel is partial content of ‘Metallography and Heat Treatment’, ‘Heat Treatment of metal materials’, ‘solid-state phase transformation’ and ‘material of mechanical engineering’. This content is not only technological basic knowledge of engineering majors such as machinery, chemical industry and motive power but also professional basic knowledge of material and material processing. This content makes a solid foundation for technology of heat treatment. It is important how to teaching aim at different requirement of different major. This paper makes a tentative attempt on teaching method, teaching knowledge system and multiple teaching tools.

Key words:teaching method; main knowledge system; teaching tool

收稿日期：2015-09-25

作者简介：梁亚红，硕士，讲师。