论文部分内容阅读
摘要：工程素养注重培养学生的德育素质、安全素质、理论素质和技能素质。通过热处理淬火操作、金属力学性能检测、金相试样制备、观察以及表面再制造创新实验室的参观等环节来培养学生的热处理工程素养。
关键词：工程素养；热处理；表面再制造；教学改革
中图分类号：G71文献标志码：A文章编号：2095-9214（2016）08-0179-02
坚持以人为本、全面实施素质教育是教育改革发展的战略主题。高职院校亟需优化人才培养结构，着力培养高层次创新人才，大力培养高素质复合型、应用型、技能型人才[1]。
我院紧紧围绕“建高水平国家示范院校”目标，按照“内涵发展、提升能力、加强服务、提高质量”的总体要求，坚定不移走产学研一体化人才培养道路，多年来将工程素养教育摆在首位，在全校一年级高职工程技术类专业新生中开设了《工程素养》通识实训课程。本课程共包括材料类、机械类、信息类、汽车类、电气类和建筑类6个模块，为期2周。通过对大量的工程技术的参观、感受，了解各类工程技术的基本知识，拓宽新生视野，使学生尽早了解与工程相关的一般常识，增强学生对专业的感性认识，建立学习工程技术的信心和兴趣，同时也有助于学生拓宽视野，为学生在校期间转专业奠定基础，避免盲目转专业，以便其树立把握未来、勤奋学习、成才报国的远大理想。
一、热处理工程素养培养计划的制定
（一）制定原则
热处理工程素养培养计划基于人因工程学，针对大一新生“一无所知”的特点，更关注学生认知能力、一般行动能力和个性的发展。注重职业情境中实践智慧的培养，以认知为主，理论和实践相结合，强调学生自我负责的学习态度，目的是激发学生的学习兴趣，扩大学生知识面，增强适应性。
（二）培养计划
热处理工程素养培养环节的培养计划见表1。
二、热处理工程素养教育的具体实施
（一）材料发展史概论
材料是人类社会生活的物质基础，材料的发展引起时代的变迁，推动人类文明和社会进步。在人类社会的发展和进步过程中，材料是一个带有时代和文明标志的基础。每一种新材料的发现，每一项新材料技术的应用，都会给社会生产和人类生活带来巨大改变，推动人类社会前进[2]。我们应该有重点地强化支持对国民经济和国防建设有重大影响的关键材料；同时培养造就一支懂新材料的科技队伍。材料工业由传统材料向先进材料及高质量、多品种方向发展，赶超世界水平我们任重道远。
（二）热处理基本操作
1.基础理论
热处理，是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。热处理工艺不但可以强化金属材料充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省材料和能源，而且能够提高机械产品质量，做到一个顶几个甚至十几个。
观看热处理相关视频。了解预备热处理、最终热处理等工艺，使学生尽可能从宏观范围上了解热处理。预备热处理可以改善组织，消除缺陷，为切削加工和最终热处理作准备（退火、正火）；最终热处理使工件获得所需要的组织性能（淬火+回火）[3]。重点以普通碳钢的淬火热处理为例，联系生活中、古装影视剧中铸剑时淬火的应用，激发学生的工程实践的兴趣。
2. 淬火实践操作
制定淬火工艺流程。由于工程素养热处理环节的时间有限，在观看热处理教学视频前，先由实验员讲解淬火操作工程，把学生分组，按照规程将试样放进加热炉中加热。试样为45钢，数量4只，规格均为φ10mm×15mm，各试样应先打印编号。淬火工艺为：45钢加热到830℃，保温时间15min，取出后，分别置于水、10%NaCl水溶液、32号机油、空气中冷却。
操作中注意事项：出炉操作要迅速准确，淬火试样取出后应迅速置于冷却介质中冷却，以免温度下降。试样出炉后炉门要及时关闭。
3.金属力学性能检测。
待淬火试样充分冷透后，用砂纸擦去表面氧化皮，再在洛氏硬度计上测定硬度值。为保证测量精度，每个试样测量三个点，取其平均值。将学生分组，保证每个学生都能动手，然后引导其比较实验数据，分析不同的冷却介质（即不同的冷却速度）对碳钢热处理后硬度的影响。通过实验结果让学生直观认识到热处理工艺对材料机械性能的影响。教师在实验过程中加强指导，确保学生安全。
（三）金相分析认知
金相分析作为金属材料试验研究的重要技术手段之一，是工业产品检验和失效分析的基本方法[4]，是从事材料、机制、模具等专业工作的工程技术人员及从业人员必备的知识[5]。金相分析认知主要是让学生了解金相试样的制作技术和光学金相显微镜的基本原理、构造及其使用方法，根据金相图分析判定材料的成分、组织与性能之间的关系，了解金相检测评级标准及缺陷分析，并通过动手实践提高学生的学习兴趣。
1.金相试样的制备——基础理论
结合教学视频，让学生了解和掌握取样和镶嵌的方法。
①取样和镶嵌：取样部位的确定，取样方法，试样的镶嵌。
②磨光和抛光：粗磨和细磨及其方法要领；机械抛光、电解抛光和化学抛光。
③金属显微组织的显示：化学显示法、电解显示法、其它显示法。
此环节提供粗处理过的试样让学生进行磨光和抛光的简单操作，以便稍后使用金相显微镜的进行金相组织观察。
2.演示、实践
试验设备：砂轮切割机、砂轮机、预磨机、抛光机、吹风机、金相显微镜（带摄影装置）、晒箱、放大机、暗室定时器、暗室灯、天平、照相机、切边机、上光机、显微硬度计等。
现场由实验老师演示金相显微镜的调试使用方法，并提供典型钢种（T8、T12、45、共晶白口铸铁等）的试样供学生观察。充分利用手机资源，要求学生利用手机和金相显微镜，对金相试样进行图像采集。并就某一金相图像进行举例分析，主要内容包括材料的组织、成分，晶粒的大小，材料的组织与性能之间的关系等等，并进一步对材料的牌号和用途做出基本判断，达到提高学生的学习兴趣的目的。 （四）表面再制造创新实验室参观
参观表面再制造创新实验室，观看视频，了解行业尖端科技，了解金属表面处理技术在生产生活中的实际应用。以铝合金的阳极氧化为例，铝合金表面自然形成的氧化膜很薄，其耐蚀性和耐磨性受到一定的限制。通过阳极氧化技术在其表面制备出一层均匀致密的阳极氧化膜，可以增加氧化膜的硬度及厚度，增强铝合金基体的耐蚀性和耐磨性[6]。金属氧化物薄膜改变了表面状态和性能，如表面着色，提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度，保护金属表面等。氧化膜薄层中具有大量的微孔，可吸附各种润滑剂，适合制造发动机气缸或其他耐磨零件；膜微孔吸附能力强可着色成各种美观靓丽的色彩。有色金属或其合金（如铝、镁及其合金等）都可进行阳极氧化处理，这种方法广泛用于机械零件，飞机汽车部件，精密仪器及无线电器材，日用品和建筑装饰等方面。
（五）安全文明教育
工程素养培养过程中始终强调安全文明生产[7]。热处理是关键特殊工序，参观、操作过程中须注意劳保穿戴，教师提前进行安全文明教育，确保学生实训期间人身安全。
三、结语
通过精心设计与组织教学，使学生在短短的4学时时间内，了解了热处理的基本知识和流程，还进行了碳钢的淬火实践，参观了金相分析实验室，体验了磨制金相试样，并使用金相显微镜观察了典型碳钢的金相组织图。在教学过程中教师注重教学过程的实践性、开放性、职业性，贯穿始终的强调安全文明生产，正确穿戴工装，做到“三不伤害”。培养学生的德育素质、安全素质、理论素质和技能素质。经过这样的训练，学生今后进入企业才能很快适应企业的运作方式。
（作者单位：四川工程职业技术学院材料工程系）
基金项目：德阳市科技支撑计划，项目名称“AZ31镁合金型材化学成膜环保型工艺配方开发”，编号：2015ZZ044。
“基金名称：四川省大学生创新创业训练计划项目，编号201612763002”。
参考文献：
[1]四川省中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）.
[2]赵建华. 材料科技与人类文明[M].武汉：华中科技大学出版社，2011，1-270.
[3]崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理[M].北京：机械工业出版社，2007，230-302.
[4]张玉波. 基于“就业导向”的高职“金相分析与检测基础”课程教学设计[J].科技纵览，2015（2）.
[5]张均红.高职《金相分析》课程教学改革研究[J].武汉船舶职业技术学院学报，2015（3）：76-77.
[6]李志宏，苗景国，沈钰. 铝合金阳极氧化工艺最新研究进展[J].轻合金加工技术，2015，43（10）：16-19.
[7]傅骏，周棣华，蔺虹宾.高职工科学生的铸造工程素养培养探索与实施[J].西部素质教育，2016，2（1）：71-72.
关键词：工程素养；热处理；表面再制造；教学改革
中图分类号：G71文献标志码：A文章编号：2095-9214（2016）08-0179-02
坚持以人为本、全面实施素质教育是教育改革发展的战略主题。高职院校亟需优化人才培养结构，着力培养高层次创新人才，大力培养高素质复合型、应用型、技能型人才[1]。
我院紧紧围绕“建高水平国家示范院校”目标，按照“内涵发展、提升能力、加强服务、提高质量”的总体要求，坚定不移走产学研一体化人才培养道路，多年来将工程素养教育摆在首位，在全校一年级高职工程技术类专业新生中开设了《工程素养》通识实训课程。本课程共包括材料类、机械类、信息类、汽车类、电气类和建筑类6个模块，为期2周。通过对大量的工程技术的参观、感受，了解各类工程技术的基本知识，拓宽新生视野，使学生尽早了解与工程相关的一般常识，增强学生对专业的感性认识，建立学习工程技术的信心和兴趣，同时也有助于学生拓宽视野，为学生在校期间转专业奠定基础，避免盲目转专业，以便其树立把握未来、勤奋学习、成才报国的远大理想。
一、热处理工程素养培养计划的制定
（一）制定原则
热处理工程素养培养计划基于人因工程学，针对大一新生“一无所知”的特点，更关注学生认知能力、一般行动能力和个性的发展。注重职业情境中实践智慧的培养，以认知为主，理论和实践相结合，强调学生自我负责的学习态度，目的是激发学生的学习兴趣，扩大学生知识面，增强适应性。
（二）培养计划
热处理工程素养培养环节的培养计划见表1。
二、热处理工程素养教育的具体实施
（一）材料发展史概论
材料是人类社会生活的物质基础，材料的发展引起时代的变迁，推动人类文明和社会进步。在人类社会的发展和进步过程中，材料是一个带有时代和文明标志的基础。每一种新材料的发现，每一项新材料技术的应用，都会给社会生产和人类生活带来巨大改变，推动人类社会前进[2]。我们应该有重点地强化支持对国民经济和国防建设有重大影响的关键材料；同时培养造就一支懂新材料的科技队伍。材料工业由传统材料向先进材料及高质量、多品种方向发展，赶超世界水平我们任重道远。
（二）热处理基本操作
1.基础理论
热处理，是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。热处理工艺不但可以强化金属材料充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省材料和能源，而且能够提高机械产品质量，做到一个顶几个甚至十几个。
观看热处理相关视频。了解预备热处理、最终热处理等工艺，使学生尽可能从宏观范围上了解热处理。预备热处理可以改善组织，消除缺陷，为切削加工和最终热处理作准备（退火、正火）；最终热处理使工件获得所需要的组织性能（淬火+回火）[3]。重点以普通碳钢的淬火热处理为例，联系生活中、古装影视剧中铸剑时淬火的应用，激发学生的工程实践的兴趣。
2. 淬火实践操作
制定淬火工艺流程。由于工程素养热处理环节的时间有限，在观看热处理教学视频前，先由实验员讲解淬火操作工程，把学生分组，按照规程将试样放进加热炉中加热。试样为45钢，数量4只，规格均为φ10mm×15mm，各试样应先打印编号。淬火工艺为：45钢加热到830℃，保温时间15min，取出后，分别置于水、10%NaCl水溶液、32号机油、空气中冷却。
操作中注意事项：出炉操作要迅速准确，淬火试样取出后应迅速置于冷却介质中冷却，以免温度下降。试样出炉后炉门要及时关闭。
3.金属力学性能检测。
待淬火试样充分冷透后，用砂纸擦去表面氧化皮，再在洛氏硬度计上测定硬度值。为保证测量精度，每个试样测量三个点，取其平均值。将学生分组，保证每个学生都能动手，然后引导其比较实验数据，分析不同的冷却介质（即不同的冷却速度）对碳钢热处理后硬度的影响。通过实验结果让学生直观认识到热处理工艺对材料机械性能的影响。教师在实验过程中加强指导，确保学生安全。
（三）金相分析认知
金相分析作为金属材料试验研究的重要技术手段之一，是工业产品检验和失效分析的基本方法[4]，是从事材料、机制、模具等专业工作的工程技术人员及从业人员必备的知识[5]。金相分析认知主要是让学生了解金相试样的制作技术和光学金相显微镜的基本原理、构造及其使用方法，根据金相图分析判定材料的成分、组织与性能之间的关系，了解金相检测评级标准及缺陷分析，并通过动手实践提高学生的学习兴趣。
1.金相试样的制备——基础理论
结合教学视频，让学生了解和掌握取样和镶嵌的方法。
①取样和镶嵌：取样部位的确定，取样方法，试样的镶嵌。
②磨光和抛光：粗磨和细磨及其方法要领；机械抛光、电解抛光和化学抛光。
③金属显微组织的显示：化学显示法、电解显示法、其它显示法。
此环节提供粗处理过的试样让学生进行磨光和抛光的简单操作，以便稍后使用金相显微镜的进行金相组织观察。
2.演示、实践
试验设备：砂轮切割机、砂轮机、预磨机、抛光机、吹风机、金相显微镜（带摄影装置）、晒箱、放大机、暗室定时器、暗室灯、天平、照相机、切边机、上光机、显微硬度计等。
现场由实验老师演示金相显微镜的调试使用方法，并提供典型钢种（T8、T12、45、共晶白口铸铁等）的试样供学生观察。充分利用手机资源，要求学生利用手机和金相显微镜，对金相试样进行图像采集。并就某一金相图像进行举例分析，主要内容包括材料的组织、成分，晶粒的大小，材料的组织与性能之间的关系等等，并进一步对材料的牌号和用途做出基本判断，达到提高学生的学习兴趣的目的。 （四）表面再制造创新实验室参观
参观表面再制造创新实验室，观看视频，了解行业尖端科技，了解金属表面处理技术在生产生活中的实际应用。以铝合金的阳极氧化为例，铝合金表面自然形成的氧化膜很薄，其耐蚀性和耐磨性受到一定的限制。通过阳极氧化技术在其表面制备出一层均匀致密的阳极氧化膜，可以增加氧化膜的硬度及厚度，增强铝合金基体的耐蚀性和耐磨性[6]。金属氧化物薄膜改变了表面状态和性能，如表面着色，提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度，保护金属表面等。氧化膜薄层中具有大量的微孔，可吸附各种润滑剂，适合制造发动机气缸或其他耐磨零件；膜微孔吸附能力强可着色成各种美观靓丽的色彩。有色金属或其合金（如铝、镁及其合金等）都可进行阳极氧化处理，这种方法广泛用于机械零件，飞机汽车部件，精密仪器及无线电器材，日用品和建筑装饰等方面。
（五）安全文明教育
工程素养培养过程中始终强调安全文明生产[7]。热处理是关键特殊工序，参观、操作过程中须注意劳保穿戴，教师提前进行安全文明教育，确保学生实训期间人身安全。
三、结语
通过精心设计与组织教学，使学生在短短的4学时时间内，了解了热处理的基本知识和流程，还进行了碳钢的淬火实践，参观了金相分析实验室，体验了磨制金相试样，并使用金相显微镜观察了典型碳钢的金相组织图。在教学过程中教师注重教学过程的实践性、开放性、职业性，贯穿始终的强调安全文明生产，正确穿戴工装，做到“三不伤害”。培养学生的德育素质、安全素质、理论素质和技能素质。经过这样的训练，学生今后进入企业才能很快适应企业的运作方式。
（作者单位：四川工程职业技术学院材料工程系）
基金项目：德阳市科技支撑计划，项目名称“AZ31镁合金型材化学成膜环保型工艺配方开发”，编号：2015ZZ044。
“基金名称：四川省大学生创新创业训练计划项目，编号201612763002”。
参考文献：
[1]四川省中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）.
[2]赵建华. 材料科技与人类文明[M].武汉：华中科技大学出版社，2011，1-270.
[3]崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理[M].北京：机械工业出版社，2007，230-302.
[4]张玉波. 基于“就业导向”的高职“金相分析与检测基础”课程教学设计[J].科技纵览，2015（2）.
[5]张均红.高职《金相分析》课程教学改革研究[J].武汉船舶职业技术学院学报，2015（3）：76-77.
[6]李志宏，苗景国，沈钰. 铝合金阳极氧化工艺最新研究进展[J].轻合金加工技术，2015，43（10）：16-19.
[7]傅骏，周棣华，蔺虹宾.高职工科学生的铸造工程素养培养探索与实施[J].西部素质教育，2016，2（1）：71-72.