基于工程素質培養的焊接綜合實驗教學體系研究與實踐

張德芬 陳孝文 黃本生 武 斌

（西南石油大學新能源與材料學院 四川成都 610500）

工程素質是從事工程實踐類工作的專業技術人員面向所從事的工程實踐活動時具有的能力和適應程度，是工程技術人員的一種能力素養。高校的實驗與實踐教學育人工作，對于增強學生勇于探索的創新精神、善于解決問題的實踐能力，具有不可替代的重要作用。近10多年來全國很多高校對實踐教學內容及教學體系進行了大量的探索和實踐，尤其強調了實驗教學項目的綜合性和創新性設計。專業綜合實驗在高校人才培養中具有極其重要的地位，因為現在綜合性實驗已經成為我國工程教育專業認證和高校教學工作水平評估中的主要觀測點，并且用來評價學校人才培養模式的效果。

專業綜合實驗是學生進入專業課程學習后的一門重要的實驗與實踐課程，在學生工程素質培養過程中具有非常重要的作用，我校的辦學定位是以“工”為主，培養工程應用型、創新型人才。因此，有必要對焊接專業綜合實驗教學不斷進行改革，緊緊圍繞工程教育認證通用標準和機械類專業補充標準，結合歷屆人才培養方案中實驗與實踐教學體系中存在的問題，逐步形成了基于工程素質培養的焊接專業綜合實驗教學體系，在實驗方案設計過程中做到學思結合，注重讓學生“敢想敢創”，大膽實踐，在親身實踐與實驗參與過程中增強創新精神和創造意識，增強職業責任感，培養遵紀守法、愛崗敬業、無私奉獻、誠實守信的職業品格和職業精神。做到如何既發揮傳統實驗教學的優點，又賦予它新的內容及理念，實驗過程中既突出專業的核心技能，又與工程生產實際相聯系，是設置專業綜合實驗教學內容時需要重點解決的問題。[1]

一、工程素質培養的焊接專業綜合實驗教學體系改革思路

（一）設計思路

本課題研究依托西南石油大學新能源與材料學院材料成型及控制工程專業以創新型焊接專業方向實驗與實踐教學為導向，充分結合工業企業和工程生產實際中的通用標準、行業標準以及焊接專業方向的自身特色，打破傳統實驗教學以“示教傳授”和“走馬觀花”為特征的教學形式，構建起以創新能力培養為主線、以工程素養訓練為載體，以強化學生解決工程生產實際問題能力為主要培養目標，專業理論知識與工程實踐相結合的創新型焊接專業方向實驗與實踐教學內容及形式，堅持“以學生為中心、工程導向、服務工業生產、提升工程素質”的理念，在實驗教學內容設置中加強對學生實踐能力和創新意識的培養，堅持專業綜合實驗教學為工程生產實際服務。專業綜合實驗的教學過程可以分為以下三個方面。首先是實驗過程，其主要目的是通過實驗教學過程模擬工程生產實際過程，所以實驗過程是以工業產品設計、制造及生產為主線進行的，體現了工程背景。其次是實驗內容，以工業產品設計、制造及生產為依托，涉及了多門專業基礎課和專業課程的知識，以及多種檢測方法和操作技能，體現了工程教育的系統性和綜合性。最后是教學目標和教學理念，本課程的教學目標和教學理念是培養學生的工程素質，要在教學過程中貫穿“學生為主體（中心），教師為主導”的教學理念，重點培養學生的創新精神、工程素養和工程實踐能力。[2]

（二）專業綜合實驗教學體系及內容設計

專業綜合實驗課程的工程化、系統化、自主化特征可提高學生實驗過程中的主動性和積極性，同時提高學生鞏固及擴展專業理論知識、獲取新知識的能力，包括對相關專業理論知識的查閱、理解和綜合分析以及實際調查研究的能力。所以在實驗教學中要強調理論聯系工程實踐，緊緊圍繞典型工程生產實際開展實驗教學，并對各個實驗項目之間的聯系進行加強，讓學生從整體上把握每一個實驗項目的內容，達到學生通過實驗教學增強工程意識，在提高工程素養能力同時提高創新能力的目的。

焊接專業綜合實驗教學體系的設計關鍵是要選擇與工程實際生產相關的實驗內容，這些內容能將分散的專業實驗項目有機聯系起來，形成一個與焊接結構設計、制造及生產過程相關的實驗教學體系。同時，這些內容既能突出專業內涵和專業核心技能，又能在學校的實驗室里完成。經課程負責人和團隊教師充分討論和論證，最終選擇了“焊接工藝數值模擬及優化設計、焊接結構設計和焊接工藝評定”三個綜合實驗項目。[3]

二、基于工程素質培養的焊接專業綜合實驗教學體系實踐

（一）焊接專業綜合實驗教學內容及實踐

焊接工藝數值模擬及優化設計綜合實驗項目利用焊接模擬軟件對設定的焊接試板進行焊接工藝設計、模擬計算和分析，對其焊接工藝進行優化設計。學生通過模擬計算與分析，熟悉焊接模擬軟件的應用，加深對焊接工藝設計合理性的分析和理解，提高學生對專業知識的運用能力，熟悉焊接工藝優化設計的方法和原則，為正確分析焊接結構產品質量、制定合理的焊接工藝文件及畢業后從事焊接技術工作奠定基礎。實驗分組進行，每組5人，小組成員針對指定的焊接結構進行焊接工藝設計、數值模擬計算與分析，但要求每人的具體工藝不能完全相同，并通過模擬至少3組工藝參數進行對比分析，最后在模擬結果的基礎上對該結構的焊接工藝進行優化設計。

焊接結構設計綜合實驗的目的是要求學生熟悉焊接產品結構設計的方法和流程，包括選擇合理的結構形式、接頭形式、焊接方法、工藝參數、焊縫布置及施焊順序，掌握焊接殘余應力和殘余變形測試方法和過程。具體內容包括：合理設計焊接結構、接頭形式、焊接工藝參數，正確地進行焊縫布置及安排焊接順序，施焊后對所焊結構的殘余應力和殘余變形進行檢測和分析，對構件主要受力接頭進行超聲波無損檢測。實驗分組進行，每組5人，由小組成員共同按照實驗內容通過查找資料完成結構的設計并進行實際焊接完成結構的制作、無損檢測及殘余應力和殘余變形的檢測和分析。[4]

焊接工藝評定綜合實驗項目的目的：了解焊接工藝評定的主要內容；熟悉焊接工藝評定的基本流程和實驗方法；能夠看懂和撰寫焊接工藝評定報告書。具體實驗內容包括：

1.根據給定的鋼板和實驗室的焊接條件，擬定焊接工藝規范；然后由實驗室聯系熟練的焊接操作人員根據擬定的焊接工藝進行試板的焊接。

2.對焊接得到的試板進行外觀檢測和無損檢測，擬定理化檢測方案、畫出試板取樣方案圖和各種檢測試樣的加工尺寸圖。

3.對從焊接試板上所取金相試樣進行磨制、拋光、接頭組織分析、接頭顯微硬度測試。

4.對從焊接試板上所取拉伸和沖擊試樣進行拉伸和沖擊實驗，然后綜合分析和討論全部的實驗數據與結果，對所擬定的焊接工藝的合理性進行綜合評定與分析。

實驗分組進行，每組5人，由小組成員根據給定的焊接試板，通過查閱資料和文獻共同完成焊接方法的選擇和具體工藝方案及工藝參數的設計，然后對該工藝焊接得到的試板進行各項檢測和分析，結合所有實驗結果對該焊接工藝進行綜合評定與分析。

（二）焊接專業綜合實驗教學的特點和效果

如前所述，焊接專業綜合實驗的過程基本就是焊接結構設計及制造過程，通過這樣的整合，使專業綜合實驗具有以下特點：

1.系統性

利用專業綜合實驗把4門主干專業課的實驗內容有機組織在三個實驗項目中，該專業綜合實驗中的各種檢測實驗正是焊接專業課程的主要實驗內容，通過與工程生產實際的結合使原來為理論課程的分散實驗形成了圍繞焊接結構設計與制作、焊接工藝數值模擬和工藝評定來進行，最終為保證焊接結構質量的實驗教學內容體系。

2.工程性

三個專業綜合實驗項目不僅與專業課程緊密相關，同時又都是當前工程生產實際中使用的常規手段和方法。專業綜合實驗項目的選擇和編排以工程生產實際為背景，設計并解決了一個小小的工程問題，重在強調和體現工程應用。

3.工程素質培養

通過專業綜合實驗使學生不僅了解了“焊接結構設計、焊接工藝數值模擬和焊接工藝評定”的目的、過程和常用的實驗及檢測方法，還進一步理解和掌握了焊接專業理論課程中講到的焊接冶金基本原理、焊接工藝、焊接結構設計、焊接數值模擬、無損檢驗以及各種理化檢測方法的特點、操作和應用。這對于學生進一步全面理解和掌握課內專業知識、實驗操作技能，將課內專業理論知識與工程生產應用實際緊密結合，對培養學生的工程素質方面起到了非常重要的作用。另外三個實驗項目都是分組進行，在完成實驗的過程中小組成員相互溝通，分工合作，讓他們充分認識到團隊合作對解決復雜工程問題的重要性，通過團隊合作提高團隊合作意識、共同提高和解決困難的理念，能夠在團隊中根據各自的角色特點發揮各自的優勢和特長，每個同學的工作能力都得到充分體現。通過三屆學生的教學實踐表明，學生具備了認真負責的敬業精神、友善的討論溝通能力、理論和實踐相結合的能力和勇于探索的創新精神、善于解決問題的工作素質。[5-7]

三、結束語

專業綜合實驗的實踐性教學內容的設計，實施的具體教學過程和教學方法，均符合我國工程教育專業認證綜合性和設計性等要求。針對我校材料成型及控制工程專業焊接方向的學生，為了加深對專業理論知識的理解，提高焊接工程實踐技能，在其專業綜合實驗課程中，結合工程實際情況開設了的“焊接結構設計、焊接工藝數值模擬及優化設計和焊接工藝評定”三個大型綜合型實驗項目，收到了良好的教學效果。三個綜合實驗項目的成功開設，既加深了學生對各門專業課程知識之間聯系的認識和理解，提高了學生對焊接質量控制的工程意識，同時還學到了“焊接結構設計、焊接工藝優化設計及焊接工藝評定的方法與要求”。在專業綜合實驗教學中運用了參與式教學的方式，以學生自主性、創造性學習為主，提高了學生運用所學專業理論知識去分析問題和解決實驗中遇到的實踐問題的能力，達到了以“教師為中心”轉向以“學生為中心”，從“教給學生知識”轉向“教給學生學習能力”的目的。此外，通過專業綜合實驗課程的教學進一步加強了對焊接數值模擬計算、焊接接頭的無損檢測、外觀檢測、接頭的金相檢測、硬度檢測、拉伸和沖擊試驗等技能的應用。[8]根據該專業綜合實驗課程的良好效果，我們將不斷總結教學中存在的問題，在此基礎上補充和充實實驗項目內容，不斷完善和提高。同時在其他課程中多開設綜合設計型、綜合型實驗項目，最終為我校培養具有工程素養的焊接技術人才作出貢獻。