新工科背景下《電弧焊基礎》教學改革研究

李佳琪，肖勇，黃尚宇，廖紅衛，常明

（武漢理工大學 材料科學與工程學院，湖北 武漢）

一 引言

為應對新一輪科技變革和產業升級的挑戰，加快推進工程教育改革，培養能服務國家戰略、滿足產業需求和面向未來發展的工程科技人才具有十分重要的現實意義和戰略意義，也是建設制造強國和創新型國家的重要前提[1]。構建新工科人才培養新模式，是中國工程教育緊密對接國家、產業和科技領域重大需求，面向未來因勢而動的必然趨勢[2]。

《電弧焊基礎》在材料成型及控制工程專業焊接方向的教學計劃中占有重要的地位，是專業的核心課程之一。該課程主要向學生講授電弧理論和具體弧焊方法的工藝原理、冶金特性和應用特點等，注重培養學生解決實際焊接工程問題的能力。焊接作為制造業中一項不可缺少的技術，其工程應用對象十分廣闊，隨著新一輪的科技革命和產業變革，正面臨著新型產業技術創新和傳統行業改造升級帶來的機遇和挑戰[3]。這些都要求我們立足于行業需求和發展現狀，以目標為導向，以學生為中心，探索工程教育人才培養的新模式，構建與時代發展和產業要求相匹配的課程教學體系，培養多元化、創新型的卓越工程人才[4]。

二 教學現狀

目前，《電弧焊基礎》教學方式僅限于課堂理論教學和4 學時的驗證實驗，課堂教學局限于教材，課程思政融入課程教學重視不夠，缺乏對“品格+知識+ 能力”全方面素質的重視，與同一模塊其它課程的教學內容重復過多而又缺乏聯系；課程教學過程中，對專業新知識、新發展、新成果、新應用及其與其它知識的融合很少體現；教學手段、方式方法單一，再加上該課程專業性較強，理論知識較為抽象單調，課堂往往晦澀枯燥，因此學生學習目標不明確，學習興趣不濃厚，缺乏積極性和主動性，學生只是為應付考試而對專業知識進行強行的記憶，并沒有做到對知識進行全面的理解、吸收和應用，導致創新性思維難以得到啟發和實踐。顯然上述情況已難以滿足新時代新工科專業發展的需要。

三 改革措施

教學改革應遵從工程教育專業認證的核心理念，構建以學生為中心、以目標為導向、持續改進的教學模式和課程體系[5]。《電弧焊基礎》課程教學改革圍繞“提升品格、豐富知識、提高能力”全方面素質展開，改進教學方式方法使其能夠有效地支持課程教學目標的實現。在教學形式上體現互動性，注重學生的獲得感和滿意度，幫助學生樹立正確的價值觀，引導學生形成良好的工程實踐意識，培養學生解決復雜問題的綜合能力和創新思維，使學生的知識、能力與素質形成有機融合。

（一） 豐富教學手段，完善學習資源

（1）合理利用網絡資源

子曰：工欲善其事必先利其器。充分利用網絡資源，收集與課程相關的視頻、虛擬動畫等資源，使復雜而又枯燥的理論知識具有生動性、直觀性、趣味性，可大大提升課堂的教學效果，提升學生的學習興趣。比如，在講解電弧特性、熔滴過渡等基礎理論知識時，只依靠圖片和文字描述，學生很難對這些概念有深刻認知與理解，對電弧的理論基礎知識掌握不牢固，后期弧焊方法的學習往往也只能“知其然而不知其所以然”。另外，受課程學時和實驗觀測條件限制，也不可能通過實驗方式加深學生對這些理論知識的理解。這時可以引用一些網絡上的教學視頻、虛擬動畫，再結合語言講解，使學生形成深刻的直觀印象，加深對電弧物理特性和焊接過程本質的認識和理解，有效提升學習效果。

（2）搭建線上學習資源平臺

通過錄制教學視頻，構建基于超星網絡教學平臺的線上教學資源庫，改變課堂教學這種單一的教學形式，形成線上線下混合教學的模式，豐富教學手段。借助于網絡教學平臺，學生可隨時獲取本課程的教學資源，自主安排學習進度，完成課前的預習、課后的復習，鞏固學習效果，實現個性化的學習，使學生可以多途徑達成課程目標。

（二） 活躍課堂學習氛圍，提升教學效果

傳統教學往往采用“填鴨式”方式，以老師教為主、學生單方面的接收。這種情況下，學生很容易產生茫然的心理，抓不住學習的重點，也難以有學習的主動性。因此，活躍教學氛圍，提高課堂的趣味性，吸引學生的注意力，是提升教學質量的重要途徑。

（1）善于問問題，增強課堂互動性

在課堂教學中，要善于問問題，讓學生參與討論、思考和互動，提升課堂的趣味性，提高學生的課程參與度。在講課前，先準備幾個與本次課堂教學內容相關的問題，讓學生帶著問題學習。邊學習邊思考 既提高了學生的學習興趣，有利于聽課質量和學習效果的提升，又培養了學生的獨立思考能力。比如，電弧的導電機理及特性是各種弧焊方法的理論基礎，是進行焊接工藝參數設計的理論依據，在講授這一章節內容時，可以結合電弧特性提出問題：對鋁鎂合金、普通碳鋼分別進行焊接時，應該選擇哪一種焊接電流、焊接極性。這樣有針對性的問題，能讓學生認識到電弧理論的重要性、意識到這些理論不是紙上談兵，而是能夠用來指導焊接生產，有利于引發學生深入思考，促進學生對知識的掌握和理解。

（2）結合生活實例，吸引學生興趣

焊接技術在工業生產中的應用十分廣泛，除了在軍工、航空航天、核電、軌道交通等領域，日常生活中也常常能發現各種焊接產品，比如保溫杯，煤氣罐，自行車車架等。以保溫杯為例，可以比較市面上常見的保溫杯品牌，結合所學理論探索保溫杯無縫焊接的生產工藝，分析各品牌之間價格差異的主要原因。由于這些焊接產品更貼近生活，日常生活中也隨時可見，因此更能吸引學生的學習興趣，激發學生更深層次的思考，讓學生在獲得專業知識的同時，也能了解法律法規、管理、安全等方面的知識，培養學生的綜合素質。

（三） 構建以項目為導向的教學模式，探索啟發式教學

焊接技術是許多產品制造的重要加工方法之一，因此，在教學中可以采用以項目為導向的教學模式，引導學生結合實際生產去應用知識，去發現問題、分析問題、解決問題。通過將具體復雜工程項目引入教學，既加強了本課程與同模塊課程的融合，減少了課程間重復，增強了課程間的聯系，使學生體會到本課程學習需要獲得的能力，體會到專業使命感和社會責任感，強化了學生的工程實踐能力、設計能力和創新能力。如在教學中引入武漢楊泗港大橋鋼結構橋梁項目案例，涉及材料選擇，材料焊接性，焊接結構安全可靠性，焊接結構的焊接質量檢驗，焊接方法，生產成本及環境、社會及法律法規等問題，通過項目的講解，使學生面對復雜工程問題時，明白自己應當具備的專業知識和能力，如何思考、分析和解決問題，具有的質量、效益、成本意識，團隊協作精神，應遵循的法律法規、應承擔的社會責任。相比于“照本宣科”的教學模式，這種“任務驅動”式的教學方法，減少了單純的理論知識傳授，對學生的知識應用能力提出了一定的高階性和挑戰度，學生只有在深入理解知識的基礎上才能更好地應用知識。另外，“任務驅動”式的教學方法也能減少學生的課堂惰性，當任務擺在了眼前，學生就會有緊迫性和壓力感，減少上課走神、開小差、玩手機的頻率，提升學習的主觀能動性。通過這種以項目為導向的教學方式，有利于學生進一步掌握項目背后的專業知識，激發學生的學習興趣，提高教學效果。教學實踐表明：項目融入專業方向課教學模式，對于“品格、知識、能力”全方面素質的提升具有明顯效果。

（四） 優化教學內容，持續改進

電弧焊接方法是應用最廣泛、最普遍的焊接方法之一，在工業生產中占焊接生產總量的60%[6]，但是，隨著科學技術的飛速發展，工業生產中已經涌現出了許多焊接新設備、新工藝、新材料。根據新工科的人才培養要求，課程內容不僅需要滿足當前行業所需，還需要滿足未來產業所需。因此，焊接的課程內容應能反映時代性和前沿性，既有對當前現狀的理解，也融入對未來發展的思考。在專業知識方面更需與時俱進，不斷更新，教學內容上也應展現國內外新的研究成果和行業的發展趨勢。這樣培養出來的學生才能更適應科學技術的發展形勢，更具備創新意識和創新思維。但是，由于課程學時數有限，并不能在課堂上對新的焊接工藝和設備作面面俱到的講解和介紹。以作業的形式讓學生上網查閱資料寫一份綜述性的論文報告，了解焊接方面國內外新的研究進展和行業的發展動向，這樣既可開拓學生視野，激發學生的學習興趣、培養學生的創新思維能力，又能使學生認識到自主學習和終身學習的必要性，培養學生終生學習的意識和能力。

（五） 強化實驗教學環節，設置開放性、研究性、探索性實驗

實驗實踐類教學活動對培養學生的工程實踐能力與創新意識具有重要作用[7]。因此，除理論教學外，強化實驗教學環節，設置開放性、研究性實驗，有利于提高學生的動手能力、觀察能力，激發學生主動思考，啟迪學生的科研思維和創新思維。實驗項目以“焊接工藝研究”為主題，學生可以自主選擇一種弧焊方法，對該方法的焊接工藝進行分析研究。由于焊接過程涉及到的變量很多，比如交流直流的選擇、電流與電壓大小、焊接速度，焊接極性，氣體種類等，不同工藝參數的組合都會對實驗結果產生不同的影響，比如熔深、熔寬、余高、飛濺、氣孔等。在實驗過程中，學生根據實驗室提供的條件，結合團隊的研究目標，可自主選擇焊接材料，自主設計實驗方案并進行實驗，最后處理實驗數據，分析實驗結果產生差異的原因。比如，學生選用焊接機器人對碳鋼進行表面堆焊，在其它工藝參數相同時，分別選用二氧化碳和氬氣作為保護氣體焊接會有哪些不同現象呢？是什么原因造成的呢？如果采用實芯焊絲和藥芯焊絲進行焊接，結果又會有什么變化呢？電弧的過渡形式與什么參數相關，哪個參數的影響最大呢？與演示性、驗證性的實驗相比，這種研究性、探索性的實驗涉及到多學科知識的交叉，學生可充分發揮自己的想象力，對實驗提出各種假設，進行更多的探索和嘗試。實驗教學環節有助于加深學生對理論知識的理解和掌握，培養學生勇于探索的創新精神、發現和解決問題的工程實踐能力。

（六） 融入課程思政，加強學生“品格”教育

教育的根本任務在于立德樹人，作為新時代的人民教師，必須認真思考“為誰培養人、培養什么樣的人、如何培養人”的問題。在教學過程中融入思政元素，幫助學生建立正確的世界觀、人生觀和價值觀是新時代人民教師的職責所在[8]。通過課程思政教育，使學生進一步強化社會主義核心價值觀，增強學生的愛國情懷和社會責任，具有健全的品格和優良的素質。

課程思政內容融入課堂，應該把握好思政的質、量、度、契合點、凝練的品格要素，做到“潤物細無聲”和“潛移默化”，并不是每節課都有思政教育，不要把課程思政變成了政治課，但通過專業方向課程學習，使學生專業能力提升之外，學生的綜合素質和個人“品格”也得到全面提升。

在《電弧焊基礎》教學中，預先收集和規劃好思政案例、紅色元素和本專業具有突出貢獻的代表人物、典型事例并將其很自然地融入課堂。電弧焊方法的原理、特點和應用是《電弧焊基礎》課程教學內容中規定要求內容，我國的重大工程、大國重器、標志性科技成果都與焊接技術密切相關，通過焊接方法的應用自然引入的案例比較豐富，如在本課程緒論中講解焊接方法發展和應用時，自然聯系到焊接技術在我國的重大工程、重大建設成果，如航空航天、航母建造、橋梁、高鐵等建造中的應用，讓學生深刻感受到焊接技術的神奇魅力及其在生產制造業中的重要性，提升學生對專業的認同感，增強學生作為焊接人的技術責任感、使命感、榮譽感；在講解相關焊接設備時，可以對比一下我國與歐美等發達國家的技術差距，激發學生技術報國的家國情懷和實現中華民族偉大復興的使命擔當；在講解TIG 焊方法，通過該方法的應用引入到航空航天關鍵部件制造、兩彈一星關鍵結構件制造中，該方法所解決的焊接技術難題和發揮的作用，焊接人的典型案例和他們的敬業精神，團結奮斗精神、進而提升到“航天精神”和“兩彈一星精神”，再比如講授垂直氣電焊應用時，引入航空母艦建造中等等，通過焊接方法的應用講解自然過度到我國重大工程、重大科技成就，教學中非常自然地融入了思政元素，避免了思政內容突然而又強勢地融入課程教學。通過上述思政元素的融入教學的方式、方法、時機的安排，促進學生學習的積極性，激勵學生的自豪感、激發學生的敬業精神和愛國精神，增強學生的新時代的使命和擔當，達到良好的課程思政效果，實現了課程教學目標中對學生素質要求。

四 結語

隨著新經濟、新產業的快速興起與變革，人才的培養模式也應適應時代發展需求。本文結合專業情況，以強化工程實踐能力與工程創新能力為核心，以培養能夠滿足經濟社會發展需求的高水平人才為目標，對《電弧焊基礎》的教學方法和教學內容等進行了改革,強化了理論基礎的學習，加強了焊接方法的工程應用，顯著提高了教學效果，更好地實現了該課程對人才的培養目標。