崔春娟 刘晓燕 赵旭 杨西荣

摘 要 根据新经济形势和新工科对人才培养的要求，结合多年的教学经验，通过改革教学方式、教学内容以及实践教学环节，多层次、多规格、多视角地体现“热处理工艺学”课程内涵，实现“热处理工艺学”理论教学与实践教学的较好融合，该项目的研究有助于学生创新意识和创新能力的培养，使学生具备智能制造和虚拟生产的能力。

关键词 热处理工艺学 理论教学 实践 数值模拟 融合

中图分类号：G424                                   文献标识码：A    DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2021.03.056

Exploration on the Integration of Theoretical Teaching and Practical Teaching of Heat Treatment Technology

CUI Chunjuan， LIU Xiaoyan， ZHAO Xu， YANG Xirong

（School of Metallurgical Engineering， Xi'an University of Architecture and Technology， Xi'an， Shaanxi 710055）

Abstract According to the requirements of the new economic situation and new engineering for talent training， combined with many years of teaching experience， through the reform of teaching methods， teaching contents and practical teaching links， the connotation of heat treatment technology course can be reflected in multi-level， multi specification and multi perspective， and the better integration of theoretical teaching and practical teaching of heat treatment technology can be realized. The research of this project is helpful to students' innovation， the cultivation of new consciousness and innovation ability enables students to have the ability of intelligent manufacturing and virtual production.

Keywords heat treatment technology; theoretical teaching; practice; numerical simulation; integration

一流專业建设是建设高水平本科教育、提高人才培养水平的有效途径之一。而升级改造传统专业，是进一步提升专业培养水平、服务地方经济的有效措施。 [1]而课程建设是一流专业建设的核心，课程建设的灵魂与实质是课程教学体系的改革。教学模式是保证教学效果的重要手段，是提高大学生综合素质的最重要途径。[2]培养学生具备扎实理论基础的同时，培养其创新意识和创新能力，是双一流专业课程教学工作需要长期探索与实践的主要工作之一。 [3]

“热处理工艺学”是金属材料工程专业本科生的必修课程之一。其前面有大学物理、高等数学、金属学等先导课程作为基础，后面又有热处理工艺数值模拟作为支撑，起着承前启后的作用。通过学习，学生能够掌握热处理工艺的基本原理，熟悉热处理工艺对金属材料的组织和性能的影响，能够正确选择与使用金属材料，并为材料的改性、研发新材料及开发新工艺奠定良好的基础。

然而，在该课程的教学过程中，教学模式仍然停留在单一的课堂讲授的教学模式，长期以来进行“填鸭式”教育、且缺少新的教学模式，学生独立思考的空间较少。另外，教学理论与教学实践相互脱节，也大大影响了教学效果与教学质量。通常，理论源于实践，也需要实践检验其正确性，教学也概莫能外。[4]因此，教学理论与教学实践是一个相互作用的过程，在这一过程中，彼此需要反复融合。教育部自2017年2月以来积极推进新工科建设，并发布了相关文件，[5]因此，在“热处理工艺学”课程教学中进一步加强金属材料的智能制造以及虚拟生产能力的培养也迫在眉睫。另外，利用各种创新创业计划，培养大学生的创新意识、提升创新能力也是“热处理工艺学”课程教学模式改革的重点之一。

1 改革“热处理工艺学”课程设计的教学手段，实现理论教学与实践教学的深度融合

首先，对“热处理工艺学”课程设计的教学环节进行教学实践改革。要求学生利用所学的理论知识，在规定时间内，按照任务书的要求完成某一钢种的指定零件在某一服役条件下热处理工艺设计并进行实验验证。包括热处理设备的选择，制定加热温度、加热方式、加热介质、保温时间、冷却方式和冷却介质等工艺参数，然后进行热处理实验，并采用金相显微镜观察热处理后的金相组织、采用洛氏硬度仪测量热处理后的试样硬度值。通过分析工艺参数、金相组织、洛氏硬度值可以获取热处理工艺参数-组织-性能之间的关系。为此，我们选择常见的钢种：20#/45#优质碳素结构钢、马氏体时效钢、GCr15轴承钢、65Mn弹簧钢、40Cr合金结构钢、T8/T10碳素工具钢、9SiCr合金工具钢、W18Cr4V高速钢、H13模具钢、球墨铸铁等，并指定具体的零件。学生通过制定相应的热处理制度，并进行实验，观察热处理后的组织形貌，测试硬度来验证是否满足零件的使用要求。这项教学实践改革，既可以锻炼学生的动手能力、团队合作能力;也能培养学生运用所学的理论知识解决复杂工程问题的能力，并进一步巩固和发展理论知识;也能使学生熟悉热处理工艺设计的步骤、热处理设备的选择、夹具设计等;也能对学生进行热处理基本技能的训练，如计算、工艺图绘制和设计资料、手册、标准和规范的使用等。真正实现了理论教学与实际教学的深度融合，并兼具趣味性、生动性与多元性。

2 以新工科为背景，加强对学生智能制造和虚拟生产能力的培养

智能热处理是智能制造的组成部分之一，热处理计算机模拟是智能热处理的核心技术。传统的热处理工艺大多采用经验和半经验的方法，不仅耗费大量的人力、物力、财力，而且很难精确地控制材料的质量。随着计算机技术的飞速发展，热处理数值模拟成为一个备受材料研究者关注的研究领域。[6]计算机数值模拟技术以传热学、奥氏体化相变动力学等为理论依据，运用有限元方法可获得热处理过程任一瞬时工件内部温度场分布和组织分布。因此，根据工件的形状、材料种类、加热介质等因素，就可以实现加热过程的精确数值模拟。[7]计算机模拟可以使学生掌握与热处理有关的各种现象的规律，是实现热处理智能化的必要工具，其发展潜力巨大。[8]

因此，以新工科为背景，以金属材料热处理数值模拟的课程设计为支撑，可以培养学生金属材料智能化生产和智能制造的理念。首先，在计算机辅助设计和辅助制造的基础上，使学生掌握热处理数值模拟的基本原理，也就是多场耦合原理。然后进行热处理过程中温度场、浓度场、组织转变、力学性能、应力/应变场、奥氏体晶粒度等的数值模拟技术，以及多场耦合分析技术等。并在此基础之上，依托金属材料虚拟生产平台使学生具备一定的虚拟生产能力。虚拟生产仿真技术是新项目的生产线提前进行工艺规划的重要手段。一方面避免了过度投资所造成的资源浪费，另一方面可大大降低改造后达不到产能预期的风险。

3 充分利用各种创新创业训练计划，提高学生的创新能力

大学生创新创业训练计划是“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的重要组成部分，旨在使各个高校转变传统教育思想理念，改变传统的人才培养模式，从而培养适应创新型国家建设需要的高水平高素质人才。充分利用全国热处理创新创业大赛、陕西省和我校的本科生科技训练，以课题小组的方式进行自主选题，鼓励学有余的学生进行热处理工艺设计及热处理数值模拟等训练，在实践中使学生的实践能力和创新能力得到很大的提升，并激发其学习兴趣、提高学习积极性。另外，从我院教师所主持的科研项目中遴选出与金属材料热处理相关的研究题目，并使这些教师担任指导教师，使学生关于热处理的知识不仅仅局限于钢和常见的铝合金等，可以拓展到其他的有色金属体系，从而可以开阔视野、强化创新意识、培养创新能力和增强团队合作意识。

4 结束语

培養适应现代工业信息化和智能化制造的高水平创新人才，是创新型国家建设的人力资源保证。通过改革“热处理工艺学”课程的教学方式、教学内容以及实践教学环节等，有助于强化创新意识、培养创新精神、提升实践能力，为培养具有宽厚的基础理论知识、扎实的专业知识和基本专业技能，有良好的国际化视野、团队合作精神，具备智能制造和虚拟生产能力，能够适应工业信息化和智能化的创新型工程技术人才做出突出的贡献。

基金项目：2018年度西安建筑科技大学一流专业子项目，“《热处理工艺学》理论教学与实践教学融合的探索”（YLZY0803S01）

参考文献

[1] 马胜杰.北京服装学院“双一流”建设的思考与实践[J].北京教育（高教），2017（10）：21-23.

[2] 李曦.大学数学课程教学模式的实践与比较[J].高教学刊，2020，（35）：124-127.

[3] 李庆钊，朱建云.双一流背景下安全工程《燃烧学》实验与理论融合式教学探索与实践[J].高教学刊，2020，（10）：25-29.

[4] 毛红芳.教学理论本体问题研究[D].博士论文，西安：陕西师范大学，2018.

[5] 张学斌，解明国，吴友坤，等.金属材料工程专业实践教学改革与探索[J].教育教学论坛，2020，（37）：213-214.

[6] 张伟，曲周德，邓小虎.钢的热处理数值模拟研究进展[J]. 天津职业技术师范大学学报，2014，24（3）：27-31.

[7] 顾剑锋，潘建生，胡明娟.淬火过程的计算机模拟及其应用[J].金属热处理，2000，25（1）：35-37.

[8] 韩永珍，李俏，胡小丽，等.基于计算机模拟的智能化热处理的研究进展[J].金属热处理，2017，42（07）：194-199.