鋼的熱處理原理課程教學方法淺析

梁亞紅 李國偉 王曉歡 蘇 娟內蒙古工業大學材料學院 內蒙古呼和浩特 010051

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鋼的熱處理原理課程教學方法淺析

梁亞紅 李國偉 王曉歡 蘇 娟
內蒙古工業大學材料學院 內蒙古呼和浩特 010051

摘 要：金屬學與熱處理、金屬材料的熱處理、固態相變及機械工程材料等課程均有鋼的熱處理原理這部分內容。該內容既是機械、化工、動力等工科類專業需要掌握的技術基礎知識，又是材料及材料加工類專業學生必須掌握的專業基礎知識，而且該內容是后續熱處理工藝學習的理論基礎。因此針對不同專業的教學需求如何講好這部分內容尤為重要，本文從教學方法，教學知識體系，教學手段多樣化在教學中作了初步嘗試。

關鍵詞：教學方法；知識體系主線；教學手段

針對我國提倡節能減排，適應低碳經濟發展的要求，各行各業的工程技術人員都要掌握一定的節能減排技術，因此，高校各專業尤其是工科類專業的培養目標和教學也相應地增加節能減排等方面的內容[1]，以適應社會的需求，培養出具有節能意識和節能技術的工程人才。鋼的熱處理課程不僅是材料類專業學生必修的一門十分重要的專業性較強、概念較多、聯系實踐的專業課，也是其他一些工科專業(機械、化工、動力等)需要掌握的技術基礎課。教師通過課堂教學，向學生講述金屬材料發生固態相變的基本原理和規律，闡述利用相變原理改善金屬材料組織結構、提高性能的工藝方法。學生通過課程學習，學會和掌握正確制定熱處理工藝的知識和方法，為提高產品質量、充分發揮現有材料的潛力、合理制定熱處理工藝、節約能源、發展新材料和新工藝打下堅實的基礎。因此，如何教好這門課程，提高學生的學習熱情和興趣，培養學生的實際操作能力，并將節能減排融入其中是每位材料專業教育工作者需要思考和解答的問題。筆者從教學方法，教學知識體系，注意理論聯系實際，教學手段多樣化在教學中作了初步嘗試。

1 緒論部分是關鍵 提高學生學習興趣

緒論部分教學的目的在于突出課程的重要性和實際應用性，首先要激起學生的學習興趣，并融入節能減排的知識。通常在緒論課上舉例說明金屬材料在日常生活、工農業生產、交通運輸、航空海運等方面的重要作用，并用適當例子描繪出一幅體現金屬材料實驗美、自然美、理論美的全景畫，從而進一步增強學生學好該課程的意識。那如何舉例就顯得彌足重要，可以從現在一些熱門話題(如環境污染，飛機事故等)或前沿研究[2]等來說明材料及熱處理的重要性，實例來源于生活更能引起學生的共鳴及學習興趣。通過一個實例概括全部信息：包括材料的組成、結構與性能之間的關系。以齒輪為例：小到手表機芯，大到汽車變速齒輪再到各種大型機床齒輪，性能要求：齒面承受大的接觸應力并產生強烈的摩擦，在換擋、啟動和嚙合不良時，齒輪還承受一定的沖擊載荷；齒面具有較高的硬度和耐磨性；齒輪的齒根部受交變彎曲應力，齒輪心部具有足夠的強度和韌性；一個齒輪如何能達到不同部位不同的性能要求呢？我們以用于中小載荷機床齒輪，如床頭箱、溜板箱齒輪等的45號鋼為例，表面硬度要求58～62HRC，心部硬度要求35～45HRC，其工藝路線一般為：備料—鍛造—正火—機械粗加工—調質—機械半精加工—高頻感應淬火+低溫回火—磨削。其中要經過三步熱處理過程。(1)正火處理：作用是消除鍛造應力，均勻組織，使同批坯料硬度相同，利于切削加工，改善齒輪表面加工質量；(2)調質：目的是提高齒輪心部的綜合力學性能，以承受交變彎曲應力和沖擊載荷，還可減少高頻淬火變形；(3)高頻感應淬火及低溫回火：該過程是決定齒輪表面性能的關鍵工序，高頻感應淬火可提高齒輪表面的硬度和耐磨性，使齒輪表面具有殘余壓應力，從而提高抗疲勞點蝕的能力。低溫回火是為了消除淬火應力，防止產生磨削裂紋和提高抗沖擊能力。只有這三步熱處理過程完成后才能達到性能要求，因此熱處理在工程技術領域是非常重要的。

2 構建知識體系主線 突出重點和難點

在課堂教學過程中，還要注意構建知識體系主線，突出重點和難點。當學生了解了本課程的重要性、任務之后，再介紹課程的主要內容以及學習本課程的方法。構建知識體系主線，使學生掌握本課程的學習方法，明確重點和難點

金屬學與熱處理、鋼的熱處理及固態相變等課程均有鋼的熱處理原理這部分內容，根據各種材料專業不同課程的教學需要，內容深淺要求都不一樣，這就需要一種更系統的學習方法——從點、線、面三層建造學習樹(learning tree)的方法。鋼的熱處理原理主要包括五部分內容：前四部分內容是講述鋼在熱處理過程中可能發生的各種類型的轉變，包括奧氏體轉變、珠光體轉變、馬氏體轉變和貝氏體轉變，每個部分都以五個點為主線：晶體結構、組織形態、轉變熱力學和動力學、轉變特征和機理、性能(如圖1所示)，這就使每部分內容都系統化，分別細化每一個點的內容，使整個體系面化發展，并最終建造出一棵系統的學習樹。而第五部分的內容“C曲線”是對前四部分內容的總結，該內容是后續熱處理工藝教學的基礎，因此學生掌握前四部分成為教學的重點。

圖1 學習樹的主干

在授課前將學習方法介紹給學生，學生在聽課時便會注意這些內容的學習。這將會在學生腦中先形成一個體系，不會因為學習內容的增加導致知識的混亂而失去學習的興趣。同時授課時圍繞系統的主干線將每一個點講授清楚，內容的多少、深淺及難易程度根據不同專業課程的教學需要進行確定，每講授完一部分內容都做一次總結，也即建造這一部分內容的學習樹，在黑板上先畫出如圖1所示學習樹的主干，并調動、提示學生，一起完成學習樹，回憶每一點涉及詳細內容，并標明難點、重點。建造學習樹的過程本身就是復習回顧與掌握的過程，而有了每一部分的學習樹，復習時便對各個內容一目了然。

3 結合實踐教學 強化所教內容

“理論聯系實際，學以致用”是學生學習的根本，更是教師教學的目標[3]。而且金屬熱處理課程是一門建立在實驗觀察和生產實踐基礎上并為生產服務的課程，其定性描述多，定量計算少，并且課程重要內容基本上都是采用文字、圖表、照片進行說明，學生掌握難度較大[4,5]。因此一定要結合課程實驗，培養和提高學生的動手能力，將理論與實踐相結合并貫穿于教學中，既夯實了學生的理論基礎，同時又培養了學生獨立解決實際問題的能力。

4 結束語

根據金屬熱處理學科的特點，教學過程中，建立一種更系統的學習方法——從點、線、面建造學習樹，引導學生去思索，充分調動學生的積極性、主動性，知識點由淺入深，使學生更快地把教師傳授的知識轉化為分析和解決問題的能力，以培養出更多的高素質合格人才。

參考文獻

[1] 胡永俊,李風,成曉玲.節能減排教育課程改革探索[J].廣東工業大學學報:社會科學版,2010(S10):194-197.

[2] 袁廣銀.基礎理論與前沿研究相結合[J].中國現代教育裝備,2013(19):23-24.

[3] 孟利,楊平,陳冷,韓凌．新形勢下材料科學基礎實驗教學的實踐與思考[J].中國冶金教育,2010(2):45-47.

[4] 吳志方.在“金屬熱處理”課程教學中培養學生創新能力[J].中國冶金教育,2010(4):42-44.

[5] 周新貴,白書欣.改進高校材料專業實驗教學的思考與建議[J].實驗技術與管理,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

作者簡介：梁亞紅，碩士，講師。