《弧焊電源及控制》課程創(chuàng)新改革與實(shí)踐

常云龍 張悅 蘇允海 張楠楠 左曉姣

摘要： 《弧焊電源及控制》課程是焊接技術(shù)與工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其理論性和實(shí)踐性均很強(qiáng)。針對(duì)目前教學(xué)過程中存在的理論與實(shí)踐脫節(jié)、學(xué)生電力電子技術(shù)基礎(chǔ)薄弱等問題，將知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)和價(jià)值塑造融為一體，把現(xiàn)代化信息化技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)全過程，構(gòu)建了獨(dú)特的SPOC平臺(tái)和教學(xué)資源庫，提出一種即時(shí)和快速應(yīng)用教學(xué)方法。通過線下一流課程教學(xué)改革，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：弧焊電源;干中學(xué)/學(xué)中干;教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C ? ? ? ? 文章編號(hào)：1001-2003（2021）06-0101-03

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.06.19

0 ? ?前言

《弧焊電源及控制》課程是焊接技術(shù)與工程專業(yè)、材料成型及控制工程專業(yè)焊接方向的學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握各種常用弧焊電源及其控制方法的基本理論、基本知識(shí)和實(shí)踐實(shí)驗(yàn)技能的專業(yè)課，其理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)[1]。其先修課程是 《大學(xué)物理》、《電工電子技術(shù)》等。該課程學(xué)科交叉，內(nèi)容涉及電工和電力電子知識(shí)、自動(dòng)控制理論以及焊接電弧基本理論[2]，是學(xué)生們反映最難的一門課。在以往授課過程中存在著很多問題[3]，導(dǎo)致教學(xué)目標(biāo)難以達(dá)成，針對(duì)課程教學(xué)開展了為期3年的研究和實(shí)踐探索。

1 課程與教學(xué)改革要解決的重點(diǎn)問題

（1）電工電子技術(shù)、數(shù)字智能控制技術(shù)等控制學(xué)科與焊接技術(shù)等材料學(xué)科的有機(jī)融合問題。

本課程學(xué)科交叉，涉及內(nèi)容廣泛，涵蓋電弧物理和電工電子技術(shù)，對(duì)于材料學(xué)科的學(xué)生，電力電子基礎(chǔ)知識(shí)非常薄弱，只有將其與材料學(xué)科焊接技術(shù)深度融合，才能形成獨(dú)具特色的知識(shí)體系及基礎(chǔ)理論，滿足材料學(xué)科高層次應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求。

（2）基礎(chǔ)理論知識(shí)如何與實(shí)踐環(huán)節(jié)快速緊密銜接的問題。

傳統(tǒng)教學(xué)最大問題是學(xué)生所學(xué)與實(shí)踐相脫離，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感到焦慮，不知道學(xué)習(xí)的東西將來如何應(yīng)用。另外傳統(tǒng)授課采用老師講授，學(xué)生聽課，盡管運(yùn)用了一些互動(dòng)討論、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和案例教學(xué)，但實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱，所學(xué)知識(shí)不能很快付諸應(yīng)用，可能畢業(yè)后到企業(yè)方可應(yīng)用，甚至終生不用。

（3）課程理論知識(shí)的前沿性與專業(yè)基礎(chǔ)性兼顧的問題。

智能焊接制造是焊接技術(shù)在高端制造領(lǐng)域的前沿技術(shù)。傳統(tǒng)課程忽略了高端數(shù)字化智能電源對(duì)裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)工藝和核心技術(shù)支撐[4]，作為面向材料領(lǐng)域人才培養(yǎng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，須兼顧學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)，同時(shí)應(yīng)體現(xiàn)技術(shù)發(fā)展的時(shí)代特征，提升課程的高階性和創(chuàng)新性。

2 課程教學(xué)改革

（1）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。

以大概念為視角分析課程教學(xué)內(nèi)容、確定課程教學(xué)大綱、規(guī)劃教學(xué)目標(biāo)，是知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力素養(yǎng)的重要途徑。以學(xué)科大概念來統(tǒng)領(lǐng)和組織教學(xué)內(nèi)容將會(huì)揭示知識(shí)間的縱橫關(guān)系。該課程的學(xué)科大概念包括電弧、電源特性、電源-電弧系統(tǒng)、開關(guān)器件、主電路拓?fù)?、控制電路拓?fù)涞?。以電弧為例，作為學(xué)科大概念，包含了電弧物理、電弧形態(tài)、電弧熱/力分布、動(dòng)態(tài)靜態(tài)特性等知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)電弧是國際學(xué)科前沿和研究熱點(diǎn)，將電弧研究最新科研成果引入課程教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生利用已有知識(shí)解決問題，進(jìn)而生成新知識(shí)的能力，如圖1所示。

（2）改革教學(xué)方法。

改革傳統(tǒng)教、學(xué)分離的教學(xué)范式，構(gòu)建弧焊電源課程專業(yè)教師和學(xué)生學(xué)術(shù)共同體。在學(xué)習(xí)共同體中，教師和學(xué)生都是學(xué)習(xí)者[5]，教師在學(xué)術(shù)研究中要緊跟學(xué)科前沿和國家重大需求，將科研融入教學(xué)[6]，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力。

改革傳統(tǒng)授課理論和實(shí)際脫離的教學(xué)模式，引入“ 干中學(xué) ”“ 學(xué)中干 ”（Learning by doing）實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)踐制作中每人制作一臺(tái)逆變弧焊電源，目的是解決學(xué)生理論和實(shí)際脫離、工程實(shí)踐能力較差的問題（見圖2、圖3）。采用同伴教學(xué)法開展教學(xué)，即同學(xué)將自己所學(xué)交給同伴，大幅提升學(xué)生的知識(shí)獲得和保留率。

（3）強(qiáng)化過程管理。

課前導(dǎo)學(xué)：在校園網(wǎng)建立課程學(xué)習(xí)平臺(tái)，每一講都設(shè)置課前問卷、課堂PPT、視頻學(xué)習(xí)、課后練習(xí)。通過課前問卷，教師會(huì)提前知道學(xué)生存在的問題及需求，以便更好地在課堂上進(jìn)行講授。課程基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，通過課前導(dǎo)學(xué)來完成，要求學(xué)生提出很多相關(guān)問題，另外教師和學(xué)生還可以在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上進(jìn)行互動(dòng)討論。

課中研學(xué)：學(xué)生通過課前導(dǎo)學(xué)提出問題，帶入課堂，在課堂上與老師進(jìn)行提問交流，探究式學(xué)習(xí)，老師有針對(duì)性地進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)講授，達(dá)到精講效果。

課后踐學(xué)：每次課后留有作業(yè)和思考，并進(jìn)行實(shí)踐制作一臺(tái)電源。老師將電路原理圖、電子器件、變壓器、線路板等器件發(fā)給每個(gè)學(xué)生，學(xué)生根據(jù)工藝圖、電氣原理圖進(jìn)行線路板焊接，使用示波器、穩(wěn)壓電源、萬用表和負(fù)載箱進(jìn)行安裝調(diào)試。學(xué)生調(diào)試好電源后，實(shí)施焊條電弧焊接。通過“ 干中學(xué) ”“ 學(xué)中思 ”，大幅提升學(xué)生的實(shí)踐能力。

3 課程改革效果

（1）通過教、學(xué)、做合一，學(xué)生利用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力得到大幅度提高。問卷調(diào)查顯示，學(xué)生動(dòng)手操作能力提升28%，團(tuán)隊(duì)協(xié)作提升22%，溝通能力提升21%，主動(dòng)意識(shí)提升18%，如圖4所示。

（2）自主設(shè)計(jì)和研發(fā)了具有一定挑戰(zhàn)度的課程實(shí)踐內(nèi)容，即一種有限雙極性軟開關(guān)小型逆變電源，滿足了學(xué)生實(shí)踐需求，提升了科研素質(zhì)。利用該技術(shù)開發(fā)了特種電源，助力大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，獲得了學(xué)生的一致好評(píng)。

（3）即時(shí)應(yīng)用的教學(xué)方法提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，獲得了良好的教學(xué)效果。學(xué)生對(duì)該教學(xué)模式的滿意率達(dá)到93%，其中非常喜歡達(dá)到52%，如圖5所示。該教學(xué)模式也獲得了同行專家的高度評(píng)價(jià)。

4 結(jié)論

《弧焊電源及控制》課程堅(jiān)持以學(xué)生為中心，改革傳統(tǒng)理論授課和實(shí)際脫離的教學(xué)模式，引入了教、學(xué)、做合一，學(xué)、干、思結(jié)合。經(jīng)過多年的教學(xué)改革與探索，通過對(duì)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化，解決了控制學(xué)科電工電子技術(shù)、數(shù)字智能控制技術(shù)與材料學(xué)科焊接技術(shù)的有機(jī)融合問題;通過學(xué)生每人自主制作一臺(tái)有限雙極性軟開關(guān)小型逆變弧焊電源，促使學(xué)生快速運(yùn)用（Immediate use）所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問題，提高工程實(shí)踐能力;引入高端數(shù)字化電源軟件編程，將多物理場(chǎng)耦合學(xué)術(shù)研究和科研發(fā)展前沿成果融入教學(xué)，通過構(gòu)建電弧模型以及數(shù)字化軟件編程方式，提升學(xué)習(xí)的挑戰(zhàn)度，以培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題的綜合能力。

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