金属相变及热处理课程中的思政教学研讨

杨劼人，叶金文，唐正华，肖素芬，刘 颖

（四川大学 材料科学与工程学院，成都 610065）

本思政教学的课程对象为金属相变及热处理，该课程在绪论章节之后，主要内容包括“热处理原理（固相相变）”和“热处理工艺”两大板块，所选参考教材为普通高等教育“十四五”规划教材——《固态相变原理及应用》[1]。该课程要求学生明白和掌握的知识点主要为以下三个方面：（1）固态相变理论基础，包括固相相变概论、固态相变的热力学原理和固相相变的动力学原理；（2）金属材料的固态相变，主要分为扩散、半扩散和非扩散相变；（3）固态相变的应用，工艺上通常指退火、正火、淬火、回火和表面热处理等金属的组织性能改性手段。

一方面，固相相变是热处理工艺蕴含的底层科学基础，其基于热力学相图，涉及如何开展材料相结构和显微组织调控的知识体系。另一方面，金属热处理的调控目标是提升、调控材料的物理、化学性能及力学性能，即在化学成分不变的情况下，经过执行科学的热处理制度，可以大幅挖掘材料的性能潜力和应用范围，从而更好地对国防科技和工业发展提供服务。因此，思政元素的提取主要从这方面入手。

一、课程内容思政凸显的核心价值

2016 年12 月，在全国高校思想政治工作会议上，习近平总书记强调，高校思想政治工作关系高校培养什么样的人、如何培养人以及为谁培养人这个根本问题[2]。具体到金属相变及热处理课程，通过思政教学，希望努力实现如下目标。不仅培养学生良好地掌握金属相变及热处理的相关知识，还要培养学生利用该门课程知识，在思想上更积极努力、为今后的工作打好精神底色，奋发有为地参与到国家建设和民族复兴的事业中。2020年5 月，教育部发布《高等学校课程思政建设指导纲要》[3]；2021 年8 月，《习近平新时代中国特色社会主义思想进课程教材指南》中把习近平新时代中国特色社会主义思想融进课程教材。上述举措说明，我国当今在新时代背景下，高等教育一定要更加紧密融合思政元素，这就促使我们思考：本课程金属相变及热处理中关于金属相变和热处理的内容从思政角度关注，能凸显出什么核心价值，通过什么知识点、怎样去凸显。

当今时代，国际情势复杂、多变，我们正处于中华民族伟大复兴的关键时期，青年学生的成长环境在深刻变化。改革开放、恢复高考四十余年以来，在中国共产党执政领导下，金属材料及其热处理相关学科取得了显著进步，培养的相关科技工程人才在高等教育、航空航天、国防科技和国民经济主战场发挥出重要作用。但是，我们必须意识到，当今国内和平的大环境可能使国人、特别是青年一代在思想上放松防范意识。

我们不能忘记新中国建设初期和现代化建设过程中，金属材料、特别是钢铁材料对国家工业化的重要推升作用；我们不能丢失老一辈金属材料科学家和教育工作者的精神财富，特别是他们始终将自己学习的金属（钢铁）专业知识和国家建设紧紧地关联在一起，用“小我”的奋斗，去书写“大我”的家国胸怀；对于当今，我们更不能麻痹大意，面对国际上少数国家对我们的技术封锁，我们在金属材料方向仍有很多需要攻坚的难题，如何去解决金属材料的“卡脖子”问题，需要我们脚踏实地的工作，需要我们培养勇于担当的人才。

金属材料、热处理相关知识属于我国高等教育中材料类专业内容，由于和工业发展紧密相关，也是新中国成立初期高校的重点建设方向和专业，长期以来持续为国防和国民经济主战场输送人才队伍，因此在教学过程中特别需要思政内容建设。习总书记指出，高校立身之本在于立德树人[4]。只有培养出一流人才的高校，才能够成为世界一流大学。2019 年3 月18 日，习总书记在学校思想政治理论课教师座谈会上又明确指出，我们党立志于中华民族千秋伟业，必须培养一代又一代拥护中国共产党领导和我国社会主义制度、立志为中国特色社会主义事业奋斗终身的有用人才[5]。

因此，基于上述指导思想，金属相变及热处理的课程思政方针，将金属材料、相变热处理和国民经济、科技发展相结合，基于具体真实素材，拟通过引入典型人物案例、材料案例和制造案例等，引导学生“有理想”“有本领”“有担当”，让正确的人生观、价值观和世界观成为青年学生成长成才的基本支柱和精神底色。

二、思政素材挖掘与分析

（一）历史案例——钢铁材料的战争与文明

金属相变及热处理课程中，主要以铁碳相图为切入点，进行相变知识的讲解。其中，奥氏体是铁碳相图中非常重要的相组成，呈现出面心立方结构，塑性很好，强度较低，通过合金元素强化改性后形成奥氏体耐蚀钢，是钢铁材料中应用极为广泛的一类材料，如图1（a）所示。教学内容首先讲解奥氏体的特征及形成的四个阶段：阶段一，奥氏体形核；阶段二，奥氏体的长大，驱动力为碳浓度差；阶段三，残留碳化物的溶解；阶段四，奥氏体的均匀化，残余渗碳体溶解完后，碳在奥氏体中的分布仍然不均匀，需要高温处理使碳含量及合金元素分布趋于均匀。

在同学们掌握了奥氏体的基本知识后，便引出奥氏体及钢铁材料研究的历史。1887 年，英国冶金学家W.C.Robert Austen 发现高温下钢为面心立方结构，后来命名为Austen structure（奥氏体）。随后，在1895—1899年，西方开始并形成了关于铁碳相图的系统研究，奠定了金属材料相变及热处理的科学基础。

相比较，同时期我国处于封建社会清朝末期，在近代史积贫积弱的历史阶段中彷徨。1894 年，中日甲午战争爆发，如图1（b）所示，经过明治维新的日本，已经具备了钢铁材料的制备和热处理技术，在坚船利炮的武装下，近代工业化的钢铁文明，在战争层面，几乎是碾压式地击碎了中国几千年农业文明的“自尊和荣耀”。中国战败，赔款2 亿两白银，割让台湾全岛及所有附属各岛屿（包括钓鱼岛）、澎湖列岛等，从此跌入屈辱近代史的深渊。

图1 钢铁材料研究的历史背景

一直到新中国成立前，我国高校关于以奥氏体相变为折射面的金属材料类学科教育仍非常匮乏，国家一直处于动荡时期，这些近现代文明的材料科学和工程问题，虽然和国家工业化发展密切相关，但距离普通人的生活和工作太遥远。直到新中国成立以后，才逐渐地培养出一批又一批的怀有家国情怀的金属和热处理类人才，才能自己造出坚船利炮。当今，我国海军队伍已经拥有包括航空母舰、核潜艇、大型驱逐舰和两栖登陆舰等百余艘先进舰船，正在迈向深蓝，我们有信心坚信不会再让“甲午”悲剧重蹈覆辙。这些建设成就离不开金属材料和热处理的相关知识，更是科技和工程人员艰苦奋斗精神的体现，回归到高校专业教育，就需要从思政素材，引向我们民族仰望的星辰大海。

因此，金属相变及热处理可以从知识点的历史案例中让同学们体会到，钢铁材料对于我国国防科技和工业发展具有重要作用。目前，在新时代背景下，对提升高等教育质量非常迫切，对卓越人才和先进科技的渴求更加强烈。

（二）人物案例——新中国的钢铁材料科学家

通过典型人物案例介绍，包括其成长、事迹、工作和贡献等方面，在课程适时阶段引入教学，引导学生进行思政分析，相关人物结合图2 简要介绍如下：徐匡迪院士为钢铁冶金专家，京津冀协同发展专家咨询委员会组长；徐祖耀院士为材料相变专家。两位院士出生成长在旧中国，亲身经历了解放前中国积贫积弱的社会环境，新中国成立后，通过自己在钢铁材料领域的杰出贡献，极大地推动了钢铁材料、热处理科学和材料工程的发展，也培养了一大批优秀的学生，投身于党的教育事业和祖国现代化建设中[6-9]。

图2 钢铁材料科学家的著作与事迹

涂铭旌院士是材料学家，四川大学教授。长期从事金属材料及其强度、断裂的研究工作，特别关注如何发挥金属材料的强度潜力，在耐寒高强钢及重大机械装备结构用材的失效分析方面取得了许多重要成果，为国家工程材料发展、材料工程化、学科专业建设和材料教育等方面作出了突出贡献[10-11]。

通过对我国钢铁材料领域科学家的介绍，引导学生们去理解，我国正在朝着“两个一百年”奋斗目标和中华民族伟大复兴奋进。这也对高等教育提出了新的要求，通过在金属相变及热处理中引入上述人物案例，使培养的学生具有家国情怀，坚持爱国和爱党、爱社会主义相统一，扎根人民、奉献国家。

（三）典型潜在案例挖掘分析

1.航母甲板钢特种热处理

航母钢板主要指制造航空母舰需要用到的大型宽厚钢材，对于甲板用钢材，需要承受舰载机的强大冲击和高摩擦，还要耐喷气式飞机上千度的火焰烧蚀，对材料的屈强比、韧性、抗化、耐高低温和耐海洋环境等性能有严苛的高标准要求。建造一艘7.5 万吨级的航空母舰，需用特种大宽厚钢板超过4 万吨，其中，飞行甲板就需8 000 吨左右。全世界只有极少数国家具备航母甲板钢的生产制造能力，被视作核心战略物资[12]。

航母甲板钢的特种热处理是其生产的关键控制工序，其难点在于需要对几十米长的大型宽厚板进行热处理强韧化，同时还要确保型材的尺寸精度，对变形标准要求非常严格。因此，本课程的思政素材可以从这里入手，航空母舰是我国国防力量中的重器，将钢铁材料和先进热处理结合起来，使同学体悟到其中专业知识凸显出来的重要国防价值。

2.航空高性能齿轮及其热处理

齿轮是一种传递载荷的机械构件，对于航空装备，在发动机推重比不断提升的要求下，关键齿轮啮合表面不仅要承受350 ℃以上高温，还要受到复杂交变应力、冲击动应力及磨损、腐蚀和氧化等作用。因此，高性能长寿命齿轮及其热处理技术成为航空制造的关键[13]。

可以通过在课程中介绍航空用齿轮及其先进热处理技术，使同学们感受到相变组织调控、高性能齿轮对于航空工业的重要性，将课本中晦涩的专业理论与国防工业关联起来。

3.汽车工业用高强韧钢

在金属相变学习中，在马氏体相变章节中会出现形变诱发马氏体相变（transformation induced plasticity，TRIP）的概念，从而引出TRIP 钢的知识。TRIP 钢是一种通过合金中马氏体相变、促使塑性显著提升的超高强度钢，在马氏体相变作用下吸收掉大量能量，有效阻碍微观裂纹传播，具有极佳的断裂韧性，是汽车工业中的高性能结构件的理想材料，特别适用于容易受到碰撞的保险杠、底盘等部位[14]。

相较于国外发达国家，我国汽车工业的发展仍存在一定差距，特别是在高强韧结构部件上，需要大力开展研发工作，而这个方向就关联到金属的相变知识。在马氏体章节讲解时，可以通过TRIP 钢引出汽车工业发展的实际案例，让金属相变知识生动的体现出来，成为汽车工业关键材料不可或缺的基础。

三、思政教学反馈

学生一：本来以为这门专业课的内容比较枯燥，但是经过学习，发现和工业生产、实际应用非常相关，特别是有很多非常先进的装备都需要热处理技术，以后会更好在专业课学习上下功夫。

学生二：老师结合自己的学习工作经历，和一些历史事件，让我更加了解了本门课程和专业的应用领域，觉得热处理在工业中非常重要。

学生三：发现钢铁材料并不是所谓的“夕阳产业”，高性能的钢铁材料仍然是我们国家非常迫切急需的重要材料；还有很多有色金属比如高温合金，希望以后能学到更多的相关知识。

四、结束语

金属相变及热处理课程内容中涵盖许多可以挖掘的思政元素，通过近两年该课程的思政教学实践，今后可以进一步加强的方面如下：（1）案例素材的多样性——在现有基础上，扩充案例类型，增加案例数量，丰富案例覆盖面；（2）案例制作的精良化——不仅限于简单的图片，需要进行视频的剪辑和加工，更为生动，条件允许的情况下，在课堂上采用实体材料；（3）产学协同思政——通过亲身参观企业，或者邀请相关专家，从课程思政角度，让学生亲身体验和感悟课程中的思政元素。