《金属热处理实验》课程的教学改革与实践

秦海英 倪华良 李阳阳 段星

摘要：《金属热处理实验》是本校功能材料专业本科生的专业必修课，本文从课程特点和教学现状出发，结合功能材料专业特点和金属热处理实验课程内容，探讨了《金属热处理实验》课程教学改革的基本思路，提出了课程教学实践的切实可行的具体措施。

关键词：金属热处理实验；教学改革；教学实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）24-0126-02

一、引言

随着当今科学技术的蓬勃发展，对大学生综合素质的培养和创新能力的提高是当代本科生教育改革的客观要求。实验教学是高等学校教学工作中的一个重要组成部分，对培养大学生创新能力、动手能力等具有重要意义。金属热处理是指通过调质、时效、淬火、回火、氮化、渗碳等工艺调控材料微观结构或表面化学成分，从而改变材料的使用性能，比如可使材料提高硬度、韧性、耐磨、强度等。早在铜器和铁器时代，金属热处理工艺就被人类所认识，现在仍然是机械制造中的重要工艺之一。鉴于金属热处理工艺的实践性强，因此，作为一门专业基础必修课程之一，金属热处理的实验教学的创新和改革对于提高本科生教学质量具有重要意义。本文通过分析《金属热处理实验》课程的教学现状，初步探讨了如何结合功能材料专业特点和金属热处理实验教学内容，对教学内容和方法进行改革。

二、《金属热处理实验》课程的教学现状

《金属热处理实验》课程的教学目标是：1）掌握碳钢的常用热处理工艺与钢力学性能之间的关系；2）熟悉金相组织的制备和观察；3）掌握热处理工艺、微观结构和力学性能之间的关系。通过这三大内容的学习旨在使学生掌握一定的金属热处理工艺的基础知识，学会分析和解决金属热处理应用领域中的各种实际问题的能力，并着重培养学生创新、实践和动手能力，为后续能够在生产实践中灵活应用热处理工艺知识解决实际问题奠定基础。

目前在实践教学过程中存在以下问题：1）课程实践中选取的实验样品随机化，热处理与微结构和力学测试三个环节所用的样品往往不相同，使得学生对于热处理工艺、微观组织和力学性能的系统认识不够；2）金相样品制作过程中，机器自动化程度高，动眼多于动手，学生实际操作能力锻炼不够。金相样品的磨制过程对动手能力要求很高，现有的全自动磨抛机剥夺了学生的实际动手机会，学生在使用仪器过程中对手工磨制金相样品的过程理解不够。以上两个问题导致学生动手能力锻炼不够，教学效果差。因此，《金属热处理实验》课程在本科教学中进行改革是十分必要的。

三、课程教学实践策略

（一）课程实践内容的构建

我校的功能材料专业主要是培养具有金属功能材料、磁性材料、储能材料和发光材料等新型功能材料专业背景，满足能在新型功能材料制备、加工和测试等领域教学和技术开发的综合性科学研究与工程技术人才。因而，在教学内容实践中要综合考虑金属热处理实验课程内容对培养学生在材料加工领域的综合性工程技术人才的必要性。本课程实践教学是与功能材料专业的本科生专业必修课《金属材料热处理》相辅相成的，其目的在于通过本课程的实践教学加深学生对于金属材料热处理工艺、微观组织和力学性能之间的系统理解和应用。

基于以上教学目的，本课程采用直径15mm，高度30mm的45#钢圆柱形小试样作为实验对象。课程实践持续8周，分为热处理工艺、后续力学性能测试和金相制作观察两部分交替进行。在第一、三、五、七周的实验课安排学生将45钢小试样分别进行退火、正火、淬火和回火热处理实验，在第二、四、六和八周的实验课安排学生用洛氏硬度计对热处理后的样品去除表面氧化皮之后打磨，然后进行硬度测试。硬度测试后将样品进行磨光、抛光和腐蚀，用金相显微镜观察显微组织并且绘制观测到的金相显微组织特征。

通过以上实践内容引导学生将金属材料热处理工艺知识和金属材料力学性能和微观组织之间进行比较和整合，从而牢固地把握所学的金属材料热处理基础知识，也为后继生产实践中的工程技术打下坚实的基础。

（二）课程实践方式的改革

往年实践课程的内容都是老师制定实验内容和方法，学生按照实验说明完成实验内容，撰写实验报告。为了进一步提高学生的积极性和独立思考能力，在实验课的前期先提出金属材料所需要的力学性能，启发学生思考什么样的微观组织可以获得需要的力学性能，然后引导学生制定所需要的微观组织的热处理工艺。经过讨论获得课程的热处理工艺，之后由学生独立操作完成45#钢材的热处理、微观组织的观察和力学性能的测试。通过这样的一个循环过程，可以加深学生对于热处理工艺、微观组织和力学性能之间关系的理解。

目前，金属试样的制备过程中机械化程度在逐渐提高，通过全自动磨抛机的使用极大地提高了金相样品的制备效率，节省制样时间，但是机械化程度的提高不容易让学生掌握金相样品制备过程中的重点和难点，尤其是遇到样品制备过程中出现的多面、划痕、拖尾等问题。所以，在实践教学过程中，参考了全国大学生金相大赛的要求，在制备金相样品的过程中仅保留了抛光机，用一套金相砂纸（包括200#，320#，400#，500#和600#）在玻璃板上先粗后细逐号磨光，每次更换下一道砂纸时，将磨光方向转90o，以便于观察原磨痕的消除情况，最后将样品在抛光机上用绒布抛光。抛光后的样品在光学显微镜下观察是否有划痕和拖尾。最后用硝酸酒精溶液进行化学浸蚀得到最终观测微观组织需要的样品。选择合适的观察倍率观察微观组织，并且对主要特征进行绘制记录。

四、结语

金属热处理实验是一门与实践结合紧密的课程，通过上述对《金属热处理工艺》课程的实践内容和方式所采取的改革措施，有助于加深学生对金属热处理工艺的理解，明确了我校功能材料专业该课程的教学目的。使学生在掌握金屬材料热处理的基本理论的同时加深实践教学的认知，为将来的学习和工作奠定基础。

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