工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下對(duì)高校熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的若干思考

柯德慶 潘應(yīng)君 趙惠忠

摘要：文章首先分析了我國(guó)熱處理行業(yè)現(xiàn)狀，與世界先進(jìn)水平國(guó)家的差距及其原因，隨后探討了工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)創(chuàng)新型復(fù)合人才方面的改革方向，最后指出了培養(yǎng)理論與實(shí)踐相結(jié)合、企事業(yè)單位滿意、自身價(jià)值成長(zhǎng)的熱處理專業(yè)人才的必要性和迫切性。

關(guān)鍵詞：熱處理;工程教育;專業(yè)認(rèn)證;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2020）14-0320-02

一、我國(guó)熱處理行業(yè)現(xiàn)狀分析

熱處理是一門理論與實(shí)踐結(jié)合非常緊密的學(xué)科，是“材料科學(xué)與工程”和“機(jī)械制造”兩大領(lǐng)域的前沿。熱處理能最大限度地挖掘材料的潛在性能?！吨袊?guó)熱處理與表層改性技術(shù)路線圖》中明確指出：熱處理是國(guó)家核心競(jìng)爭(zhēng)力[1]。這一論述深刻闡述了熱處理在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位和作用?？v觀我國(guó)熱處理行業(yè)現(xiàn)狀，與世界先進(jìn)水平國(guó)家相差甚遠(yuǎn)，特別是在高端裝備和關(guān)鍵零部件制造方面[2]。提高我國(guó)熱處理水平，使我國(guó)由制造大國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃鞆?qiáng)國(guó)任重道遠(yuǎn)！一方面，我國(guó)熱處理人才匱乏。國(guó)有企業(yè)技術(shù)人員老化，而民營(yíng)企業(yè)熱處理技術(shù)人員稀少。由于高等教育體制改革，大部分工科院校取消了“金屬材料工程”專業(yè)，而新設(shè)的“材料科學(xué)與工程”專業(yè)不能保證畢業(yè)生具備足夠的專業(yè)和實(shí)踐技能[3]。另一方面，高端熱處理設(shè)備嚴(yán)重依賴進(jìn)口。雖然我國(guó)熱處理設(shè)備制造廠商多達(dá)數(shù)千家，但制造水平只相當(dāng)于國(guó)外幾十年以前的水平，導(dǎo)致熱處理質(zhì)量難以適應(yīng)高端裝備和關(guān)鍵零部件的要求。此外，我國(guó)熱處理觀念落后，熱處理被弱化、邊緣化情況越來越嚴(yán)重。長(zhǎng)期以來，我國(guó)制造業(yè)存在重產(chǎn)品、輕毛坯，而在毛坯制造中則重成形、輕控性，重產(chǎn)能、輕質(zhì)量等傾向，導(dǎo)致產(chǎn)品使用壽命短、可靠性差。

二、熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方向淺析

培養(yǎng)適應(yīng)新形勢(shì)下的創(chuàng)新型復(fù)合人才，改變我國(guó)熱處理行業(yè)落后面貌，推進(jìn)熱處理技術(shù)水平發(fā)展是高校熱處理專業(yè)教師的使命和職責(zé)。熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般附屬于《金屬熱處理》和《工程材料學(xué)》等核心理論課程，與理論教學(xué)的進(jìn)度密切相關(guān)。其中，《金屬熱處理》為金屬材料工程專業(yè)（大類為材料科學(xué)與工程專業(yè)）的核心理論課程，而《工程材料學(xué)》為機(jī)械工程專業(yè)的核心理論課程。目前，熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程主要包括《碳鋼的熱處理操作、硬度測(cè)定及組織分析》《常見熱處理顯微缺陷與滲層組織觀察》《熱處理工藝選擇及制定》和《熱處理綜合實(shí)驗(yàn)》等。熱處理實(shí)驗(yàn)課程附屬于理論課程，實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置重基礎(chǔ)，缺乏創(chuàng)新性、創(chuàng)造性，不利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，這與工程教育專業(yè)認(rèn)證強(qiáng)調(diào)的以學(xué)生為中心的教學(xué)理念[4]相悖。鑒于此，特對(duì)熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方向做簡(jiǎn)要分析。

1.更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備，增開熱處理新工藝實(shí)驗(yàn)課。傳統(tǒng)的熱處理工藝已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需要。然而，高校熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍然以基礎(chǔ)教學(xué)為主，學(xué)生很少能接觸先進(jìn)的熱處理工藝及其相關(guān)設(shè)備。一方面，大部分高校奉行以科研為主，導(dǎo)致教學(xué)不斷弱化，特別是實(shí)驗(yàn)教學(xué)，課時(shí)不斷被縮減，所以在有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)中，實(shí)驗(yàn)教師只能以基礎(chǔ)教學(xué)為主。另一方面，實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)投入不足，僅僅能滿足購(gòu)買實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的試樣和耗材，而設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間未更新，維護(hù)不足、老化嚴(yán)重。一般認(rèn)為，傳統(tǒng)熱處理工藝就是“四把火”，即退火、正火、淬火和回火。高校熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)以傳統(tǒng)熱處理工藝為主，而表面熱處理和化學(xué)熱處理卻很少加入熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。因此，更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備，開設(shè)熱處理新工藝實(shí)驗(yàn)課（如真空/可控氣氛熱處理技術(shù)、感應(yīng)熱處理技術(shù)、離子氮化熱處理技術(shù)和激光熱處理技術(shù)等）能開闊學(xué)生視野，為培養(yǎng)創(chuàng)新型復(fù)合熱處理人才提供可靠保障。

2.引入現(xiàn)代化教學(xué)手段，利用計(jì)算機(jī)模擬熱處理工藝過程。長(zhǎng)期以來，熱處理過程被認(rèn)為是“看不見、摸不著”的（熱處理過程中既看不見材料組織的變化，也看不見材料性能的變化），容易導(dǎo)致其改善并最大限度發(fā)揮材料潛力的事實(shí)被忽視。而為了挖掘材料的性能極限，熱處理工程師需要不斷重復(fù)試驗(yàn)，摸索最佳熱處理工藝參數(shù)，導(dǎo)致人力、物力、財(cái)力資源損耗嚴(yán)重。近年來，計(jì)算機(jī)科學(xué)的進(jìn)步及其相關(guān)模擬軟件層出不窮，極大地豐富了熱處理試驗(yàn)工藝制定方法，并節(jié)省了大量資源。當(dāng)前，最熱門的熱處理模擬軟件是由德國(guó)索默博士材料科技有限公司開發(fā)的一款名為“熱處理工藝輔助設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)”的軟件，這款軟件包含四個(gè)模塊，分別為：①熱處理數(shù)據(jù)庫（基礎(chǔ)版）;②熱處理數(shù)據(jù)庫（加強(qiáng)版）;③滲碳軟件;④金相圖庫。該軟件具有豐富的熱處理數(shù)據(jù)，既適合高校及科研院所實(shí)驗(yàn)教學(xué)，也適合企業(yè)相關(guān)從業(yè)人員制定熱處理工藝并實(shí)施生產(chǎn)。隨著計(jì)算機(jī)功能越來越強(qiáng)大，更多的模擬軟件被普及，高校引進(jìn)這些現(xiàn)代化教學(xué)手段，利用計(jì)算機(jī)模擬熱處理工藝過程，將熱處理過程直觀地展現(xiàn)在學(xué)生眼前，讓“看不見、摸不著”的熱處理過程變得觸手可及。

3.以學(xué)生為中心開放實(shí)驗(yàn)室，并開通網(wǎng)上答疑。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法過于單一，通常是學(xué)生課前預(yù)習(xí)并完成預(yù)習(xí)報(bào)告，之后在規(guī)定的時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，教師進(jìn)行簡(jiǎn)單的講解后，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)講義上的實(shí)驗(yàn)步驟來完成實(shí)驗(yàn)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間比較緊張，學(xué)生很難獨(dú)立思考，并且學(xué)生自由發(fā)揮的余地很少，因而很難提升學(xué)生分析問題和解決問題的能力，不利于培養(yǎng)具有專業(yè)素養(yǎng)的高層次創(chuàng)新型復(fù)合人才。通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍、整合實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備資源、全天候開放實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并提供信息化的網(wǎng)上互動(dòng)平臺(tái)，為學(xué)生創(chuàng)造了良好的實(shí)驗(yàn)條件，真正做到以學(xué)生為中心，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性并培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)造意識(shí)。

4.以科研項(xiàng)目為導(dǎo)向，將實(shí)驗(yàn)材料落實(shí)到具體零部件上?？蒲许?xiàng)目一般是本行業(yè)亟須解決的前沿問題。教師將科研項(xiàng)目分配給學(xué)生，學(xué)生先了解相關(guān)研究背景，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，最終親自動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)材料不再是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中用到的各種標(biāo)準(zhǔn)試樣，而是具體的工程零部件。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生既熟悉了該材料的具體用途，又掌握了該材料具體的熱處理工藝及其相關(guān)操作要點(diǎn)。在以教師為主導(dǎo)的前提下以學(xué)生為主體進(jìn)行實(shí)際科研項(xiàng)目實(shí)踐，提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力，有利于學(xué)生專業(yè)綜合素質(zhì)的培養(yǎng)[5]。

三、結(jié)語

熱處理雖然是一門古老的學(xué)科，但我們相信在新形勢(shì)下，隨著技術(shù)的發(fā)展、觀念的改變，我國(guó)熱處理科學(xué)必將煥發(fā)出新的生命活力。乘工程教育專業(yè)認(rèn)證之東風(fēng)，培養(yǎng)理論與實(shí)踐相結(jié)合、企事業(yè)單位滿意、能提升自身價(jià)值的熱處理人才是當(dāng)務(wù)之急。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙振業(yè)，潘健生.《中國(guó)熱處理與表層改性技術(shù)路線圖》建議書[C].中國(guó)熱處理活動(dòng)周暨中國(guó)熱處理技術(shù)路線圖論壇，2014.

[2]潘健生，顧劍鋒，王婧.我國(guó)熱處理發(fā)展戰(zhàn)略的探討[J].金屬熱處理，2013，38（1）：4-14.

[3]趙步青.熱處理后繼無人并非杞人憂天[J].金屬加工（熱加工），2015，（5）：80-82.

[4]李志義.解析工程教育專業(yè)認(rèn)證的學(xué)生中心理念[J].中國(guó)高等教育，2014，（21）：19-22.

[5]王萬強(qiáng)，張俊芳，陳國(guó)金.基于“工程教育專業(yè)認(rèn)證”的工程訓(xùn)練教學(xué)模式的研究與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2016，（23）：150-151.

Abstract：This paper first analyzes the current situation of China's heat treatment industry，the gap with the world's advanced countries and its causes.Then it discusses the reform direction of heat treatment experiment teaching in the cultivation of innovative compound talents under the background of engineering education professional certification.Finally，it points out the necessity and urgency of training heat treatment professionals who combine theory and practice，enterprise and institution satisfaction，and their own value growth.

Key words：heat treatment;engineering education;professional certification;experimental teaching