基于三維建模軟件輔助的鉗焊相融合實訓(xùn)教學改革

王智林

（北海職業(yè)學院，廣西 北海 536000）

0 引言

國家在飛速發(fā)展，各行各業(yè)在不斷改革進取，為實現(xiàn)華民族的偉大復(fù)興中國夢提供助力。制造業(yè)的發(fā)展則是其中最強有力的動力源。因此，國家提出“中國智造2025”，即創(chuàng)新驅(qū)動，質(zhì)量為先，人才為本的制造業(yè)發(fā)展規(guī)劃，把創(chuàng)新能力和質(zhì)量效益、綠色發(fā)展有機結(jié)合，低科技含量和低價值鏈制造將逐步被精細化生產(chǎn)和高科技優(yōu)化替代，大力培養(yǎng)科技研發(fā)人才和生產(chǎn)技能人才極為重要。高等職業(yè)院校正是培養(yǎng)具備創(chuàng)新思維、嫻熟技能和工匠精神的生產(chǎn)技能人才的主要陣地。國家及社會對此均給予重視和支持，早在2016 年推進職業(yè)教育現(xiàn)代化的座談會上，李克強總理就明確提出：要切實做好把職業(yè)教育現(xiàn)代化放在更加突出的位置上，加快培養(yǎng)出一大批具有精湛專業(yè)技能和工匠精神的高素質(zhì)勞動人員。在2017 年的十九大報告中也提出：“加快培養(yǎng)知識型、技能型、創(chuàng)新型勞動者大軍; 大力弘揚勞模精神和工匠精神，在全社會營造一種勞動光榮的社會風尚和精益求精的敬業(yè)風氣?！盵1]大力推進職業(yè)教育的發(fā)展是大勢所趨，職業(yè)院校要有效地為國家培養(yǎng)具備創(chuàng)新思維、嫻熟技能和工匠精神的高素質(zhì)生產(chǎn)技能型人才，歸根結(jié)底就是：在原有知識和技能的基礎(chǔ)上引入新技術(shù)，對知識和技能進行融會貫通，拓寬學生視野，引導(dǎo)學生發(fā)散思維區(qū)思考問題；提供足夠條件和時間讓學生進行實踐，熟能生巧；設(shè)置合理的實踐項目，鍛煉培養(yǎng)學生吃苦耐勞的品質(zhì)，同時也要嚴格要求，并引導(dǎo)學生養(yǎng)成做技術(shù)要精益求精的習慣工匠精神。

1 鉗工和焊接實訓(xùn)教學的現(xiàn)狀及問題

高職院校中理工類專業(yè)的學生一直以來都是未來生產(chǎn)技能人員的主力軍，為了磨礪學生吃苦耐勞的品質(zhì)和養(yǎng)成精益求精的習慣，各個高等院校均會設(shè)置金工實訓(xùn)這門課程，而鉗工實訓(xùn)和焊接實訓(xùn)則是該課程中最為考驗學生吃苦耐勞、精益求精和動手實踐的實訓(xùn)項目，同時也是日后他們在生產(chǎn)工作崗位上經(jīng)常會用到的兩項基本技能。但是目前很多高職院校在開展這些實訓(xùn)教學時都會面臨以下幾個問題：

（1）目前學生均為2000 年后出生，思維活躍，而鉗工和焊接訓(xùn)練相對單調(diào)枯燥，比較辛苦，部分學生缺乏興趣。

（2）盡管學生在開展金工實訓(xùn)之前已經(jīng)完成了機械制圖、機械基礎(chǔ)等基礎(chǔ)課程，但是基礎(chǔ)不扎實，識圖能力較弱。

（3）部分學生是中職升高職，他們在中職階段已掌握了一定的金工實踐技能，整體水平參差不齊，教學進度不容易把控。

（4）部分學校實訓(xùn)設(shè)備老舊，無法體現(xiàn)當代先進生產(chǎn)技術(shù)，造成學生錯誤地認為這兩項技能已經(jīng)跟不上時代，學習熱情不高。

由于本科院校的不斷擴招，使得高考后進入高職院校的生源基礎(chǔ)呈明顯下降趨勢。學生理論知識積累程度參差不齊，需要把金工實訓(xùn)課題的訓(xùn)練目標分解成幾個小目標，逐一學習小目標，控制精度也由低到高，根據(jù)學生的實際情況，采用差異化教學，根據(jù)每人實際情況逐步達到教學要求。對于操作技能強的學生，引導(dǎo)他們進行更高精度和難度的訓(xùn)練，鼓勵參加相關(guān)技能競賽; 對于操作能力差的學生，教師要加大指導(dǎo)和示范，不能讓學生失去信心。需要教師投入更大的教學精力，采取因材施教、分層教學、差異化教學，以提高學生技能水平[1]。

①實訓(xùn)場地、工位或者機臺設(shè)備不足，學生只能輪替使用實訓(xùn)工位和設(shè)備，實際有效實訓(xùn)時長不足，學生實訓(xùn)積極性受到影響。

②實訓(xùn)項目或者方案的設(shè)置較為單調(diào)，形式上缺乏新意，內(nèi)容上無法與時俱進。

③實訓(xùn)教室教學設(shè)施布局不合理，缺乏空曠的廠房式教室，導(dǎo)致設(shè)備分布不均勻、不合理，不同操作需要在不同的教室進行，教師只能在不同的教室里來回穿梭進行巡查，不僅不利于教師發(fā)現(xiàn)學生技能訓(xùn)練上存在的不足，而且無法及時發(fā)現(xiàn)學生操作過程中的安全隱患，容易造成安全事故，極大地增加了教學壓力。

2 鉗工和焊接相融合實訓(xùn)改革的對策

2.1 調(diào)整鉗工和焊接實訓(xùn)分組輪換方式

將參與實訓(xùn)的班級按人數(shù)分成兩個大組，由鉗工和焊接實訓(xùn)的兩位教師分別領(lǐng)到各自負責的實訓(xùn)場所（通常情況下，大部分院校鉗工和焊接兩個實訓(xùn)場所是相連在一起的），并進行各自教學內(nèi)容的講授或者操作示范；學生開始進行實操之后，鉗工實訓(xùn)場地的工位相對較多，會有多余工位，而焊接實訓(xùn)場地的焊接工位相對不足，還需要進一步分組，每組3 ～ 5人，其中一名組員在焊接工位進行焊接時，其他組員可以在一旁進行觀摩操作。但是如果等待時間過長時，可安排焊接組的空閑成員進入到鉗工實訓(xùn)場地觀摩鉗工組成員的實操。由于鉗工工位較為充足，過來觀摩的焊接組成員長可在鉗工實訓(xùn)場內(nèi)先進行一些基礎(chǔ)性的操作練習。當焊接工位上的學生完成相應(yīng)焊接練習之后，進入鉗工實訓(xùn)場和在此進行聯(lián)系的組員進行輪換練習。利用鉗工實訓(xùn)場的多余工位安置等待練習的焊接組成員，避免這部分學生無所事事，玩手機的現(xiàn)象；而鉗工實訓(xùn)組的成員在完成正常的考核項目操作的過程中會出現(xiàn)部分同學的加工進度確實較快且較好的，而其他同學進度較慢，為了保證全組的整體操作進度，這部分需要等待較長時間才能進入下一個操作環(huán)節(jié)時，可安排這些鉗工組的成員進入焊接實訓(xùn)場進行觀摩學習，提前了解焊接操作的內(nèi)容，避免因為等待而降低這部分學生的實訓(xùn)積極性；鉗工組和焊接組的成員在完成為一個實訓(xùn)周期之后，兩個大組進行互換。原本的鉗工組成員開始進行焊接實訓(xùn)，同樣要分成3 ～ 5 人的小組，未輪到進行焊接練習的成員可回到鉗工實訓(xùn)場繼續(xù)完成自己未完成的工件，或者自己制作新的工件，提高技能熟練程度。而原來焊接組的成員由于已經(jīng)提前已經(jīng)接觸到基本的鉗工操作，在正式開展鉗工訓(xùn)練項目時，效率會相對較高，整體完成情況也較好。

采取這種聯(lián)合實訓(xùn)的方式，完成鉗工和焊接實訓(xùn)在形式上的融合?？梢杂行У貙⒁驗楣の徊蛔悖拘枰却膶W生流轉(zhuǎn)起來，讓后一組的學生可以利用等待的時間預(yù)習另一項實訓(xùn)操作；讓前一組的學生可以利用等待的時間強化原先的實訓(xùn)操作。因此采用這種形式上融合實訓(xùn)的方式可以有效解決學生人數(shù)較多而工位不足的矛盾。同時，在鉗工和焊接實訓(xùn)師資相對不足的情況下，由于學生已經(jīng)分流到了兩個不同實訓(xùn)項目上了，單個教師所指導(dǎo)的學生人數(shù)下降，每個學生接受教師示范指導(dǎo)的平均時間將會增加，實訓(xùn)效果將會提升。因此，盡管鉗工和焊接實訓(xùn)總課時壓縮了，但是充分利用了時間，提高了學生接受指導(dǎo)的時長，實際的實訓(xùn)效率較原有模式高，實訓(xùn)效果也較好。

2.2 調(diào)整鉗工和焊接實訓(xùn)的評價方式

以往的考核評價一般只是對工件的最終效果進行打分，極少綜合考慮實訓(xùn)過程的考核評價。鍛煉學生的動手實踐能力，掌握職業(yè)技能是鉗工和焊接實訓(xùn)的重要目的之一。除此之外，培養(yǎng)學生嚴格考勤、協(xié)作互助、吃苦耐勞、安全意識和工位6S 管理等職業(yè)素養(yǎng)也是實訓(xùn)的重要目的。單純以最終零件質(zhì)量評價學生的實訓(xùn)效果并不全面，而應(yīng)該將有關(guān)職業(yè)素養(yǎng)方面各個要素進行分值量化，并確定標準，對鉗工和焊接實訓(xùn)的整個過程進行監(jiān)督檢查，并依據(jù)量化標準進行日常記錄打分，對學生進行綜合評價。指導(dǎo)教師可以進行交叉巡查，進行記錄的同時，學生也可以以小組形式進行互評，對小組進行打分。這樣更全面客觀對實訓(xùn)效果進行評價，并可以促進學生之間相互督促，相互協(xié)作，有效地減低教師教學壓力，有利于及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，排除危險因素。

2.3 基于計算機三維建模軟件

當前計算機三維建模軟件功能強大，根據(jù)我們教學的實際需要，在實訓(xùn)教學改革的過程中引入德國西門子公司的NX?；谠摽钴浖_展實訓(xùn)教學主要出于以下幾方面目的考慮：

（1）增加實訓(xùn)亮點，吸引學生注意。我院機電類專業(yè)并未開設(shè)三維軟件設(shè)計類課程，但是經(jīng)調(diào)查大部分學生對于三維建模軟件感興趣。在實訓(xùn)過程中引入計算機三維建模軟件，有利于增加實訓(xùn)的興趣點，提升學生實訓(xùn)積極性。

（2）克服識圖短板。將二維圖紙通過軟件建立成三維模型，可以輕松化解學生無法充分識圖的問題，有效提升學生實訓(xùn)自信心。

（3）克服盲目加工。目前機電類專業(yè)并未開設(shè)“機械制造工藝學”這門的基礎(chǔ)課程，學生對于機械基本加工工藝步驟并無直觀概念，在加工過程中容易出現(xiàn)步驟錯亂，導(dǎo)致工件不達標，甚至是損壞工具和設(shè)備的情況。利用軟件的建?？蓪⒐ぜ拿鞯匠善返恼麄€變化過程動態(tài)模擬出來，強化學生對加工步驟的記憶和理解，提高實訓(xùn)項目的成功率。

（4）降低實訓(xùn)設(shè)備不足及課時有限對實訓(xùn)的不利影響。鉗工裝配是實訓(xùn)的一項重要環(huán)節(jié)，理論內(nèi)容所占比重較其他操作環(huán)節(jié)要多，但是講授鉗工裝配要領(lǐng)及案例涉及面較廣，所需的部件或者組件種類繁多，無法盡數(shù)備齊。另外由于課時有限，全部采用實操示范演練也無法有效完成。課前利用軟件建立部件或者組件的模型，使用軟件自帶的裝配功能設(shè)置各個零件裝配的飛行軌跡，動態(tài)地向?qū)W生展示裝配過程，有效提高授課效率

（5）結(jié)合現(xiàn)在技術(shù)，提升實訓(xùn)高度。焊接實訓(xùn)過程中，焊接方法常用手工電弧焊、二氧化碳氣體保護焊、氬弧焊、釬焊等，一般高職院校都是用手工電弧焊或者二氧化碳氣體保護焊進行鋼板的平焊練習為主。這樣的訓(xùn)練方式較為單調(diào)，學生在練習過程中非常容易倦怠或者出現(xiàn)自滿：認為焊接只是簡單地用焊條在金屬表面焊出一道焊縫。這兩種情緒都會導(dǎo)致學生訓(xùn)練積極性和主動性下降。實際上焊接對操作者知識儲備和經(jīng)驗的要求是非常高的，因為在焊接的過程中操作者必須考慮到包括焊接位置角度、環(huán)境溫濕度、設(shè)備工作狀況和材料厚度等諸多因素，并以此為依據(jù)，調(diào)整出合適的電流電壓，選擇適當?shù)暮笚l類型、運條方式和運條速度。并且還需要綜合考慮焊接工件的型狀結(jié)構(gòu)，合理安排焊接先后順序，以便于消除焊接應(yīng)力，防止焊接工件熱脹冷縮引起變形。例如由方管或者角鋼之類的型材所構(gòu)建的鋼結(jié)構(gòu)件，這類結(jié)構(gòu)件在實際工程中是極為常見的，其焊縫繁多，焊接順序不合理的情況下是非常容易出現(xiàn)機構(gòu)變形的。但是在學校實訓(xùn)室這樣的場地里，學生人數(shù)眾多，時間又比較有限的情況下，沒法讓學生進行此類鋼結(jié)構(gòu)的焊接練習。而計算機三維軟件的引入可以建立此類結(jié)構(gòu)的模型，借助模型給學生講解不同類型結(jié)構(gòu)的焊接順序，并利用軟件自帶的焊接模塊的功能，按順序?qū)附游恢玫暮缚p類型參數(shù)進行設(shè)置，將焊縫成型的理想狀態(tài)直接在模型中呈現(xiàn)出來，給予學生最直觀的印象。并且還可以利用軟件自帶的模擬分析功能對不同焊縫類型進行強度模擬分析，可以在不使用硬度計、拉力機或者壓力機等力學測試設(shè)備的情況下將不同類型焊縫的焊接強度進行數(shù)據(jù)化對比。這將有利于讓學生意識到焊接技能及焊接工藝的重要性，進而用心鉆研，勤加練習。畢竟焊接技術(shù)水平高低，也是一個國家機械制造和科學技術(shù)水平高低的標志之一。

（6）有利于資源積累，數(shù)據(jù)共享。無論是工件的視角變化展示、加工步驟的動態(tài)演變、裝配過程還是結(jié)構(gòu)強度分析的應(yīng)力變化過程都可以建模軟件的自帶功能或者其他軟件轉(zhuǎn)變成短視頻或者交互式動畫。隨時間不斷積累，將形成豐富的教學資源。選用軟件屬于目前較為主流的建模軟件之一，與其他建模軟件的兼容性非常高，可以提高數(shù)據(jù)的通用性，有利于數(shù)據(jù)共享，推進教學資源優(yōu)化配置。

2.4 依托三維建模軟件融合鉗工焊接實訓(xùn)

學生完成了鉗工和焊接的常規(guī)基礎(chǔ)訓(xùn)練之后，需要通過三維建模軟件為學生設(shè)計偏向趣味性，具備一定挑戰(zhàn)性，但是又能保證處于不同熟練程度的學生都能完成的實訓(xùn)任務(wù)，并且任務(wù)應(yīng)該通過運用鉗工和焊接兩項技能才能最終完成工件或者作品。例如圖1 所示的摩托車造型。

圖1 三維軟件設(shè)計的摩托車造型

這個工件的造型對于學生而言趣味性極強。特別是該作品完成之后，學生可以帶走作為留念，學生的實訓(xùn)積極性極高。該設(shè)計的零件總數(shù)不多，每個零件的尺寸不大，每個零件的形狀并不復(fù)雜，勞動強度不高，配合圖紙和三維模型的輔助，學生基本都能有效完成。但是要完成該工件，需要充分運用到了鋸割、鉆孔、銼削、折彎、鉚接、裝配和點焊等基本操作。加工進度較快的同學還可以在原有基礎(chǔ)上自己追加自己的一些創(chuàng)意到工件上。在設(shè)計這類工件，將三維模型及二維圖紙展現(xiàn)給學生，其目的并非要求學生對照模型和圖紙加工出完全一模一樣的工件，而是給學生提供一個藍本，給予學生思維一定的啟發(fā)，引導(dǎo)學生自主地去思考問題，并根據(jù)自身的實際能力將自己的想法付諸實踐。例如圖2 的學生作品案例，這兩位同學都在實際操作過程中根據(jù)自己的動手能力和時間充裕情況，在原有模型的基礎(chǔ)上做出了調(diào)整。

圖2 學生作品案例

在實訓(xùn)教學的過程中，學生對于工件的設(shè)計會有一些個人的想法，教師可以仔細聆聽，采納意見，與學生共同設(shè)計新的工件模型，并分析該工件的可操作性。讓學生參與到實訓(xùn)任務(wù)設(shè)定中來，增加師生間的互動，轉(zhuǎn)變學生學習態(tài)度，增強學生主動性和積極性?；谟嬎銠C三維建模軟件的輔助，促使學生將鉗工和焊接兩項技能綜合運用起來，也使學生進一步認識到鉗工和焊接與計算機三維建模軟件結(jié)合以后對于實際制造生產(chǎn)的重要作用。同時還可能會激發(fā)學生對于計算機三維建模軟件的興趣，進而促使一部分學生在課后開始自學使用相關(guān)的三維建模軟件，有助于拓寬學生的知識面，為未來工作打下堅實基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

盡管現(xiàn)代制造業(yè)自動化設(shè)備的覆蓋率越來越高，科技含量也越來越高，但是鉗工和焊接這兩項技能依舊是現(xiàn)代制造業(yè)不可或缺的重要技能之一。作為高職院校理工類專業(yè)的學生，必須對鉗工和焊接技能有清楚的認識，并具備一定的操作水平。在實訓(xùn)教學過程中，需要根據(jù)社會發(fā)展的需要，適時的引入一些新的技術(shù)、方法或者設(shè)備來加強鉗工和焊接實訓(xùn)，因此基于三維建模軟件輔助，推進鉗焊相融合的實訓(xùn)教學改革，保證實訓(xùn)時間能被充分利用。同時還有助于學生擺脫以往只懂操作，不懂工藝，只懂單項運用，不懂綜合運用技能的情況，為國家的發(fā)展培養(yǎng)出合格的生產(chǎn)技能型人才。