《弧焊電源及控制》課程創新改革與實踐

常云龍 張悅 蘇允海 張楠楠 左曉姣

摘要： 《弧焊電源及控制》課程是焊接技術與工程專業的專業基礎課程，其理論性和實踐性均很強。針對目前教學過程中存在的理論與實踐脫節、學生電力電子技術基礎薄弱等問題，將知識傳授、能力培養和價值塑造融為一體，把現代化信息化技術應用到教學全過程，構建了獨特的SPOC平臺和教學資源庫，提出一種即時和快速應用教學方法。通過線下一流課程教學改革，取得了良好的效果。

關鍵詞：弧焊電源;干中學/學中干;教學改革

中圖分類號：G642 ? ? ?文獻標志碼：C ? ? ? ? 文章編號：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》課程是焊接技術與工程專業、材料成型及控制工程專業焊接方向的學生學習和掌握各種常用弧焊電源及其控制方法的基本理論、基本知識和實踐實驗技能的專業課，其理論性和實踐性都很強[1]。其先修課程是 《大學物理》、《電工電子技術》等。該課程學科交叉，內容涉及電工和電力電子知識、自動控制理論以及焊接電弧基本理論[2]，是學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]，導致教學目標難以達成，針對課程教學開展了為期3年的研究和實踐探索。

1 課程與教學改革要解決的重點問題

（1）電工電子技術、數字智能控制技術等控制學科與焊接技術等材料學科的有機融合問題。

本課程學科交叉，涉及內容廣泛，涵蓋電弧物理和電工電子技術，對于材料學科的學生，電力電子基礎知識非常薄弱，只有將其與材料學科焊接技術深度融合，才能形成獨具特色的知識體系及基礎理論，滿足材料學科高層次應用型人才的培養需求。

（2）基礎理論知識如何與實踐環節快速緊密銜接的問題。

傳統教學最大問題是學生所學與實踐相脫離，學生在學習過程中感到焦慮，不知道學習的東西將來如何應用。另外傳統授課采用老師講授，學生聽課，盡管運用了一些互動討論、實驗項目和案例教學，但實踐環節薄弱，所學知識不能很快付諸應用，可能畢業后到企業方可應用，甚至終生不用。

（3）課程理論知識的前沿性與專業基礎性兼顧的問題。

智能焊接制造是焊接技術在高端制造領域的前沿技術。傳統課程忽略了高端數字化智能電源對裝備制造業的基礎工藝和核心技術支撐[4]，作為面向材料領域人才培養的專業基礎課程，須兼顧學生的專業基礎，同時應體現技術發展的時代特征，提升課程的高階性和創新性。

2 課程教學改革

（1）優化教學內容。

以大概念為視角分析課程教學內容、確定課程教學大綱、規劃教學目標，是知識轉化為能力素養的重要途徑。以學科大概念來統領和組織教學內容將會揭示知識間的縱橫關系。該課程的學科大概念包括電弧、電源特性、電源-電弧系統、開關器件、主電路拓撲、控制電路拓撲等。以電弧為例，作為學科大概念，包含了電弧物理、電弧形態、電弧熱/力分布、動態靜態特性等知識點，同時電弧是國際學科前沿和研究熱點，將電弧研究最新科研成果引入課程教學，有利于培養學生利用已有知識解決問題，進而生成新知識的能力，如圖1所示。

（2）改革教學方法。

改革傳統教、學分離的教學范式，構建弧焊電源課程專業教師和學生學術共同體。在學習共同體中，教師和學生都是學習者[5]，教師在學術研究中要緊跟學科前沿和國家重大需求，將科研融入教學[6]，培養學生的高階思維能力。

改革傳統授課理論和實際脫離的教學模式，引入“ 干中學 ”“ 學中干 ”（Learning by doing）實踐教學環節。實踐制作中每人制作一臺逆變弧焊電源，目的是解決學生理論和實際脫離、工程實踐能力較差的問題（見圖2、圖3）。采用同伴教學法開展教學，即同學將自己所學交給同伴，大幅提升學生的知識獲得和保留率。

（3）強化過程管理。

課前導學：在校園網建立課程學習平臺，每一講都設置課前問卷、課堂PPT、視頻學習、課后練習。通過課前問卷，教師會提前知道學生存在的問題及需求，以便更好地在課堂上進行講授。課程基礎知識的學習，通過課前導學來完成，要求學生提出很多相關問題，另外教師和學生還可以在網絡平臺上進行互動討論。

課中研學：學生通過課前導學提出問題，帶入課堂，在課堂上與老師進行提問交流，探究式學習，老師有針對性地進行知識點講授，達到精講效果。

課后踐學：每次課后留有作業和思考，并進行實踐制作一臺電源。老師將電路原理圖、電子器件、變壓器、線路板等器件發給每個學生，學生根據工藝圖、電氣原理圖進行線路板焊接，使用示波器、穩壓電源、萬用表和負載箱進行安裝調試。學生調試好電源后，實施焊條電弧焊接。通過“ 干中學 ”“ 學中思 ”，大幅提升學生的實踐能力。

3 課程改革效果

（1）通過教、學、做合一，學生利用所學理論知識解決實際問題的能力得到大幅度提高。問卷調查顯示，學生動手操作能力提升28%，團隊協作提升22%，溝通能力提升21%，主動意識提升18%，如圖4所示。

（2）自主設計和研發了具有一定挑戰度的課程實踐內容，即一種有限雙極性軟開關小型逆變電源，滿足了學生實踐需求，提升了科研素質。利用該技術開發了特種電源，助力大學生創新創業項目，獲得了學生的一致好評。

（3）即時應用的教學方法提升了學生學習的主動性，獲得了良好的教學效果。學生對該教學模式的滿意率達到93%，其中非常喜歡達到52%，如圖5所示。該教學模式也獲得了同行專家的高度評價。

4 結論

《弧焊電源及控制》課程堅持以學生為中心，改革傳統理論授課和實際脫離的教學模式，引入了教、學、做合一，學、干、思結合。經過多年的教學改革與探索，通過對教學內容的優化，解決了控制學科電工電子技術、數字智能控制技術與材料學科焊接技術的有機融合問題;通過學生每人自主制作一臺有限雙極性軟開關小型逆變弧焊電源，促使學生快速運用（Immediate use）所學理論知識解決實際問題，提高工程實踐能力;引入高端數字化電源軟件編程，將多物理場耦合學術研究和科研發展前沿成果融入教學，通過構建電弧模型以及數字化軟件編程方式，提升學習的挑戰度，以培養學生分析解決問題的綜合能力。

參考文獻：

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馮曰海，馮成，王克鴻，等. 面向“ 新工科 ”的“ 弧焊電源 ”課程教學改革與探索[J].工業和信息化教育，2019（9）：15-19.

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