新工科背景下高效焊接方法課程教學創(chuàng)新改革的思考與實踐

蔡笑宇 董博倫 林三寶 黃陸軍 朱慧

摘? 要：基于對高效焊接方法課程定位、學情和課程問題的分析，梳理了該課程的教學短板問題，包括基礎銜接、實踐加強、創(chuàng)新培養(yǎng)、學用結合、知識延展和授課形式六方面；該文圍繞教學短板問題，總結課程的教學創(chuàng)新思路，創(chuàng)新教學過程從而培養(yǎng)設計思維，加強思政建設從而引領思維培養(yǎng)；歸納適合于理論與實踐相結合的教學方法，包括研討式、案例式、雙語式與場景式4類教學方法，并探索各類教學方法與教學過程的集成路徑；建立基于教學成效與教學過程雙重評價的學生考評機制，并以學生學習成效為引領進行教學創(chuàng)新不斷優(yōu)化；最后，分析教學創(chuàng)新成效，并探討該課程教學創(chuàng)新成果對兄弟院校同門課程及專業(yè)內同類課程的推廣價值。

關鍵詞：焊接專業(yè)；高效電弧焊；教學短板；教學創(chuàng)新；改革成效

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）32-0137-05

Abstract： Based on the analysis of the course orientation， learning situation and course problems of? the course of Efficient Welding Method， this paper combs out the teaching shortcomings of the course， including six aspects： basic connection， practice strengthening， innovation training， combination of learning and application， knowledge extension and teaching form. Focusing on the problem of teaching shortcomings， it summarizes the teaching innovation ideas of the course， innovates the teaching process to cultivate design thinking， and strengthens the ideological and political construction to lead the cultivation of thinking. It also summarizes the teaching methods suitable for the combination of theory and practice， including four types of teaching methods： discussion， case， bilingual and multi-scene， and explores the integration path of various teaching methods and teaching process. The paper establishes a student evaluation mechanism based on the dual evaluation of teaching effectiveness and teaching process， and constantly optimizes teaching innovation guided by student learning effectiveness. Finally， it analyzes the effectiveness of teaching innovation， and discusses the promotion value of the teaching innovation results of this course to the same courses in other colleges and universities as well as the same courses in the major.

Keywords： welding discipline; arc welding with high efficiency; teaching shortcomings; teaching innovation; reform results

基金項目：黑龍江省高等教育教學改革項目“工科院校材料學科‘課程思政’全面推進的路徑與對策探索”（SJGY20210260）；哈爾濱工業(yè)大學第八批課程思政教育教學改革項目（本科）“高效焊接方法”（XSZ2022016）

第一作者簡介：蔡笑宇（1989-），男，漢族，黑龍江哈爾濱人，博士，副教授，博士研究生導師。研究方向為高效智能焊接與增材制造。

*通信作者：林三寶（1972-），男，漢族，黑龍江齊齊哈爾人，博士，教授。研究方向為高效智能焊接與增材制造。

目前，我國制造業(yè)結構正在轉型升級，中國正在從制造大國向制造強國轉變[1]，未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟需要的是實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型工科人才[2-3]，在此背景下，教育部引導國內高校積極推進新工科建設[4]，新工科概念的提出為高等工科教育的改革探索提供了一個全新的視角，是今后我國工程教育發(fā)展的新思維、新方式[5]，其不僅包括新興工科專業(yè)的建設，也包括傳統(tǒng)工科專業(yè)改革中新思想、新理念和新方法的運用[6]。

焊接與連接是我國“強基”和“智能制造”的基礎關鍵工藝之一，焊接與連接技術標志著國家的工業(yè)技術水平，支撐國家建設及國防安全，是我國從制造大國向制造強國轉型升級的重要支撐。焊接技術與工程專業(yè)作為傳統(tǒng)工業(yè)中必不可少的應用型理工科專業(yè)，承擔著為國家和社會培養(yǎng)輸送焊接人才的任務[7]，在推進我國焊接與連接技術的長足發(fā)展上起著決定性作用。目前，全國共有近50所高校開設了焊接技術與工程專業(yè)，旨在為國家和社會培養(yǎng)焊接與連接技術人才，助力我國制造業(yè)水平提升。但是，隨著制造業(yè)由原來的高速增長向高質量方向的轉型升級，不但要求焊接人才具備扎實的焊接理論知識，更需要其具備豐富的實踐能力、活躍的創(chuàng)新思維和高尚的價值理念。所以傳統(tǒng)的焊接專業(yè)教學模式已無法滿足培養(yǎng)高素質新型焊接人才的需求?？梢?，在新工科建設背景下，目前我國焊接專業(yè)教學模式的創(chuàng)新改革迫在眉睫[8-9]。

高效焊接方法是焊接專業(yè)本科三年級下學期開設的專業(yè)課程，是學生在學習了焊接專業(yè)基礎課程后，通過講授領域內新型高效化電弧焊接方法來拓寬學生視野、培養(yǎng)創(chuàng)造性思維、提高工程應用實踐能力的專業(yè)課程。作為具有承上啟下作用的專業(yè)課程，課程在進一步幫助學生鞏固基本焊接方法理論同時，通過課堂教學、實驗室實踐、項目研究等環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和理論聯(lián)系實際的能力，在學生理論學習與畢業(yè)設計之間起到思維轉換的作用。課程教學思路切合新工科建設思想，但傳統(tǒng)的教學模式存在短板問題，使得課程沒有充分發(fā)揮出培養(yǎng)綜合型人才的作用，課程迫切需要實行教學創(chuàng)新改革。自2019年，課程切合新工科建設思想，以“培養(yǎng)創(chuàng)新思維，理論聯(lián)系實踐”為中心思想開展課程創(chuàng)新改革，初步取得了較為顯著的效果，本文將教學改革過程中的思考與實踐進行梳理總結，可為同類課程的改革提供參考思路。

一? 高效焊接方法課程教學短板問題

從學情和課程兩方面進行分析，該課程教學主要面臨6個突出的短板問題。

（一）? 學情分析

1? 基礎知識不牢

通過上一學期的基礎理論課學習考試之后，再經(jīng)過假期，學生在本門課程開始前對基本焊接方法理論知識已逐漸模糊，而本課程講授的新型焊接方法均是基于基本焊接方法衍生的，學生對基礎知識掌握得不牢將嚴重影響課程的教學效果。

2? 實踐認知缺乏

當前專業(yè)課程教學多集中于理論的講授，焊接是一門偏重于應用類的學科，需要培養(yǎng)學生由理論走向實踐，而目前專業(yè)學生多停留在書本理論學習，對實際焊接設備、實踐操作沒有具體的認知，往往只會“紙上談兵”，缺乏工程實踐能力。

3? 創(chuàng)新思維禁錮

創(chuàng)新思維的培養(yǎng)是需要學生在掌握基本理論后結合實際工程問題，引導學生獨立分析思考，論證并提出創(chuàng)新方案。但目前長期的課堂教學使學生過分依賴被動教學，思考的主觀能動性下降，創(chuàng)新思維被禁錮，“拿來主義”亟需打破。

（二）? 課程分析

1? 理論應用脫節(jié)

傳統(tǒng)的課堂教學注重基本原理的闡述，培養(yǎng)的學生多數(shù)局限于理論分析，而實際操作能力十分欠缺。而作為典型工科專業(yè)，高校焊接專業(yè)培養(yǎng)具有綜合工程應用能力的焊接人才才是教學的最終目的，脫離實際應用的理論教學是本末倒置的。

2? 書本知識局限

傳統(tǒng)的課程設計建設中過分依賴教材體系，教學內容與授課邏輯受書面局限。隨著科技進步與發(fā)展，課本中的內容難以保證學生的學習需求，學生學習面沒有得到延展。同時，課堂教學以教師為主體，學生缺少思考與討論，創(chuàng)新思維沒有得到充分鍛煉。

3? 授課形式單一

傳統(tǒng)課程授課方式為課堂講授，且授課內容多偏重于理論，使得課程教學難以將理論與實踐有機融合，導致學生只是在看與聽，對實際焊接方法的設備、應用、生產(chǎn)過程缺乏認知，沒有給學生建立真正的、完整的知識體系，提高工程應用實踐能力的教學目標沒有充分達到。

二? 高效焊接方法課程創(chuàng)新實踐

（一）? 教學創(chuàng)新主體思路

1? 溫故知新，激發(fā)思考

在每個新方法和新技術講解之前，要回顧之前基礎課程的相關知識點，做到內容上的連貫銜接，然后結合焊接工程上具體問題，合理引入教學內容，引導學生分析問題，聚焦思考，使學生做到融會貫通，促進學生遇到工程問題能夠主動思考，最后，利用所學理論知識解決工程實際問題。

2? 突破局限，多維教學

課程教學過程要打破傳統(tǒng)循規(guī)蹈矩的單一課堂講授形式，充分利用信息技術展開教學，將相應知識點課本以外的實際生產(chǎn)圖片、視頻展示給學生，課后要帶領學生走出課堂，走進實驗室，對課程內容進行現(xiàn)場實踐學習，從多個角度完善學生的知識體系。

3? 思政融入，價值引領

結合教學內容充分挖掘思政元素，以顯隱結合的方式融入教學過程，由實際應用案例入手，通過多媒體教學展示焊接技術在關鍵行業(yè)的生產(chǎn)應用現(xiàn)狀。在習近平總書記致哈爾濱工業(yè)大學建校100周年賀信精神引領下，結合典型工業(yè)精神將思想政治教育與課程內容有機地融入到一起，培養(yǎng)學生家國情懷，激發(fā)學生技術創(chuàng)新開發(fā)熱情。

教學創(chuàng)新方案如圖1所示，旨在解決教學短板問題，圍繞理論聯(lián)系實踐、激發(fā)創(chuàng)新思維和思政教學融入的需要，探索了4類適合有效的教學方法和教學過程，并將二者充分集成。

（二）? 教學方法創(chuàng)新

1? 研討式教學

通過巧妙的研討設計，在課程關鍵節(jié)點留有空白，安排問答、研討、匯報、點評和互評等環(huán)節(jié)，引導學生從“被動”吸收信息到“主動”消化知識，培養(yǎng)學生運用學到的知識來進行獨立思考、分析問題和解決問題，促進活學活用。同時，培養(yǎng)學生傾聽他人并表達自己觀點的能力，促進學生對知識點的深刻記憶。例如，在講解引出變極性等離子焊接方法時，結合我國空間站建設任務，引出空間飛行器鋁合金艙體焊接難點后，安排問答使學生回顧鋁合金基本焊接理論，同時發(fā)動課堂討論，使學生結合基礎知識，思考針對焊接難題的對策。

2? 案例式教學

通過引入實際工程應用案例，幫助學生具象地理解專業(yè)知識和技術內容，同時做到與時俱進，突破課本束縛，適當?shù)匾胱钚挛墨I報道，延伸知識面，擴寬學生眼界。在具體手段方面，結合圖示與影像展示具體焊接方法的應用實例進行同步講解。例如，在講解變極性等離子焊接應用時，結合實際工程中現(xiàn)場焊接錄像，使學生結合課程理論講解直觀地學習變極性等離子焊接過程。

3? 雙語式教學

在課程準備過程中，大量借鑒英文素材，并選取經(jīng)典英文原文選段進行引入，同時搜集英文原聲視頻進行播放，做到課程內容與國際接軌，通過提問學生翻譯，引領學生理解，輔助學生專業(yè)英語學習。例如，在講解窄間隙焊接特點時，引用經(jīng)典英文原文表述，進行現(xiàn)場提問學生朗讀并翻譯；同時講解窄間隙焊接應用時，播放業(yè)內廠商英文原音宣傳片視頻，將實際工程應用與專業(yè)英文教學相結合。

4? 場景式教學

在課堂教學之后，充分利用課余時間，借助實驗室平臺，將學生帶出課堂，走進實驗室，帶領學生對所講的焊接設備、焊接方法實操過程進行現(xiàn)場參觀學習，使學生結合課堂知識點進一步切身領悟課程內容與思想，做到“眼見為實”，建立多場景教學體系，真正做到理論與實踐相結合。例如，在變極性等離子和窄間隙課程講解后，帶領學生進入實驗室，借助實驗室平臺設備，現(xiàn)場結合課堂講解內容進行設備實物的參觀學習，同時進行實際焊接試驗演練，使學生進行操作與觀察，加強知識點理解。

（三）? 教學方法與教學過程的創(chuàng)新集成

針對各教學過程的實際情形和特殊需要選擇適合的教學方法，并進行精細化的教學環(huán)節(jié)安排和教學設計，具體如下。

在“問題導向”環(huán)節(jié)，主要采用研討式教學方法，輔以案例式教學方法，結合應用背景提出實際工程中焊接難題，啟發(fā)學生思考分析問題；在“基礎回顧”環(huán)節(jié)，主要采用研討式教學，引導學生對基礎理論知識進行回顧，并與提出的焊接難題相結合，分析傳統(tǒng)焊接方法的局限性；在“內容引出”環(huán)節(jié)，主要采用研討式教學方法，基于前述環(huán)節(jié)的分析與討論，激發(fā)學生圍繞基本理論針對具體問題進行創(chuàng)新思考，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，并通過逐步引導引出授課內容；在“知識講解”環(huán)節(jié)，以常規(guī)知識講授為基礎，合理搭配研討式、案例式、雙語式與場景式教學方法，幫助學生全面深入地理解新型焊接方法的原理、特點和應用；在“現(xiàn)場實踐”環(huán)節(jié)，主要采用場景式教學方法，帶領學生進入實驗室，結合真實焊接設備進行講解，同時通過實際焊接過程示范演練使學生更直觀地理解課堂講解的知識點。

同時，思政元素融入貫穿教學全過程，基于案例式和場景式教學方法，貼合重要國策與國家工程建設需求，結合“四個面向”的重要論述，將焊接專業(yè)的價值、精神、使命等要義以生動鮮活的方式傳導給學生，將系列知識闡釋與價值信仰闡發(fā)相結合，強化價值引領，厚植育人底色。

（四）? 考評機制改革

1? 能力培養(yǎng)型學習成效考評

課程考核方式不采用傳統(tǒng)卷面考試，采用課程報告形式，要求學生面向國家重大工程中需要突破的關鍵性焊接問題，調研當前所用的焊接方法及技術“瓶頸”，根據(jù)課程所講的高效焊接方法，從方法原理、特點論證某一種高效焊接方法在某一領域中的應用可行性。通過作業(yè)的完成，使學生在調研的過程中進一步梳理所學課程知識體系的同時，培養(yǎng)學生自主分析與解決問題的工程能力，基于課程知識點激發(fā)學生創(chuàng)新思維，將理論與實際相結合，真正做到舉一反三，融會貫通。同時，能夠更加深入地學習和了解我國大型工程的戰(zhàn)略性意義，體會大國擔當與大國自信，激發(fā)學生愛國情懷，加強課程思政教育。

2? 加強教學過程評價

在教學過程中，建立課堂表現(xiàn)跟蹤記錄機制，選取課堂上若干重要的研討環(huán)節(jié)，對學生表現(xiàn)進行記錄和分析，從而考查學生的學習過程及成效，并及時總結教學中存在的問題。

3? 學習成效引領教學創(chuàng)新

以學生需求引領教學創(chuàng)新，以學習成效檢驗教學創(chuàng)新。一方面，在課程作業(yè)中設置“課程感悟與意見”部分，使學生對課程提出建設性意見反饋，了解學生的學習困惑、需求和對課程教學的感受、評價，基于學生意見不斷優(yōu)化課程教學創(chuàng)新設計。另一方面，基于最終課程成績，充分分析授課班級學生學習成效，通過整體分析與個人分析，檢驗教學創(chuàng)新的成效，反思教學各環(huán)節(jié)的優(yōu)缺點，不斷迭代優(yōu)化教學創(chuàng)新設計。同時，定期在課程組內進行交流，形成統(tǒng)一的意見指導進一步的教學工作。

三? 教學創(chuàng)新改革成效

在一個完整的課程周期內，學生普遍可以得到較明顯的提升，學生普遍反饋感覺有較大收獲，由此反映出目前的教學過程可以發(fā)揮比較令人滿意的作用。同時，通過課上學生的積極反應和課下與學生的多次溝通發(fā)現(xiàn)，學生對課堂討論、案例示范、雙語教學、實踐學習等創(chuàng)新方法都很接受，普遍反映這些方法非常直觀、有效。學生在課程結課報告的課程感悟中說道：“提問與討論環(huán)節(jié)吸引了同學們的注意力，減少了思緒的游離”“授課時圖片和視頻的穿插讓課堂內容更具吸引力，英語翻譯的環(huán)節(jié)也是本科學習以來首次看到，我感覺該環(huán)節(jié)對英語提高和培養(yǎng)閱讀英文文獻的習慣很有幫助”“通過走進實驗室參觀具體實驗設備并進行了簡單實際操作，進一步加深了知識點的學習，充分體會了焊接創(chuàng)新的魅力”。

從教學創(chuàng)新的持續(xù)成效來看，從2019年對該課程持續(xù)進行改革和優(yōu)化以來，選課學生人數(shù)持續(xù)增加，同時學生評教分數(shù)持續(xù)上升，如圖2所示，反映出學生對課程滿意度上升，課程獲得學生喜愛。其中與教學創(chuàng)新改革相關的“知識前沿”“啟發(fā)創(chuàng)新”“學習成效”三方面評教成績同樣呈上升趨勢，如圖3所示（數(shù)據(jù)來自哈爾濱工業(yè)大學教務系統(tǒng)。其中由于2022年春季學期疫情影響學生沒有返校，采用線上教學，無法進行課程創(chuàng)新式教學，故數(shù)據(jù)不具有有效性，沒有采納）。

四? 課程創(chuàng)新改革實踐推廣價值

（一）? 理論聯(lián)系實踐的教學方法

該課程探索了4類能夠將理論與實踐充分結合的教學方法，可應用于諸多專業(yè)課程。第一，研討式教學可以幫助學生更好地消化理解專業(yè)知識，結合實際工程問題激發(fā)學生創(chuàng)新思考；第二，案例式教學可以生動直觀地將知識理論與工程應用相結合，促進學以致用；第三，雙語式教學可以擴寬學生知識面，多方面提升學生專業(yè)能力；第四，場景式教學可以使學生切實體會教學內容，強化知識點吸收，并促進學生由理論學習走向工程實踐。

（二）? 價值引領下循序漸進的教學過程

從培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、提升工程實踐能力的角度出發(fā)，結合教學方法設計了利于學生充分學習的教學過程，同時以課程思政為抓手對學生進行價值引領，該教學過程廣泛適用于同類型專業(yè)課程，有助于培養(yǎng)高素質全面的新型焊接專業(yè)人才。

五? 結束語

教學創(chuàng)新要以學生需求為導向，以達到更好的教學成效為目標，致力于積極培養(yǎng)學生對專業(yè)的熱愛。對于工科類專業(yè)課程而言，教學創(chuàng)新應以思政為引領，以教學方法創(chuàng)新為著力點，以教學過程創(chuàng)新為推進，全面培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性思維，提升學生理論聯(lián)系實踐的能力。

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