科教融合式航空航天類激光焊接實(shí)驗(yàn)課程探究與實(shí)踐

王磊磊，占小紅，陶海軍，李斌斌

（南京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 江蘇 南京 211106）

1 科教融合的內(nèi)涵與發(fā)展趨勢(shì)

教學(xué)與科研這兩要素從緊密到松散的聯(lián)系構(gòu)成了一個(gè)連續(xù)譜系，如何整合教學(xué)與科研兩種活動(dòng)在高校系統(tǒng)中是一個(gè)問題。教學(xué)與科研的松散耦合是在保持教學(xué)和科研各自特殊性的同時(shí)，努力實(shí)現(xiàn)立德樹人的共同目標(biāo)[1-2]。

科教融合培養(yǎng)本科生，最基本的要求就是把最新的科研理念、方法、技術(shù)和成果融入本科生的課程體系和實(shí)踐教學(xué)中，為本科生提供真實(shí)的科研任務(wù)、科研環(huán)境和科研條件，使本科生能夠在創(chuàng)新實(shí)踐中培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和提升創(chuàng)新能力[3-4]。面對(duì)工程問題建設(shè)課程體系和實(shí)踐體系，強(qiáng)化本科生的技能培養(yǎng)。目前的研究現(xiàn)狀表明，科教融合式本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)滿足國家對(duì)創(chuàng)新性、復(fù)合型人才的培養(yǎng)需求。

科教融合是世界本科教育變革的共同趨勢(shì)，科教融合解決工程問題是科研育人的目標(biāo)，科教融合式本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的戰(zhàn)略選擇[5-8]。研究型大學(xué)中教學(xué)科研并重的老師比重較高，很多教師同時(shí)承擔(dān)軍工集團(tuán)科研項(xiàng)目，科研實(shí)驗(yàn)室中的先進(jìn)設(shè)備并非常年使用，這使得科教融合在設(shè)備、時(shí)間和人員等維度都具有可行性。然而依托軍工集團(tuán)科研項(xiàng)目反哺本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在實(shí)踐中并不常見，可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)較少。

2 科教融合式焊接實(shí)驗(yàn)課程的必要性

以航空航天結(jié)構(gòu)激光焊接為例，當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)課程具有一定的局限性，主要表現(xiàn)在以下兩方面：

①傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程對(duì)工程問題的關(guān)注不足。以空間曲面結(jié)構(gòu)激光焊接為例，空間曲面薄壁結(jié)構(gòu)的焊縫路徑與位置復(fù)雜，此外，由于上一道工序加工精度的不足，對(duì)接結(jié)構(gòu)通常會(huì)出現(xiàn)兩側(cè)不等高、間隙不均勻等問題，導(dǎo)致激光焊接過程不穩(wěn)定，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程難以關(guān)注到這樣的工程問題。

②傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程重視單一實(shí)驗(yàn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)體系關(guān)注不足。以航空大型結(jié)構(gòu)激光焊接為例，整個(gè)工藝過程涵蓋打磨、清洗、預(yù)熱、激光焊接、焊后熱處理、矯形等系列工序，不同的焊前狀態(tài)均會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程重視激光焊接工序而對(duì)其他工序關(guān)注不足。

因此，開展科教融合式航空航天類激光焊接實(shí)驗(yàn)課程探究與實(shí)踐，形成科教融合式激光焊接實(shí)驗(yàn)課程新模式，改善本科基礎(chǔ)試驗(yàn)課程條件，提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力和思考能力，培養(yǎng)兼具創(chuàng)新性和技術(shù)性的激光焊接類復(fù)合型人才，是一項(xiàng)迫切的任務(wù)。

3 科教融合式焊接實(shí)驗(yàn)課程改革思路與方向

秉承“科教融合，學(xué)以致用”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，遴選能夠與“材料開放實(shí)驗(yàn)”和“熔化焊工藝實(shí)驗(yàn)”有效融合的航空航天軍工集團(tuán)前沿科研項(xiàng)目，結(jié)合現(xiàn)有的教學(xué)大綱和學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)制訂科教融合式激光焊接實(shí)驗(yàn)教學(xué)的初步方案。

3.1 課程改革的思路

①前沿的科研活動(dòng)為教學(xué)服務(wù)。“教學(xué)”是大學(xué)的本質(zhì)屬性與基礎(chǔ)功能，“科研”與“社會(huì)服務(wù)”作為大學(xué)現(xiàn)代性的基本體現(xiàn)，大學(xué)組織中的科研必須以教學(xué)為基礎(chǔ)而存在，才能更完整地實(shí)現(xiàn)組織功能[9]。

②科教融合培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)處于知識(shí)和領(lǐng)會(huì)層面，若將科教融合理念引入本科實(shí)驗(yàn)課程，必將提升到運(yùn)用、分析、綜合、評(píng)價(jià)等深層學(xué)習(xí)層面，將有利于培養(yǎng)學(xué)生的批判能力和創(chuàng)新能力等高階思維，這種模式還為畢業(yè)生提供了獨(dú)特的團(tuán)隊(duì)合作能力[10-11]。

3.2 課程改革的方向

①課程前沿化。依托前沿科研項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)的材料（鋁鋰合金、碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料）、結(jié)構(gòu)（輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)、仿生結(jié)構(gòu)）、工藝（激光焊接）均處在國際前沿水平，全面提升學(xué)生的理論和技能水平。

②課程系統(tǒng)化。依托航空航天軍工集團(tuán)前沿科研項(xiàng)目和項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的科研實(shí)驗(yàn)室，開展涵蓋打磨、預(yù)熱、激光焊接、焊后熱處理、矯形等系列工序的激光焊接試驗(yàn)課程，形成以工程問題為導(dǎo)向的系列化理論和試驗(yàn)教學(xué)模式。

4 科教融合式焊接實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)內(nèi)容

4.1 科教融合式焊接實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的制訂

依托本團(tuán)隊(duì)長期合作的中國航天科技集團(tuán)有限公司和中國航空工業(yè)集團(tuán)有限公司，利用項(xiàng)目出差、學(xué)生答辯、學(xué)術(shù)會(huì)議等契機(jī)與其工藝工程師開展面談，了解現(xiàn)有航空航天主機(jī)廠對(duì)學(xué)生的技能需求，分析學(xué)生實(shí)際能力之間的差距，明確學(xué)生的技能薄弱環(huán)節(jié)。把本團(tuán)隊(duì)現(xiàn)有軍工集團(tuán)科研項(xiàng)目?jī)?nèi)容與《材料開放實(shí)驗(yàn)》和《熔化焊工藝實(shí)驗(yàn)》教學(xué)大綱進(jìn)行對(duì)比并發(fā)掘切入點(diǎn)，形成科教融合式激光焊接實(shí)驗(yàn)教學(xué)初步方案如圖1所示。

圖1 總體思路

4.2 科教融合式焊接實(shí)驗(yàn)課程效果評(píng)估

在“材料開放實(shí)驗(yàn)”和“熔化焊工藝實(shí)驗(yàn)”課程開展科教融合式課程教學(xué)。讓每個(gè)學(xué)生牽頭完成一次激光焊接試驗(yàn)并且保存試驗(yàn)樣件，邀請(qǐng)軍工集團(tuán)工藝工程師和資深實(shí)驗(yàn)教師，對(duì)焊接樣品開展包含成形形貌、表面缺陷等要素的歸一化評(píng)估，讓學(xué)生對(duì)自身的技能進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，最終形成基于內(nèi)部和外部?jī)蓚€(gè)維度的科教融合式激光焊接實(shí)驗(yàn)課程效果評(píng)估。

4.3 科教融合式焊接實(shí)驗(yàn)課程實(shí)施步驟

科教融合式焊接實(shí)驗(yàn)課程實(shí)施步驟見表1。

表1 科教融合式焊接實(shí)驗(yàn)課程實(shí)施步驟

5 結(jié)論

面對(duì)當(dāng)前航空航天主機(jī)廠對(duì)本科生技能和實(shí)踐水平越來越高的需求，針對(duì)軍工集團(tuán)科研項(xiàng)目的教學(xué)屬性尚未充分開發(fā)的問題，通過調(diào)研和訪談摸清航空航天主機(jī)廠對(duì)學(xué)生的技能需求，遴選能夠與當(dāng)前實(shí)驗(yàn)課程有效融合的軍工集團(tuán)科研項(xiàng)目，秉承“科教融合，學(xué)以致用”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，結(jié)合現(xiàn)有的教學(xué)大綱和學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)，制訂科教融合式焊接實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革方案。

①解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程對(duì)工程問題和實(shí)驗(yàn)體系關(guān)注不足的問題，課程前沿化和系統(tǒng)化等特色鮮明。

②科研項(xiàng)目教學(xué)屬性被發(fā)掘，學(xué)生的工程實(shí)踐能力得到提升，巧妙整合現(xiàn)有的科研和教學(xué)資源，培養(yǎng)兼具合作性、創(chuàng)新性和技術(shù)性的航空航天類焊接方向復(fù)合型人才。