機(jī)械工程材料課程教學(xué)中的哲學(xué)思想與應(yīng)用

孫小剛 張世免

摘 要：為增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)思維發(fā)展，將機(jī)械工程材料課程內(nèi)容和其中所包含的哲學(xué)思想相結(jié)合，分別從物質(zhì)觀、對(duì)立統(tǒng)一、量變質(zhì)變、普遍性和特殊性、主次矛盾、實(shí)踐觀等方面分析了課程內(nèi)容與哲學(xué)觀點(diǎn)的滲透與融合，從而促使學(xué)生課程內(nèi)容的掌握，科學(xué)思維方法的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械工程材料；哲學(xué)思想；教學(xué)改革；教學(xué)實(shí)踐

《機(jī)械工程材料》是機(jī)械類和近機(jī)類大學(xué)生的一門很重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程。該課程學(xué)習(xí)效果的好壞，直接影響到后續(xù)學(xué)習(xí)的專業(yè)課程的理論學(xué)習(xí)、課程設(shè)計(jì)以及畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）等實(shí)踐環(huán)節(jié)。由于該課程內(nèi)容廣泛抽象，概念原理多，系統(tǒng)性強(qiáng)，學(xué)生的積極性不高，學(xué)習(xí)效果欠佳。為此，很多學(xué)者針對(duì)機(jī)械工程材料的教學(xué)提出了諸如翻轉(zhuǎn)課堂、結(jié)合工程認(rèn)證等等教學(xué)方法的改革和實(shí)踐研究，本人在機(jī)械工程材料的教學(xué)中有意識(shí)地將哲學(xué)思想引入具體教學(xué)內(nèi)容中，不僅增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果，而且培養(yǎng)了他們分析問題、解決問題的能力。

1 世界是物質(zhì)的

辯證唯物主義認(rèn)為世界在本質(zhì)上是物質(zhì)的。恩格斯說：“世界的真正的統(tǒng)一性是在于它的物質(zhì)性”。（《反杜林論》，《馬克思恩格斯選集》第三卷，第83頁）在緒論中我們要講人類文明發(fā)展的劃分就是以材料的發(fā)展和應(yīng)用，分別分為石器時(shí)代、青銅時(shí)代、鐵器時(shí)代、新材料時(shí)代。21世紀(jì)現(xiàn)代文明的三大支柱就是材料、能源、信息。機(jī)械工程材料就是講述常用的工程材料（包括金屬材料、高分子材料、無機(jī)非金屬材料）的成分、組織、性能的有機(jī)辯證關(guān)系，掌握他們的基本原理，基本規(guī)律，以便更好的選擇材料，加工材料，也進(jìn)一步的使我們認(rèn)識(shí)世界、改造世界。

2 對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系

在機(jī)械工程材料學(xué)習(xí)過程中，成分、組織結(jié)構(gòu)、性能的本質(zhì)與現(xiàn)象的辯證對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系貫穿始終：成分和組織結(jié)構(gòu)決定材料的性能。材料的成分和組織是材料的內(nèi)在本質(zhì)特征，材料的性能時(shí)材料的表現(xiàn)、現(xiàn)象。同樣的成分，組織不同，性能不同，如石墨和金剛石，成分都是碳元素，但是石墨六邊形層狀結(jié)構(gòu)，金剛石是金剛石立方晶體結(jié)構(gòu)，它們之間的強(qiáng)度天壤之別。相似的組織，不同的成分，性能也有很大的差異，同樣是面心立方結(jié)構(gòu)，純鋁與純鎳的性能截然不同。厘清了成分、組織和性能的對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系，將有利于機(jī)械工程材料的選材、材料的加工、熱處理，預(yù)防產(chǎn)品的事故，分析產(chǎn)品失效的原因。例如鋼的牌號(hào)很多的時(shí)候就反映了材料的成分，20鋼的碳含量就比45鋼的碳含量少一半，根據(jù)0.9%以下含碳量越多碳鋼的硬度、強(qiáng)度越高，韌性和塑性越低的規(guī)律，20鋼適合做容器、鍋爐等強(qiáng)度要求不高，變形大的冷沖壓件，45鋼適合做要求綜合力學(xué)性能的機(jī)械零件。再如通過鋼的熱處理，在不改變材料的成分和形狀的前提下，改變材料的內(nèi)部組織，從而是材料具有不同的性能，適用于不同的使用場(chǎng)合。

3 量變質(zhì)變規(guī)律

量變質(zhì)變規(guī)律是辯證法的三大規(guī)律之一，量變質(zhì)變規(guī)律揭示了事物發(fā)展變化形式上具有的特點(diǎn)，從量變開始，質(zhì)變是量變的終結(jié)。例如金屬材料的細(xì)晶強(qiáng)化，隨著晶粒的細(xì)化，金屬的強(qiáng)度增加，滿足于HallPetch公式，但是隨著納米材料的發(fā)現(xiàn)，當(dāng)晶粒尺寸到達(dá)納米維度，會(huì)出現(xiàn)反HallPetch公式效應(yīng)，說明晶粒尺寸這一量變達(dá)到一定程度，強(qiáng)度變化發(fā)生了質(zhì)的變化。還是在細(xì)化晶粒方面，隨著冷卻速度增加，金屬凝固結(jié)晶的晶粒越細(xì)，但是當(dāng)冷卻速度太快，達(dá)到該金屬材料的臨界冷卻速度，金屬來不及結(jié)晶，就可能會(huì)形成準(zhǔn)晶或者非晶態(tài)。再如鋼的回火溫度越高，則塑性、韌性越高，強(qiáng)度、硬度越低，但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，若在250℃～350℃及470℃～650℃兩個(gè)范圍內(nèi)回火時(shí)，會(huì)出現(xiàn)韌性顯著下降的情況。

4 普遍性和特殊性

普遍性與特殊性的關(guān)系是共性和個(gè)性、一般和個(gè)別的關(guān)系。從個(gè)別可以上升到一般，再用一般來指導(dǎo)個(gè)別。例如，理想的金屬晶體結(jié)構(gòu)中是沒有缺陷的，實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)存在著不同類型的缺陷，每類缺陷都對(duì)晶體的性能產(chǎn)生重大影響，那么我們可以在理想的晶體結(jié)構(gòu)上引入不同類型的缺陷從而來分析實(shí)際晶體的組織結(jié)構(gòu)和性能變化。再如金屬的平衡凝固結(jié)晶是一種理想狀態(tài)，而實(shí)際金屬大部分是非平衡凝固結(jié)晶，由于非平衡凝固結(jié)晶產(chǎn)生的晶內(nèi)偏析在平衡凝固相圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行推導(dǎo)和分析。又如實(shí)際金屬大多數(shù)是多晶體，單晶金屬是個(gè)別的，少數(shù)的，但是多晶體的塑性變形是建立在單晶體塑性變形的基礎(chǔ)上的，也就是多晶體中每個(gè)晶粒的塑性變形仍然以滑移或?qū)\生的方式進(jìn)行。

5 主要矛盾和次要矛盾

主要矛盾和次要矛盾相互依賴、相互影響，并在一定條件下相互轉(zhuǎn)化。在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生區(qū)分主次、有所取舍、全面看問題。例如鑄鐵中石墨的形態(tài)和基體的性能都對(duì)力學(xué)性能產(chǎn)生很大的影響，對(duì)灰口鑄鐵來說，主要矛盾是片狀石墨產(chǎn)生了大的應(yīng)力集中、基體縮減作用和割裂作用，基體組織再怎么變化也對(duì)鑄鐵的力學(xué)性能收效甚微。當(dāng)片狀石墨變?yōu)榍驙顣r(shí)，矛盾的主要方面發(fā)生了變化，基體組織和性能成為了決定性的主導(dǎo)因素，基體作用得到較大的發(fā)揮。再如金屬熱處理改變材料性能主要有兩個(gè)目的：一是改善工藝性能，便于加工制造；二是提高強(qiáng)度，改善使用性能。因此，如果是預(yù)先熱處理，工藝性能是主要矛盾，那常常選擇便于切削加工的退火、正火熱處理；如果材料的使用性能要求高，那么最終熱處理常常選擇整體淬火、回火（低溫、中溫）、調(diào)質(zhì)、表面熱處理等等。

6 實(shí)踐的觀點(diǎn)

實(shí)踐的觀點(diǎn)是辯證唯物主義認(rèn)識(shí)論的第一的和基本的觀點(diǎn)。認(rèn)識(shí)來源于實(shí)踐，又轉(zhuǎn)過來為實(shí)踐服務(wù)。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。例如按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，只要零件的工作應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力，則認(rèn)為零件是安全的。然而，事實(shí)并非如此，實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)生過很多零件在遠(yuǎn)低于材料許用應(yīng)力情況下破壞的案例。這是因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)中的材料內(nèi)部組織不像傳統(tǒng)觀念中的均勻、連續(xù)、各向同性，而是存在著夾雜、微裂紋、孔洞等缺陷，而這些類似與裂紋的缺陷在應(yīng)力的作用下，容易擴(kuò)展，從而發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂，因此引入了材料的斷裂韌度來作為零件的安全設(shè)計(jì)。又如熱處理是機(jī)械零件和工具制造過程中的重要工序，適當(dāng)?shù)臒崽幚恚梢愿纳撇牧系氖褂眯阅芎凸に囆阅?。鋼的熱處理是建立在FeFe3C相圖的基礎(chǔ)上的，但是實(shí)際生產(chǎn)中加熱和冷卻速度較快，因此加熱及冷卻過程中相變溫度就會(huì)偏離平衡條件（極其緩慢加熱或冷卻）FeFe3C相圖的相變冷卻溫度。以鋼的退火為例，這個(gè)偏離溫度，就來自于多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，如完全退火，就加熱到高于平衡條件下的臨界溫度30℃～50℃，球化退火就高于20℃～30℃，等溫退火就是將奧氏體化后的鋼快冷至稍低于A1溫度（臨界溫度）。機(jī)械工程材料這門課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，這種從大量的生產(chǎn)實(shí)踐歸納出來的概念、原理、公式還有很多，需要同學(xué)們仔細(xì)體會(huì)，認(rèn)真掌握。

7 結(jié)語

《機(jī)械工程材料》中蘊(yùn)含著豐富的自然辨證法的哲學(xué)思想，在教學(xué)過程中提煉哲學(xué)思想，歸納總結(jié)辨證唯物觀，不僅有利于學(xué)生掌握機(jī)械工程材料的理論知識(shí)和實(shí)踐案例，而且培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，幫助他們形成科學(xué)的思維方法、正確的世界觀。

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基金項(xiàng)目：2015年湖南工程學(xué)院青年科研重點(diǎn)項(xiàng)目

作者簡(jiǎn)介：孫小剛（1978），男，湖南岳陽人，博士，主要從事金屬材料方面的教學(xué)和科研工作。