新工科背景下《電弧焊基礎(chǔ)》教學(xué)改革研究

李佳琪，肖勇，黃尚宇，廖紅衛(wèi)，常明

（武漢理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢）

一 引言

為應(yīng)對(duì)新一輪科技變革和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的挑戰(zhàn)，加快推進(jìn)工程教育改革，培養(yǎng)能服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略、滿足產(chǎn)業(yè)需求和面向未來(lái)發(fā)展的工程科技人才具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義，也是建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)和創(chuàng)新型國(guó)家的重要前提[1]。構(gòu)建新工科人才培養(yǎng)新模式，是中國(guó)工程教育緊密對(duì)接國(guó)家、產(chǎn)業(yè)和科技領(lǐng)域重大需求，面向未來(lái)因勢(shì)而動(dòng)的必然趨勢(shì)[2]。

《電弧焊基礎(chǔ)》在材料成型及控制工程專業(yè)焊接方向的教學(xué)計(jì)劃中占有重要的地位，是專業(yè)的核心課程之一。該課程主要向?qū)W生講授電弧理論和具體弧焊方法的工藝原理、冶金特性和應(yīng)用特點(diǎn)等，注重培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際焊接工程問(wèn)題的能力。焊接作為制造業(yè)中一項(xiàng)不可缺少的技術(shù)，其工程應(yīng)用對(duì)象十分廣闊，隨著新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，正面臨著新型產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和傳統(tǒng)行業(yè)改造升級(jí)帶來(lái)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[3]。這些都要求我們立足于行業(yè)需求和發(fā)展現(xiàn)狀，以目標(biāo)為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，探索工程教育人才培養(yǎng)的新模式，構(gòu)建與時(shí)代發(fā)展和產(chǎn)業(yè)要求相匹配的課程教學(xué)體系，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型的卓越工程人才[4]。

二 教學(xué)現(xiàn)狀

目前，《電弧焊基礎(chǔ)》教學(xué)方式僅限于課堂理論教學(xué)和4 學(xué)時(shí)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，課堂教學(xué)局限于教材，課程思政融入課程教學(xué)重視不夠，缺乏對(duì)“品格+知識(shí)+ 能力”全方面素質(zhì)的重視，與同一模塊其它課程的教學(xué)內(nèi)容重復(fù)過(guò)多而又缺乏聯(lián)系；課程教學(xué)過(guò)程中，對(duì)專業(yè)新知識(shí)、新發(fā)展、新成果、新應(yīng)用及其與其它知識(shí)的融合很少體現(xiàn)；教學(xué)手段、方式方法單一，再加上該課程專業(yè)性較強(qiáng)，理論知識(shí)較為抽象單調(diào)，課堂往往晦澀枯燥，因此學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，學(xué)習(xí)興趣不濃厚，缺乏積極性和主動(dòng)性，學(xué)生只是為應(yīng)付考試而對(duì)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行強(qiáng)行的記憶，并沒(méi)有做到對(duì)知識(shí)進(jìn)行全面的理解、吸收和應(yīng)用，導(dǎo)致創(chuàng)新性思維難以得到啟發(fā)和實(shí)踐。顯然上述情況已難以滿足新時(shí)代新工科專業(yè)發(fā)展的需要。

三 改革措施

教學(xué)改革應(yīng)遵從工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心理念，構(gòu)建以學(xué)生為中心、以目標(biāo)為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)的教學(xué)模式和課程體系[5]?！峨娀『富A(chǔ)》課程教學(xué)改革圍繞“提升品格、豐富知識(shí)、提高能力”全方面素質(zhì)展開(kāi)，改進(jìn)教學(xué)方式方法使其能夠有效地支持課程教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在教學(xué)形式上體現(xiàn)互動(dòng)性，注重學(xué)生的獲得感和滿意度，幫助學(xué)生樹(shù)立正確的價(jià)值觀，引導(dǎo)學(xué)生形成良好的工程實(shí)踐意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力和創(chuàng)新思維，使學(xué)生的知識(shí)、能力與素質(zhì)形成有機(jī)融合。

（一） 豐富教學(xué)手段，完善學(xué)習(xí)資源

（1）合理利用網(wǎng)絡(luò)資源

子曰：工欲善其事必先利其器。充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，收集與課程相關(guān)的視頻、虛擬動(dòng)畫等資源，使復(fù)雜而又枯燥的理論知識(shí)具有生動(dòng)性、直觀性、趣味性，可大大提升課堂的教學(xué)效果，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如，在講解電弧特性、熔滴過(guò)渡等基礎(chǔ)理論知識(shí)時(shí)，只依靠圖片和文字描述，學(xué)生很難對(duì)這些概念有深刻認(rèn)知與理解，對(duì)電弧的理論基礎(chǔ)知識(shí)掌握不牢固，后期弧焊方法的學(xué)習(xí)往往也只能“知其然而不知其所以然”。另外，受課程學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)條件限制，也不可能通過(guò)實(shí)驗(yàn)方式加深學(xué)生對(duì)這些理論知識(shí)的理解。這時(shí)可以引用一些網(wǎng)絡(luò)上的教學(xué)視頻、虛擬動(dòng)畫，再結(jié)合語(yǔ)言講解，使學(xué)生形成深刻的直觀印象，加深對(duì)電弧物理特性和焊接過(guò)程本質(zhì)的認(rèn)識(shí)和理解，有效提升學(xué)習(xí)效果。

（2）搭建線上學(xué)習(xí)資源平臺(tái)

通過(guò)錄制教學(xué)視頻，構(gòu)建基于超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的線上教學(xué)資源庫(kù)，改變課堂教學(xué)這種單一的教學(xué)形式，形成線上線下混合教學(xué)的模式，豐富教學(xué)手段。借助于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生可隨時(shí)獲取本課程的教學(xué)資源，自主安排學(xué)習(xí)進(jìn)度，完成課前的預(yù)習(xí)、課后的復(fù)習(xí)，鞏固學(xué)習(xí)效果，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的學(xué)習(xí)，使學(xué)生可以多途徑達(dá)成課程目標(biāo)。

（二） 活躍課堂學(xué)習(xí)氛圍，提升教學(xué)效果

傳統(tǒng)教學(xué)往往采用“填鴨式”方式，以老師教為主、學(xué)生單方面的接收。這種情況下，學(xué)生很容易產(chǎn)生茫然的心理，抓不住學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，也難以有學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。因此，活躍教學(xué)氛圍，提高課堂的趣味性，吸引學(xué)生的注意力，是提升教學(xué)質(zhì)量的重要途徑。

（1）善于問(wèn)問(wèn)題，增強(qiáng)課堂互動(dòng)性

在課堂教學(xué)中，要善于問(wèn)問(wèn)題，讓學(xué)生參與討論、思考和互動(dòng)，提升課堂的趣味性，提高學(xué)生的課程參與度。在講課前，先準(zhǔn)備幾個(gè)與本次課堂教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的問(wèn)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題學(xué)習(xí)。邊學(xué)習(xí)邊思考 既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于聽(tīng)課質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果的提升，又培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立思考能力。比如，電弧的導(dǎo)電機(jī)理及特性是各種弧焊方法的理論基礎(chǔ)，是進(jìn)行焊接工藝參數(shù)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)，在講授這一章節(jié)內(nèi)容時(shí)，可以結(jié)合電弧特性提出問(wèn)題：對(duì)鋁鎂合金、普通碳鋼分別進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)該選擇哪一種焊接電流、焊接極性。這樣有針對(duì)性的問(wèn)題，能讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到電弧理論的重要性、意識(shí)到這些理論不是紙上談兵，而是能夠用來(lái)指導(dǎo)焊接生產(chǎn)，有利于引發(fā)學(xué)生深入思考，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握和理解。

（2）結(jié)合生活實(shí)例，吸引學(xué)生興趣

焊接技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用十分廣泛，除了在軍工、航空航天、核電、軌道交通等領(lǐng)域，日常生活中也常常能發(fā)現(xiàn)各種焊接產(chǎn)品，比如保溫杯，煤氣罐，自行車車架等。以保溫杯為例，可以比較市面上常見(jiàn)的保溫杯品牌，結(jié)合所學(xué)理論探索保溫杯無(wú)縫焊接的生產(chǎn)工藝，分析各品牌之間價(jià)格差異的主要原因。由于這些焊接產(chǎn)品更貼近生活，日常生活中也隨時(shí)可見(jiàn)，因此更能吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生更深層次的思考，讓學(xué)生在獲得專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，也能了解法律法規(guī)、管理、安全等方面的知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。

（三） 構(gòu)建以項(xiàng)目為導(dǎo)向的教學(xué)模式，探索啟發(fā)式教學(xué)

焊接技術(shù)是許多產(chǎn)品制造的重要加工方法之一，因此，在教學(xué)中可以采用以項(xiàng)目為導(dǎo)向的教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)去應(yīng)用知識(shí)，去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題。通過(guò)將具體復(fù)雜工程項(xiàng)目引入教學(xué)，既加強(qiáng)了本課程與同模塊課程的融合，減少了課程間重復(fù)，增強(qiáng)了課程間的聯(lián)系，使學(xué)生體會(huì)到本課程學(xué)習(xí)需要獲得的能力，體會(huì)到專業(yè)使命感和社會(huì)責(zé)任感，強(qiáng)化了學(xué)生的工程實(shí)踐能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。如在教學(xué)中引入武漢楊泗港大橋鋼結(jié)構(gòu)橋梁項(xiàng)目案例，涉及材料選擇，材料焊接性，焊接結(jié)構(gòu)安全可靠性，焊接結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量檢驗(yàn)，焊接方法，生產(chǎn)成本及環(huán)境、社會(huì)及法律法規(guī)等問(wèn)題，通過(guò)項(xiàng)目的講解，使學(xué)生面對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題時(shí)，明白自己應(yīng)當(dāng)具備的專業(yè)知識(shí)和能力，如何思考、分析和解決問(wèn)題，具有的質(zhì)量、效益、成本意識(shí)，團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，應(yīng)遵循的法律法規(guī)、應(yīng)承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任。相比于“照本宣科”的教學(xué)模式，這種“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”式的教學(xué)方法，減少了單純的理論知識(shí)傳授，對(duì)學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力提出了一定的高階性和挑戰(zhàn)度，學(xué)生只有在深入理解知識(shí)的基礎(chǔ)上才能更好地應(yīng)用知識(shí)。另外，“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”式的教學(xué)方法也能減少學(xué)生的課堂惰性，當(dāng)任務(wù)擺在了眼前，學(xué)生就會(huì)有緊迫性和壓力感，減少上課走神、開(kāi)小差、玩手機(jī)的頻率，提升學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。通過(guò)這種以項(xiàng)目為導(dǎo)向的教學(xué)方式，有利于學(xué)生進(jìn)一步掌握項(xiàng)目背后的專業(yè)知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。教學(xué)實(shí)踐表明：項(xiàng)目融入專業(yè)方向課教學(xué)模式，對(duì)于“品格、知識(shí)、能力”全方面素質(zhì)的提升具有明顯效果。

（四） 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，持續(xù)改進(jìn)

電弧焊接方法是應(yīng)用最廣泛、最普遍的焊接方法之一，在工業(yè)生產(chǎn)中占焊接生產(chǎn)總量的60%[6]，但是，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)涌現(xiàn)出了許多焊接新設(shè)備、新工藝、新材料。根據(jù)新工科的人才培養(yǎng)要求，課程內(nèi)容不僅需要滿足當(dāng)前行業(yè)所需，還需要滿足未來(lái)產(chǎn)業(yè)所需。因此，焊接的課程內(nèi)容應(yīng)能反映時(shí)代性和前沿性，既有對(duì)當(dāng)前現(xiàn)狀的理解，也融入對(duì)未來(lái)發(fā)展的思考。在專業(yè)知識(shí)方面更需與時(shí)俱進(jìn)，不斷更新，教學(xué)內(nèi)容上也應(yīng)展現(xiàn)國(guó)內(nèi)外新的研究成果和行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。這樣培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生才能更適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展形勢(shì)，更具備創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維。但是，由于課程學(xué)時(shí)數(shù)有限，并不能在課堂上對(duì)新的焊接工藝和設(shè)備作面面俱到的講解和介紹。以作業(yè)的形式讓學(xué)生上網(wǎng)查閱資料寫一份綜述性的論文報(bào)告，了解焊接方面國(guó)內(nèi)外新的研究進(jìn)展和行業(yè)的發(fā)展動(dòng)向，這樣既可開(kāi)拓學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，又能使學(xué)生認(rèn)識(shí)到自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的必要性，培養(yǎng)學(xué)生終生學(xué)習(xí)的意識(shí)和能力。

（五） 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，設(shè)置開(kāi)放性、研究性、探索性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)實(shí)踐類教學(xué)活動(dòng)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新意識(shí)具有重要作用[7]。因此，除理論教學(xué)外，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，設(shè)置開(kāi)放性、研究性實(shí)驗(yàn)，有利于提高學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考，啟迪學(xué)生的科研思維和創(chuàng)新思維。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以“焊接工藝研究”為主題，學(xué)生可以自主選擇一種弧焊方法，對(duì)該方法的焊接工藝進(jìn)行分析研究。由于焊接過(guò)程涉及到的變量很多，比如交流直流的選擇、電流與電壓大小、焊接速度，焊接極性，氣體種類等，不同工藝參數(shù)的組合都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生不同的影響，比如熔深、熔寬、余高、飛濺、氣孔等。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的條件，結(jié)合團(tuán)隊(duì)的研究目標(biāo)，可自主選擇焊接材料，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生差異的原因。比如，學(xué)生選用焊接機(jī)器人對(duì)碳鋼進(jìn)行表面堆焊，在其它工藝參數(shù)相同時(shí)，分別選用二氧化碳和氬氣作為保護(hù)氣體焊接會(huì)有哪些不同現(xiàn)象呢？是什么原因造成的呢？如果采用實(shí)芯焊絲和藥芯焊絲進(jìn)行焊接，結(jié)果又會(huì)有什么變化呢？電弧的過(guò)渡形式與什么參數(shù)相關(guān)，哪個(gè)參數(shù)的影響最大呢？與演示性、驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)相比，這種研究性、探索性的實(shí)驗(yàn)涉及到多學(xué)科知識(shí)的交叉，學(xué)生可充分發(fā)揮自己的想象力，對(duì)實(shí)驗(yàn)提出各種假設(shè)，進(jìn)行更多的探索和嘗試。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)有助于加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新精神、發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題的工程實(shí)踐能力。

（六） 融入課程思政，加強(qiáng)學(xué)生“品格”教育

教育的根本任務(wù)在于立德樹(shù)人，作為新時(shí)代的人民教師，必須認(rèn)真思考“為誰(shuí)培養(yǎng)人、培養(yǎng)什么樣的人、如何培養(yǎng)人”的問(wèn)題。在教學(xué)過(guò)程中融入思政元素，幫助學(xué)生建立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀是新時(shí)代人民教師的職責(zé)所在[8]。通過(guò)課程思政教育，使學(xué)生進(jìn)一步強(qiáng)化社會(huì)主義核心價(jià)值觀，增強(qiáng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷和社會(huì)責(zé)任，具有健全的品格和優(yōu)良的素質(zhì)。

課程思政內(nèi)容融入課堂，應(yīng)該把握好思政的質(zhì)、量、度、契合點(diǎn)、凝練的品格要素，做到“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”和“潛移默化”，并不是每節(jié)課都有思政教育，不要把課程思政變成了政治課，但通過(guò)專業(yè)方向課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生專業(yè)能力提升之外，學(xué)生的綜合素質(zhì)和個(gè)人“品格”也得到全面提升。

在《電弧焊基礎(chǔ)》教學(xué)中，預(yù)先收集和規(guī)劃好思政案例、紅色元素和本專業(yè)具有突出貢獻(xiàn)的代表人物、典型事例并將其很自然地融入課堂。電弧焊方法的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用是《電弧焊基礎(chǔ)》課程教學(xué)內(nèi)容中規(guī)定要求內(nèi)容，我國(guó)的重大工程、大國(guó)重器、標(biāo)志性科技成果都與焊接技術(shù)密切相關(guān)，通過(guò)焊接方法的應(yīng)用自然引入的案例比較豐富，如在本課程緒論中講解焊接方法發(fā)展和應(yīng)用時(shí)，自然聯(lián)系到焊接技術(shù)在我國(guó)的重大工程、重大建設(shè)成果，如航空航天、航母建造、橋梁、高鐵等建造中的應(yīng)用，讓學(xué)生深刻感受到焊接技術(shù)的神奇魅力及其在生產(chǎn)制造業(yè)中的重要性，提升學(xué)生對(duì)專業(yè)的認(rèn)同感，增強(qiáng)學(xué)生作為焊接人的技術(shù)責(zé)任感、使命感、榮譽(yù)感；在講解相關(guān)焊接設(shè)備時(shí)，可以對(duì)比一下我國(guó)與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)差距，激發(fā)學(xué)生技術(shù)報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷和實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的使命擔(dān)當(dāng)；在講解TIG 焊方法，通過(guò)該方法的應(yīng)用引入到航空航天關(guān)鍵部件制造、兩彈一星關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件制造中，該方法所解決的焊接技術(shù)難題和發(fā)揮的作用，焊接人的典型案例和他們的敬業(yè)精神，團(tuán)結(jié)奮斗精神、進(jìn)而提升到“航天精神”和“兩彈一星精神”，再比如講授垂直氣電焊應(yīng)用時(shí)，引入航空母艦建造中等等，通過(guò)焊接方法的應(yīng)用講解自然過(guò)度到我國(guó)重大工程、重大科技成就，教學(xué)中非常自然地融入了思政元素，避免了思政內(nèi)容突然而又強(qiáng)勢(shì)地融入課程教學(xué)。通過(guò)上述思政元素的融入教學(xué)的方式、方法、時(shí)機(jī)的安排，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激勵(lì)學(xué)生的自豪感、激發(fā)學(xué)生的敬業(yè)精神和愛(ài)國(guó)精神，增強(qiáng)學(xué)生的新時(shí)代的使命和擔(dān)當(dāng)，達(dá)到良好的課程思政效果，實(shí)現(xiàn)了課程教學(xué)目標(biāo)中對(duì)學(xué)生素質(zhì)要求。

四 結(jié)語(yǔ)

隨著新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)的快速興起與變革，人才的培養(yǎng)模式也應(yīng)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需求。本文結(jié)合專業(yè)情況，以強(qiáng)化工程實(shí)踐能力與工程創(chuàng)新能力為核心，以培養(yǎng)能夠滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求的高水平人才為目標(biāo)，對(duì)《電弧焊基礎(chǔ)》的教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容等進(jìn)行了改革,強(qiáng)化了理論基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，加強(qiáng)了焊接方法的工程應(yīng)用，顯著提高了教學(xué)效果，更好地實(shí)現(xiàn)了該課程對(duì)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。