金屬相變及熱處理課程中的思政教學(xué)研討

楊劼人，葉金文，唐正華，肖素芬，劉 穎

（四川大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，成都 610065）

本思政教學(xué)的課程對(duì)象為金屬相變及熱處理，該課程在緒論章節(jié)之后，主要內(nèi)容包括“熱處理原理（固相相變）”和“熱處理工藝”兩大板塊，所選參考教材為普通高等教育“十四五”規(guī)劃教材——《固態(tài)相變?cè)砑皯?yīng)用》[1]。該課程要求學(xué)生明白和掌握的知識(shí)點(diǎn)主要為以下三個(gè)方面：（1）固態(tài)相變理論基礎(chǔ)，包括固相相變概論、固態(tài)相變的熱力學(xué)原理和固相相變的動(dòng)力學(xué)原理；（2）金屬材料的固態(tài)相變，主要分為擴(kuò)散、半擴(kuò)散和非擴(kuò)散相變；（3）固態(tài)相變的應(yīng)用，工藝上通常指退火、正火、淬火、回火和表面熱處理等金屬的組織性能改性手段。

一方面，固相相變是熱處理工藝蘊(yùn)含的底層科學(xué)基礎(chǔ)，其基于熱力學(xué)相圖，涉及如何開展材料相結(jié)構(gòu)和顯微組織調(diào)控的知識(shí)體系。另一方面，金屬熱處理的調(diào)控目標(biāo)是提升、調(diào)控材料的物理、化學(xué)性能及力學(xué)性能，即在化學(xué)成分不變的情況下，經(jīng)過執(zhí)行科學(xué)的熱處理制度，可以大幅挖掘材料的性能潛力和應(yīng)用范圍，從而更好地對(duì)國(guó)防科技和工業(yè)發(fā)展提供服務(wù)。因此，思政元素的提取主要從這方面入手。

一、課程內(nèi)容思政凸顯的核心價(jià)值

2016 年12 月，在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上，習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，高校思想政治工作關(guān)系高校培養(yǎng)什么樣的人、如何培養(yǎng)人以及為誰培養(yǎng)人這個(gè)根本問題[2]。具體到金屬相變及熱處理課程，通過思政教學(xué)，希望努力實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)。不僅培養(yǎng)學(xué)生良好地掌握金屬相變及熱處理的相關(guān)知識(shí)，還要培養(yǎng)學(xué)生利用該門課程知識(shí)，在思想上更積極努力、為今后的工作打好精神底色，奮發(fā)有為地參與到國(guó)家建設(shè)和民族復(fù)興的事業(yè)中。2020年5 月，教育部發(fā)布《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》[3]；2021 年8 月，《習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想進(jìn)課程教材指南》中把習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想融進(jìn)課程教材。上述舉措說明，我國(guó)當(dāng)今在新時(shí)代背景下，高等教育一定要更加緊密融合思政元素，這就促使我們思考：本課程金屬相變及熱處理中關(guān)于金屬相變和熱處理的內(nèi)容從思政角度關(guān)注，能凸顯出什么核心價(jià)值，通過什么知識(shí)點(diǎn)、怎樣去凸顯。

當(dāng)今時(shí)代，國(guó)際情勢(shì)復(fù)雜、多變，我們正處于中華民族偉大復(fù)興的關(guān)鍵時(shí)期，青年學(xué)生的成長(zhǎng)環(huán)境在深刻變化。改革開放、恢復(fù)高考四十余年以來，在中國(guó)共產(chǎn)黨執(zhí)政領(lǐng)導(dǎo)下，金屬材料及其熱處理相關(guān)學(xué)科取得了顯著進(jìn)步，培養(yǎng)的相關(guān)科技工程人才在高等教育、航空航天、國(guó)防科技和國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)發(fā)揮出重要作用。但是，我們必須意識(shí)到，當(dāng)今國(guó)內(nèi)和平的大環(huán)境可能使國(guó)人、特別是青年一代在思想上放松防范意識(shí)。

我們不能忘記新中國(guó)建設(shè)初期和現(xiàn)代化建設(shè)過程中，金屬材料、特別是鋼鐵材料對(duì)國(guó)家工業(yè)化的重要推升作用；我們不能丟失老一輩金屬材料科學(xué)家和教育工作者的精神財(cái)富，特別是他們始終將自己學(xué)習(xí)的金屬（鋼鐵）專業(yè)知識(shí)和國(guó)家建設(shè)緊緊地關(guān)聯(lián)在一起，用“小我”的奮斗，去書寫“大我”的家國(guó)胸懷；對(duì)于當(dāng)今，我們更不能麻痹大意，面對(duì)國(guó)際上少數(shù)國(guó)家對(duì)我們的技術(shù)封鎖，我們?cè)诮饘俨牧戏较蛉杂泻芏嘈枰?jiān)的難題，如何去解決金屬材料的“卡脖子”問題，需要我們腳踏實(shí)地的工作，需要我們培養(yǎng)勇于擔(dān)當(dāng)?shù)娜瞬拧?/p>

金屬材料、熱處理相關(guān)知識(shí)屬于我國(guó)高等教育中材料類專業(yè)內(nèi)容，由于和工業(yè)發(fā)展緊密相關(guān)，也是新中國(guó)成立初期高校的重點(diǎn)建設(shè)方向和專業(yè)，長(zhǎng)期以來持續(xù)為國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)輸送人才隊(duì)伍，因此在教學(xué)過程中特別需要思政內(nèi)容建設(shè)。習(xí)總書記指出，高校立身之本在于立德樹人[4]。只有培養(yǎng)出一流人才的高校，才能夠成為世界一流大學(xué)。2019 年3 月18 日，習(xí)總書記在學(xué)校思想政治理論課教師座談會(huì)上又明確指出，我們黨立志于中華民族千秋偉業(yè)，必須培養(yǎng)一代又一代擁護(hù)中國(guó)共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)和我國(guó)社會(huì)主義制度、立志為中國(guó)特色社會(huì)主義事業(yè)奮斗終身的有用人才[5]。

因此，基于上述指導(dǎo)思想，金屬相變及熱處理的課程思政方針，將金屬材料、相變熱處理和國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展相結(jié)合，基于具體真實(shí)素材，擬通過引入典型人物案例、材料案例和制造案例等，引導(dǎo)學(xué)生“有理想”“有本領(lǐng)”“有擔(dān)當(dāng)”，讓正確的人生觀、價(jià)值觀和世界觀成為青年學(xué)生成長(zhǎng)成才的基本支柱和精神底色。

二、思政素材挖掘與分析

（一）歷史案例——鋼鐵材料的戰(zhàn)爭(zhēng)與文明

金屬相變及熱處理課程中，主要以鐵碳相圖為切入點(diǎn)，進(jìn)行相變知識(shí)的講解。其中，奧氏體是鐵碳相圖中非常重要的相組成，呈現(xiàn)出面心立方結(jié)構(gòu)，塑性很好，強(qiáng)度較低，通過合金元素強(qiáng)化改性后形成奧氏體耐蝕鋼，是鋼鐵材料中應(yīng)用極為廣泛的一類材料，如圖1（a）所示。教學(xué)內(nèi)容首先講解奧氏體的特征及形成的四個(gè)階段：階段一，奧氏體形核；階段二，奧氏體的長(zhǎng)大，驅(qū)動(dòng)力為碳濃度差；階段三，殘留碳化物的溶解；階段四，奧氏體的均勻化，殘余滲碳體溶解完后，碳在奧氏體中的分布仍然不均勻，需要高溫處理使碳含量及合金元素分布趨于均勻。

在同學(xué)們掌握了奧氏體的基本知識(shí)后，便引出奧氏體及鋼鐵材料研究的歷史。1887 年，英國(guó)冶金學(xué)家W.C.Robert Austen 發(fā)現(xiàn)高溫下鋼為面心立方結(jié)構(gòu)，后來命名為Austen structure（奧氏體）。隨后，在1895—1899年，西方開始并形成了關(guān)于鐵碳相圖的系統(tǒng)研究，奠定了金屬材料相變及熱處理的科學(xué)基礎(chǔ)。

相比較，同時(shí)期我國(guó)處于封建社會(huì)清朝末期，在近代史積貧積弱的歷史階段中彷徨。1894 年，中日甲午戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)，如圖1（b）所示，經(jīng)過明治維新的日本，已經(jīng)具備了鋼鐵材料的制備和熱處理技術(shù)，在堅(jiān)船利炮的武裝下，近代工業(yè)化的鋼鐵文明，在戰(zhàn)爭(zhēng)層面，幾乎是碾壓式地?fù)羲榱酥袊?guó)幾千年農(nóng)業(yè)文明的“自尊和榮耀”。中國(guó)戰(zhàn)敗，賠款2 億兩白銀，割讓臺(tái)灣全島及所有附屬各島嶼（包括釣魚島）、澎湖列島等，從此跌入屈辱近代史的深淵。

圖1 鋼鐵材料研究的歷史背景

一直到新中國(guó)成立前，我國(guó)高校關(guān)于以奧氏體相變?yōu)檎凵涿娴慕饘俨牧项悓W(xué)科教育仍非常匱乏，國(guó)家一直處于動(dòng)蕩時(shí)期，這些近現(xiàn)代文明的材料科學(xué)和工程問題，雖然和國(guó)家工業(yè)化發(fā)展密切相關(guān)，但距離普通人的生活和工作太遙遠(yuǎn)。直到新中國(guó)成立以后，才逐漸地培養(yǎng)出一批又一批的懷有家國(guó)情懷的金屬和熱處理類人才，才能自己造出堅(jiān)船利炮。當(dāng)今，我國(guó)海軍隊(duì)伍已經(jīng)擁有包括航空母艦、核潛艇、大型驅(qū)逐艦和兩棲登陸艦等百余艘先進(jìn)艦船，正在邁向深藍(lán)，我們有信心堅(jiān)信不會(huì)再讓“甲午”悲劇重蹈覆轍。這些建設(shè)成就離不開金屬材料和熱處理的相關(guān)知識(shí)，更是科技和工程人員艱苦奮斗精神的體現(xiàn)，回歸到高校專業(yè)教育，就需要從思政素材，引向我們民族仰望的星辰大海。

因此，金屬相變及熱處理可以從知識(shí)點(diǎn)的歷史案例中讓同學(xué)們體會(huì)到，鋼鐵材料對(duì)于我國(guó)國(guó)防科技和工業(yè)發(fā)展具有重要作用。目前，在新時(shí)代背景下，對(duì)提升高等教育質(zhì)量非常迫切，對(duì)卓越人才和先進(jìn)科技的渴求更加強(qiáng)烈。

（二）人物案例——新中國(guó)的鋼鐵材料科學(xué)家

通過典型人物案例介紹，包括其成長(zhǎng)、事跡、工作和貢獻(xiàn)等方面，在課程適時(shí)階段引入教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思政分析，相關(guān)人物結(jié)合圖2 簡(jiǎn)要介紹如下：徐匡迪院士為鋼鐵冶金專家，京津冀協(xié)同發(fā)展專家咨詢委員會(huì)組長(zhǎng)；徐祖耀院士為材料相變專家。兩位院士出生成長(zhǎng)在舊中國(guó)，親身經(jīng)歷了解放前中國(guó)積貧積弱的社會(huì)環(huán)境，新中國(guó)成立后，通過自己在鋼鐵材料領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)，極大地推動(dòng)了鋼鐵材料、熱處理科學(xué)和材料工程的發(fā)展，也培養(yǎng)了一大批優(yōu)秀的學(xué)生，投身于黨的教育事業(yè)和祖國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)中[6-9]。

圖2 鋼鐵材料科學(xué)家的著作與事跡

涂銘旌院士是材料學(xué)家，四川大學(xué)教授。長(zhǎng)期從事金屬材料及其強(qiáng)度、斷裂的研究工作，特別關(guān)注如何發(fā)揮金屬材料的強(qiáng)度潛力，在耐寒高強(qiáng)鋼及重大機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)用材的失效分析方面取得了許多重要成果，為國(guó)家工程材料發(fā)展、材料工程化、學(xué)科專業(yè)建設(shè)和材料教育等方面作出了突出貢獻(xiàn)[10-11]。

通過對(duì)我國(guó)鋼鐵材料領(lǐng)域科學(xué)家的介紹，引導(dǎo)學(xué)生們?nèi)ダ斫?，我?guó)正在朝著“兩個(gè)一百年”奮斗目標(biāo)和中華民族偉大復(fù)興奮進(jìn)。這也對(duì)高等教育提出了新的要求，通過在金屬相變及熱處理中引入上述人物案例，使培養(yǎng)的學(xué)生具有家國(guó)情懷，堅(jiān)持愛國(guó)和愛黨、愛社會(huì)主義相統(tǒng)一，扎根人民、奉獻(xiàn)國(guó)家。

（三）典型潛在案例挖掘分析

1.航母甲板鋼特種熱處理

航母鋼板主要指制造航空母艦需要用到的大型寬厚鋼材，對(duì)于甲板用鋼材，需要承受艦載機(jī)的強(qiáng)大沖擊和高摩擦，還要耐噴氣式飛機(jī)上千度的火焰燒蝕，對(duì)材料的屈強(qiáng)比、韌性、抗化、耐高低溫和耐海洋環(huán)境等性能有嚴(yán)苛的高標(biāo)準(zhǔn)要求。建造一艘7.5 萬噸級(jí)的航空母艦，需用特種大寬厚鋼板超過4 萬噸，其中，飛行甲板就需8 000 噸左右。全世界只有極少數(shù)國(guó)家具備航母甲板鋼的生產(chǎn)制造能力，被視作核心戰(zhàn)略物資[12]。

航母甲板鋼的特種熱處理是其生產(chǎn)的關(guān)鍵控制工序，其難點(diǎn)在于需要對(duì)幾十米長(zhǎng)的大型寬厚板進(jìn)行熱處理強(qiáng)韌化，同時(shí)還要確保型材的尺寸精度，對(duì)變形標(biāo)準(zhǔn)要求非常嚴(yán)格。因此，本課程的思政素材可以從這里入手，航空母艦是我國(guó)國(guó)防力量中的重器，將鋼鐵材料和先進(jìn)熱處理結(jié)合起來，使同學(xué)體悟到其中專業(yè)知識(shí)凸顯出來的重要國(guó)防價(jià)值。

2.航空高性能齒輪及其熱處理

齒輪是一種傳遞載荷的機(jī)械構(gòu)件，對(duì)于航空裝備，在發(fā)動(dòng)機(jī)推重比不斷提升的要求下，關(guān)鍵齒輪嚙合表面不僅要承受350 ℃以上高溫，還要受到復(fù)雜交變應(yīng)力、沖擊動(dòng)應(yīng)力及磨損、腐蝕和氧化等作用。因此，高性能長(zhǎng)壽命齒輪及其熱處理技術(shù)成為航空制造的關(guān)鍵[13]。

可以通過在課程中介紹航空用齒輪及其先進(jìn)熱處理技術(shù)，使同學(xué)們感受到相變組織調(diào)控、高性能齒輪對(duì)于航空工業(yè)的重要性，將課本中晦澀的專業(yè)理論與國(guó)防工業(yè)關(guān)聯(lián)起來。

3.汽車工業(yè)用高強(qiáng)韌鋼

在金屬相變學(xué)習(xí)中，在馬氏體相變章節(jié)中會(huì)出現(xiàn)形變誘發(fā)馬氏體相變（transformation induced plasticity，TRIP）的概念，從而引出TRIP 鋼的知識(shí)。TRIP 鋼是一種通過合金中馬氏體相變、促使塑性顯著提升的超高強(qiáng)度鋼，在馬氏體相變作用下吸收掉大量能量，有效阻礙微觀裂紋傳播，具有極佳的斷裂韌性，是汽車工業(yè)中的高性能結(jié)構(gòu)件的理想材料，特別適用于容易受到碰撞的保險(xiǎn)杠、底盤等部位[14]。

相較于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展仍存在一定差距，特別是在高強(qiáng)韌結(jié)構(gòu)部件上，需要大力開展研發(fā)工作，而這個(gè)方向就關(guān)聯(lián)到金屬的相變知識(shí)。在馬氏體章節(jié)講解時(shí)，可以通過TRIP 鋼引出汽車工業(yè)發(fā)展的實(shí)際案例，讓金屬相變知識(shí)生動(dòng)的體現(xiàn)出來，成為汽車工業(yè)關(guān)鍵材料不可或缺的基礎(chǔ)。

三、思政教學(xué)反饋

學(xué)生一：本來以為這門專業(yè)課的內(nèi)容比較枯燥，但是經(jīng)過學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)和工業(yè)生產(chǎn)、實(shí)際應(yīng)用非常相關(guān)，特別是有很多非常先進(jìn)的裝備都需要熱處理技術(shù)，以后會(huì)更好在專業(yè)課學(xué)習(xí)上下功夫。

學(xué)生二：老師結(jié)合自己的學(xué)習(xí)工作經(jīng)歷，和一些歷史事件，讓我更加了解了本門課程和專業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域，覺得熱處理在工業(yè)中非常重要。

學(xué)生三：發(fā)現(xiàn)鋼鐵材料并不是所謂的“夕陽產(chǎn)業(yè)”，高性能的鋼鐵材料仍然是我們國(guó)家非常迫切急需的重要材料；還有很多有色金屬比如高溫合金，希望以后能學(xué)到更多的相關(guān)知識(shí)。

四、結(jié)束語

金屬相變及熱處理課程內(nèi)容中涵蓋許多可以挖掘的思政元素，通過近兩年該課程的思政教學(xué)實(shí)踐，今后可以進(jìn)一步加強(qiáng)的方面如下：（1）案例素材的多樣性——在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，擴(kuò)充案例類型，增加案例數(shù)量，豐富案例覆蓋面；（2）案例制作的精良化——不僅限于簡(jiǎn)單的圖片，需要進(jìn)行視頻的剪輯和加工，更為生動(dòng)，條件允許的情況下，在課堂上采用實(shí)體材料；（3）產(chǎn)學(xué)協(xié)同思政——通過親身參觀企業(yè)，或者邀請(qǐng)相關(guān)專家，從課程思政角度，讓學(xué)生親身體驗(yàn)和感悟課程中的思政元素。