工程類專業“焊接冶金學”課程新教學法探析

摘要：針對工程類專業課程的教學體系特性及客觀制約因素，在教學實踐中探索了新型教學模式。將專業知識按核心層、緊密層和外延層三個層面進行分層教學。采用拓撲結構精煉核心層知識，利用實踐資源建立課程知識載體拓展模塊，將科研活動引入專業課程創新提升教學之中。新型教學法的實施有效地提高了專業課程的教學效果。

關鍵詞：專業課程；焊接冶金學；知識結構

作者簡介：李曉泉（1964-），男，四川自貢人，南京工程學院材料工程學院，教授；楊宗輝（1977-），男，湖南汨羅人，南京工程學院材料工程學院，講師。（江蘇 南京 211167）

基金項目：本文系南京工程學院“焊接冶金及材料焊接性”精品課程建設基金資助項目的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）28-0065-02

與專業基礎課程及基礎課程相比，工程類專業課程的教學體系在很大程度上具有自身的一些特性。首先工程類專業課程對工程實際應用對象具有很強的依賴性，它討論的問題往往集中到某一具體的工程實例，不像專業基礎課程，特別是基礎課程面向的是一類高度抽象的共性問題；其次工程類專業課程的教學內容是處于動態發展之中，而專業基礎及基礎課程一般都保持有長期的相對穩定性；另外工程類專業課程的教學強調的是如何運用已有的知識去分析解決某一個實際問題或是如何尋找更好的解決方案，而專業基礎及基礎課程則是更多強調如何構建系統的理論知識平臺。工程類專業課程教學體系的上述特性決定了其教學方法必須與實際有高度緊密的結合性，才能較好地達到教學效果。然而現行以課堂講授為主且課時數有限的教學方法，如何適應專業課程與實際緊密結合的特點，是值得作進一步探索的一個深層次問題。筆者結合講授“焊接冶金學”專業課程作了一些有益的嘗試。

一、專業課程的知識結構組成特征

專業知識是工程師從事專業活動最重要的智力要素，專業課程承擔著向學生傳授專業知識的重要職責。高校專業知識傳授的一大瓶頸是制約深層次理解專業知識的客觀因素較多。專業課程涉及的內容雖然從高度抽象的理論領域轉向物化而具體的應用對象，但其知識信息散而雜，邏輯條理也沒有基礎課程清晰。專業知識的結構一般可分為三個層面。

第一層面是專業基本術語、概念、定義及基本原理等可納入核心層知識。這類知識是專業技術人員已公認的基本知識，專業技術人員及同行間相互交流及對話必須依賴于這些核心知識，因此這類知識是必須掌握的。

第二層面是幫助學生深入理解、消化吸收核心層知識的擴展類知識，可稱之為緊密層知識。這類知識的作用是將僵硬的靜態核心知識激活成動態易被感知的對象，學生正是借助于緊密層知識對專業內涵有更深層次的理解。離開緊密層知識，核心層知識猶如枯竭的樹干缺少枝葉環抱的生機。這部分知識可作為引導學生深入分析的泛核心知識，其授課要求重在教會學生學會如何運用知識進行推理、拓展，以便更為靈活地掌握核心層知識。

第三層面則是外延層知識，往往是介紹相關領域學者的研究成果或是技術發展動態等。外延層知識對引領學生瞄準前沿先進技術的制高點起著領航作用，但這類知識往往還沒有形成完善的理論，有些還未被同行所公認，有的甚至還有爭議。外延層知識一般處于動態發展之中，但卻可以反映最新的前沿成果及發展方向。對應用型本科大學生來說，這一層面的知識可不作強行掌握要求，宜以引導課外延伸為主。

專業課程教學過程中這三類知識應作到相互補充，重點突出核心層知識，積極擴充緊密層知識，精練點撥外延層知識，讓學生對專業知識的掌握經歷由薄到厚的深化認識過程。學生完成全部課程學習后又必須面對考試過關以獲取學分的教學環節。考試作為教學過程中的一個手段，與之相應的考前總復習是教師引導學生系統掌握專業知識的一個絕佳時機。但此時學生經歷獲取知識由薄到厚的積累，往往會感到知識范圍過大，難以系統全面掌握。為此作為能統攬知識結構全局的教師，應及時根據學生的實際情況進行因勢利導，以核心層知識為線索，適度聚焦緊密層知識，引導學生將積累的知識由厚簡化至薄，最終達到系統掌握的目的。

二、以核心知識節點拓撲結構為中心的分層教學模式

對剛步入專業領域的本科學生而言，專業課程既起到專業入門的導向作用，又具有搭建專業知識平臺的重要功能。此時的學生對專業往往都具有好奇心，但同時對專業的理解又處于較為迷茫的心里狀態。他們急迫想了解自己所學的專業在實際中有何用處，在哪里能派得上用場，卻又苦于對專業內涵缺乏了解，況且此時的學生又面臨著就業的挑戰，急需在就業市場上增加自身的砝碼。為此教師必須按照循序漸進原則進行引導，在知識的組織上可將講授章節分散在教材中的核心知識進行梳理，使其具有高度的精練度和系統性，同時也使每一章的核心知識點構成本章專業知識的重要節點。以“焊接冶金學”課程為例，在講授“焊接化學冶金”章節時，圍繞“焊條熔化”→“熔滴過渡”→“熔池形成”→“化學冶金反應”、“氣相—金屬作用”、“熔渣—金屬作用”→“熔渣對金屬的氧化”、“合金過渡”4個核心問題梳理出相應的核心層知識，然后建立圖1所示的核心知識節點拓撲結構。同樣，其他各章節如“焊接材料”、“熔池凝固及焊縫固態相變”、“焊接熱影響區組織和性能”、“焊接裂紋”、“材料焊接性”等均按此建立相應的核心知識拓撲結構。這種拓撲結構系統性強、結構緊湊，易于學生系統掌握。初學時以拓撲結構中的核心知識為入口，使學生開門見山地接受專業知識。圍繞拓撲結構中的核心知識，進一步應用多元化的緊密層知識進行發散講授，以夯實核心知識。講授中既要向學生講授透徹，同時又要考慮到此時的大學已具備較高的吸納知識的能力，簡單易懂的知識點則可以少講，難點和重點可多講，并注意應用類比法對難點知識進行擴充講授。如在講授氣孔形成機理時，氣體在液態金屬中溶解現象，學生往往難以理解。講授時則以汽水開瓶時二氧化碳氣體溶解度的變化產生氣泡為例來引導學生理解焊縫凝固瞬間氫在金屬中溶解度變化產生氫氣孔的現象。在第三層面外延知識講授方面，可考慮引入國外原版教材作為補充讀物。國外專業教材的一大特點是包含有大量作者及其團隊多年來的研究成果，這將極大地豐富學生選擇前沿知識的空間。在這方面以美國威斯康大學Sindo Kou教授編著的《Welding Metallurgy》為國外原版參考教材，引導學生從國際視野的角度來了解、把握專業新技術及發展方向。而最后結課總復習時又通過聚焦回到拓撲結構中的核心知識。教學實踐表明，以核心知識節點拓撲結構為中心的分層教學模式非常適合學生獲取知識的自然規律，可收到良好的教學效果。

三、創建課程知識載體拓展教學模塊

專業課程教學中的最大難點在于如何找到與實際應用的切入點，而課堂講授面臨的問題是如何將教材中因學生無工作閱歷而難以接受的實際對象用形象而具體的方式展現給學生。如果將核心層知識看成專業知識體系中的重要節點，那么如何將這些節點連成豐富多彩的面則需要大量的載體作為支撐。知識載體具有多元化，教材無疑包含有大量的與核心知識相關的知識載體。如在講授焊接這一基本概念時，往往引入雙原子作用模型來闡明什么是實現原子間的結合。這些都有助于學生深化核心知識的理解。但教材無法提供學生融入工程實際、并與工程實際零距離接觸的切入點。如何創造這樣的空間載體來滿足學生的這一渴求，筆者探索了充分挖掘實踐資源、創建課程知識載體拓展教學模塊的途徑。專業課程在講授過程中注意如下幾個問題：第一，工程實際中需要解決什么問題；第二，需要解決的問題與專業基本概念、原理有什么關聯；第三，如何用所學的專業基本概念、原理去解決實際問題。對于這幾個問題，如果能充分結合生產企業產品制造過程實踐教學資源，往往能達到最佳的效果。為此以學校焊接實驗室及周邊相關專業企業作為應用基地，建立授課內容與基地實際結合的教學模塊。具體做法是在課堂上進行講授，利用課余時間讓學生深入基地直觀學習。選取了學校焊接實驗室及周邊從事焊接材料研發、生產的焊接材料制造公司焊接材料產品實驗室和從事化工壓力容器制造的特種金屬裝備股份有限公司焊接工藝評定實驗室建立本門課程的“焊接化學冶金反應”、“焊接材料”、“熔池凝固及焊縫固態相變”、“焊接熱影響區組織及性能”、“焊接裂紋”、“材料焊接性”6個知識載體拓展教學模塊。作為多元化的知識載體補充教學模塊，其教學采用課堂簡介及課外有針對性地與基地技術人員交流、參觀及將實驗實物帶回實驗室陳列等多種交互模式，最大限度地為學生獲取實際知識創造條件。如在焊接材料制造公司焊接材料產品實驗室能獲得直觀焊接熔渣的感性認識，讓學生在課堂上得到知識的傳授，在課余的基地實驗室直觀地感受熔渣的組成原料及其配置過程，通過觀察產品試驗，深刻地理解熔渣在焊接過程中的保護及冶金處理作用。如此潛移默化地讓學生明白本章專業知識的作用，可以用來解決哪些實際問題。再如在講授焊接熱影響區的組織性能章節中則選取特種金屬裝備股份有限公司的焊接工藝評定實驗室作為應用拓展基地。在課堂講授焊接接頭組成中焊縫、熔合區、過熱區、重結晶區、部分重結晶區的形成過程及性能。當課后學生在焊接工藝評定試樣中看到各個區域的金相照片時，直觀沖擊韌性缺口既開在焊縫部位，又有開在熔合區時，學生對熱影響區薄弱環節的認識既生動又具體，且永遠銘刻在記憶深處。

四、專業知識的創新提升教學實踐

專業知識的創新是將原有知識進行優化組合，并進行深度推理，探索新規律的復雜智力活動。這對于剛跨入專業大門的大學生盡管有些不堪勝任，但從專業知識教學提升的角度，重在引導學生靈活運用知識，培育其創新意識，達到科研提升教學的目的。在專業課程教學中，對一部分有意向進一步深造或是繼續考研及保研的學生，根據這部分學生進取心強、有創新提升的潛力，采取的做法是讓這部分學生加入教師的科研隊伍中。近年來，焊接冶金研究領域先后獲得國家自然科學基金資助項目“渣/金間輔助外電場電化學誘導焊縫氧化物冶金形核及其機理”和江蘇省自然科學基金資助項目“提高鎂合金熔焊接頭疲勞性能的熱碾壓技術基礎研究”等科研課題，這些創新基金項目對培養學生創新能力具有很好的引導作用。當然創新首先需要扎實的專業基礎，在實際中發現此時學生往往積極性普遍很高，為此挑選了一部分學生加入科研團隊。這部分學生在科研團隊真槍實彈的訓練中，在受到科學熏陶的同時也激發了創新靈感。如學生在參加國家自然基金項目“渣/金間輔助外電場電化學誘導焊縫氧化物冶金形核及其機理”中，從本能地認識到熔渣與液態金屬在焊接過程通過交互作用具有的規律，進而提升到科學工作者可以利用渣—金熔體的本質特性，通過外加電場來達到人們所預期的目的，這正是一種在原有知識基礎上創新的具體體現。有的學生將這一科研提升經歷寫入國外入學申請材料中，既生動又具體，受到國外接受學校考官的高度贊同。再如讓部分學生參加教師與企業聯合研發焊接材料產品的科研活動過程中，學生通過親自動手焊接材料藥皮組成物的配制、拌粉、濕混、壓涂、烘焙進而制作出產品后，頓時感嘆對課堂講授焊接材料制造工藝流程一節的知識內容升華至大徹大悟、頓開茅塞的境界。研制產品成功后極大地激發了學生的創新激情，看到“知識+創新=創造新財富”的巨大前景，深深體會到知識、創新這兩者的重要性及其相互關系。

五、結束語

專業課程性質的特殊性要求專業課程的教學需改革傳統的課堂授課模式。通過精練章節知識，建立相應的章節核心知識節點拓撲結構，專業知識系統而緊湊，易于掌握。以生產企業為基地創建相應章節知識應用拓展教學模塊，可以有效地將課堂講授知識拓展到實際應用，并使專業知識具體化、生動化。將科研活動引入專業知識的創新教育中，有利于精英人才創新靈感的培養，從而達到科研提升教學目的。

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（責任編輯：宋秀麗）