课程思政教学案例 ｜ 《热处理原理与工艺》课程思政教学探索

《热处理原理与工艺》是金属材料的核心课程之一，主要讲述金属材料（主要是钢）通过加热、保温、冷却，改变其组织结构，获得所需性能的原理和工艺。课程包括相变理论和热处理工艺两大部分，相变原理主要包括钢在加热过程中的奥氏体转变，冷却过程中的珠光体、马氏体及贝氏体转变，以及钢的组织结构与性能之间的关系。热处理工艺主要包括钢的退火、正火、淬火、回火工艺，以及钢的表面淬火、渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗硫、渗硅等表面处理工艺，过冷奥氏体转变图，淬火应力与淬火缺陷等，并适当反映热处理理论与工艺发展的新成就。

专业课程的课程思政是结合课程所涉及的领域和知识体系，有机融入德育和相关历史名人故事，是充分挖掘学生对自身特点的领悟，反过来支撑其对课程知识重要性和养成学习习惯的更深刻领悟，这也是提升课堂效率的一项重要举措。

2.1 钢的概念与钢铁意志寓意

作为现代社会的物质基础，钢是世界上使用最多的材料之一。在日常生活中，人们一般不区分钢和铁，而直接称作“钢铁”，由于其广泛的使用和优异的性能，常被人们用来作为强硬、坚韧的代名词，因而出现了一批相关的耳熟能详的词语和称谓，如“铁人”王进喜，“钢七连”、钢铁意志、钢筋铁骨、铁人三项等。不过，在金属材料科学领域，钢与铁都是指以铁元素为主的铁-碳合金，但也有所区别，含碳量为0.0218%至2.11%的铁碳合金称为钢，含碳量小于0.0218%称为工业纯铁，大于2.11%小于6.69%称为铸铁，如图1所示。

图1 钢和铁的划分

在绪论部分的课堂教学中，作者通常会结合石油前辈“铁人”王进喜的故事讲解钢和铁用作形容某些名人名事的内涵和意义。

2.2 钢的性能与钢的品格

总的来说，钢具有较高的强度，还具有较好的塑性。高强度是钢作为重要结构件承受载荷的必要条件，而塑性是钢作为重要结构件得以安全使用的保障。在课程中，钢在强度硬度、塑性韧性方面的力学性能及机理是重点内容之一。最重要的章节当属“马氏体相变”和“淬火钢在回火过程中的转变”。在讲解过程中，适当结合工程应用会让知识点更加形象，在此基础上适当做课堂思政则会让教学内容更加鲜活。

云南和贵州风景优美，气候宜人，但这里的贫困在中国也是十分具有代表性的，其主要原因之一在于地形复杂、交通不畅，板块运动使得印度次大陆不断“挤压”，云贵地区的山越来越高，河流和峡谷越来越深。中国政府和中国人民具有钢铁般的意志，遇山开山，遇水修桥，为云贵地区的人民搭建了一条又一条与外界连通的路，如全世界最高的大桥——贵州六盘水北盘江大桥（见图2）、全世界第3高的大桥——云南宣威普利特大桥等等。这些工程奇迹大都是钢桁架梁斜拉桥，大量使用了高强度钢筋、钢材，在人烟稀少的高山峡谷中，这些钢筋就像万千壮士一样守护者来往的车辆人群，还要抵抗突发的地质灾害。因此，钢这种材料具有优良的品格，那就是不畏艰难、坚韧挺拔、经得住考验、耐得住寂寞的品格。

图2 世界第一高桥——北盘江大桥概览

2.3 钢的二次硬化与人的重振旗鼓

课堂中讲授的热处理工艺与炼钢现场的工艺还是有所差别，课堂教授主要聚焦每一个工艺背后的机理，即为什么要这么设计工艺。学生真正理解了，在之后的工作岗位上进行工程设计能做到举一反三，并加以创新。例如，随着材料本身的温度升高，其强度硬度一般会减小，即温度越高、材料越软的现象是普遍存在的，学生也容易理解。但是，某些淬火钢在回火过程中，其硬度不降反升，称为“二次硬化”现象，该现象十分重要，是课程的重点和难点之一。二次硬化主要是由于钨、铬、钒等元素阻碍回火演变、提高回火抗力，使钢件在高温下仍处于回火马氏体（硬度高）状态，且析出的碳化物尺寸细小、弥散分布、与基体保持共格，从而提高了钢件的硬度。“二次硬化”是高速切削钢具有红硬性的主要原理，图3为某钨系高速钢的热处理工艺图，可看出其工艺流程较为复杂，学生不易理解。

图3 钨系高速钢的热处理工艺

在这个知识点讲授时，会拿生活中的现象进行类比，启发学生坚守初心，磨练意志。人也一样，难免会在人生的某一个阶段走下坡路，或许是因为环境的变化，也或许是自己放纵了，不作为了。但是，只要我们愿意坚持“初心”，守得住清贫，耐得住寂寞，努力学习和工作，就像电视剧《士兵突击》里的许三多一样，为了部队，也为了自己，不抛弃、不放弃，坚持提升自身素养不放松，就一定可以重振旗鼓，再创辉煌。

2.4 钢的表面化学热处理与人海纳百川的胸襟

钢的热处理工艺既有以“四把火”（退火、正火、淬火、回火）为主要内容的整体热处理，也有旨在进行表面强化和表面保护的表面热处理。表面热处理主要包括表面淬火和表面化学热处理，是指将钢件置于一种或几种活性介质中保温，使活性原子渗入工件表层，以改变钢件表面成分、结构和性能的工艺。渗入的活性原子类型不同，得到表面的性能也不同，例如，如进行渗碳、渗氮、渗硼等工艺，可提高表面硬度耐磨性，如进行渗硫，可提高钢件润滑性和抗咬合性，如若渗硅，则可提高高温抗氧化性。

在这个知识点讲授时，也会拿生活中的现象进行类比，启发学生要具有海纳百川的胸襟。就像钢接纳多种多样的活性原子，就能展现出丰富的性能特点，应用在很多领域一样，如果我们心怀宽广、度量无限，充分吸纳别人的优点，我们又何尝不能才华横溢、登高望远呢。《三国名臣序赞》有言：形器不存，方寸海纳。李周翰注：方寸之心，如海之纳百川也，烟气包含光也。林则徐任两广总督府时也写到：海纳百川、有容乃大，壁立千仞、无欲则刚。对每一个个体而言，接纳和学习不同的思想、知识、文化，拓宽自己的视野，敢于尝试新鲜事物，通过长期积累，一定会得到长足的进步。

3.1 结合课程知识，在课件中融入思政内容，实现专业知识和课程思政的无缝衔接

PPT是教师开展教学的主要工具之一，在PPT的制作上下功夫十分重要。为了引起学生的共鸣，思政还需要和课程内容适当结合。图4是本人在讲课过程中所用的一页PPT，利用“铁人”王进喜的事例和《士兵突击》的经典剧情，讲解钢铁材料的人文意义。

图4 讲课过程中用于课程思政的PPT页面

3.2 结合教师自身的所见、所闻、所感，在教学的口头讲授中讲好思政故事，传递正能量

教师在课堂中的口头讲授是吸引学生聚焦课堂的重要武器，对思政内容恰到好处的把握往往能收到极佳的效果。例如，在鼓励学生珍惜光阴、努力学习、付出行动时，本人常用汉代刘备的故事，他败走白帝城在临终前教诲儿子要“勿以恶小而为之，勿以善小而不为”，道尽了父亲对儿子的殷切希望。同时，本人也会分享自己成长过程的一些故事，与大家共勉，鼓舞大家积极向上，勇往直前。

3.3 利用“蓝墨云班课”等移动信息技术，分享一些极具正能量的事物，使同学们随处可看、随时感悟

本人利用“蓝墨云班课APP”辅助课程教学（见图5），除了发布一些学习资源和习题外，还分享一些极具正能量的消息和事件。例如，一位剑桥博士Janus Dongye曾发表博文，以诸多实例客观公正地讲述了我国政府在西部的很多贫困地区修建桥梁等基础设施，将人民福祉置于最高地位，充分体现了“以人民为中心”的发展思想。我想，只要分享的消息客观公正、内容充实，学生们还是十分愿意去看的，在看的过程中也陶冶了情操。

图5 课程使用的蓝墨云班课页面截图

通过课程内容中融入思政实例，即激发了学生对专业知识的兴趣，加深了学生对专业知识的理解，也起到了很好的育人效果。

 “铁人”王进喜的事迹使学生更加了解“钢”“铁”形容坚韧的内涵，之后再强调金属材料科学中的“钢”和“铁”，学生的记忆也就更加深刻了。

通过了解政府修建大型惠民工程使用大量钢件这一事例，学生能将不同章节知识和工程实践结合在一起进行理解，对钢的强度硬度、塑性韧性特点及其机理有了深刻的理解。同时，同学们也能具体了解我国政府以“人民为中心”的发展理念，了解我国各民族各地区的发展进步，了解了我国社会主义体制集中力量办大事的优越性，增强了同学们对中国特色社会主义的道路自信、理论自信、制度自信、文化自信。

在大学校园较为宽松的环境里，确实存在部分同学慢慢丧失了自己原来的追求，放纵自己，高分考进大学却屡屡在课程考核中亮起了红灯。教师在课堂上对这些学生严格要求、耐心教育，并适当结合钢的二次硬化专业知识进行比拟，让部分同学的心里得到触动，从而准确看待自己、认真审视自己，这对学生的成长是极其有帮助的，也正是教师立德树人的职责所在。

通过表面热处理与生活的对比讲述，学生对表面化学热处理工艺的多样性有了更深刻的理解，有助于分析不同表面化学热处理获得不同钢件性能的原理差异，同时，有助于激励学生审视自己，奋发努力，通过学习各方面的知识、利用学校资源充实自己，得到成长。

专业课程的课程思政不同于思政课程，做好课程思政需要针对性地设计能与课程知识相契合的思政内容。如果设计得当，课程思政会使得课堂更加活跃，学生精神状态更加饱满，学习兴趣也更加浓厚。作为金属材料专业方向的核心课程之一，《热处理原理与工艺》课程注重理论与工程实践的结合，是深受学生欢迎的课程之一。

在课程教学中，利用“铁人”等大众熟悉的事例，介绍钢与铁的异同点，可作为课程绪论的重点；利用“北盘江大桥”等具体事例，说明钢坚韧的品格，有助于学生理解钢的强度硬度性能及其机理；利用淬火钢在回火过程中的二次硬化，鼓励同学们不惧失败、坚持学习；利用钢的表面化学热处理，激励同学们拥有广阔的胸襟，学习不止，不断提升自己。在具体的教学实践中，做到课程知识和思政内容有效衔接，不突兀、不刻意，实现知识传授和思政教育的同向同行，使得课堂真正成为立德树人的主阵地。