機械工程專業(yè)焊接實訓(xùn)教學(xué)改革

陳順洪 張豪杰 王薛龍

成都大學(xué) 四川省成都市 610106

1 引言：焊接是機械連接中重要的連接方式

金屬焊接是把兩個金屬零件或多個金屬零件連接成一個部件的一種連接方式，得到的部件通常在各個方向都具有很高的強度，被譽為金屬材料成型的裁縫[1]。隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，焊接已經(jīng)從最初的相同金屬或合金的連接發(fā)展到了不同的金屬或合金之間的連接[2]，對國民經(jīng)濟發(fā)展和國家建設(shè)均有重要意義。據(jù)不完全統(tǒng)計，美國50%以上的國民生產(chǎn)總值均和焊接有直接或間接的關(guān)系。而焊接也是最經(jīng)濟、有效的連接方式。焊接最初只是一種簡單的維修手段，但發(fā)展到目前，已然成為了一種重要的制造方法之一，也是最基本的制造方法。毫不夸張的說，如果沒有焊接，有沒有我們今天的幸福生活。小到自行車車架，大到航空母艦，無不有著焊接的身影，如果沒有焊接，這些東西都是很難被制造出來的。特別是在機械加工領(lǐng)域，焊接技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展極大的提高了機械加工生產(chǎn)的效率，推動了我國的經(jīng)濟發(fā)展，同時在一定程度上改善了人們的生活，焊接技術(shù)是工業(yè)發(fā)展的核心和基礎(chǔ)[3]。同時，焊接也與新材料科學(xué)、電子工程及先進(jìn)制造工程等領(lǐng)域密切相關(guān)[4]。隨著焊接專業(yè)的不斷發(fā)展，應(yīng)用范圍也愈加廣泛，為了滿足學(xué)生的課程實踐和就業(yè)需要，大部分高校開設(shè)的金工實訓(xùn)課程都包含了焊接課程。開展焊接實訓(xùn)能讓學(xué)生對焊接這種特種加工方式產(chǎn)生良好的認(rèn)知和理解[5]。但是，現(xiàn)階段的焊接教學(xué)課程依然存在著不小的問題。例如教學(xué)方式、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)設(shè)備的落后，尤其是在教學(xué)現(xiàn)階段的焊接教學(xué)和后期學(xué)生的崗位上的實際存在著不小的差距，這些問題一定程度上阻礙了焊接教學(xué)乃至整個焊接技術(shù)的進(jìn)步。

2 焊接實訓(xùn)教學(xué)對機械工程專業(yè)的意義

對于實訓(xùn)教學(xué)而言，都是將學(xué)過的理論知識付諸于實踐，同時針對某些重難點進(jìn)行針對性的練習(xí)，從而更加充分、透徹的掌握理論知識，使理論和實際緊密的結(jié)合。焊接實訓(xùn)一方面是為了機械工程專業(yè)的學(xué)生掌握焊接理論知識，另一方面是在透徹的掌握理論知識之后，將理論知識用于以后的設(shè)計中，學(xué)生在理解了焊接的應(yīng)用情況和優(yōu)缺點之后，才能在后續(xù)的機械設(shè)計過程中做出最優(yōu)的方案。在理論知識和實踐知識結(jié)合的基礎(chǔ)上，也更能鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力[6]。

隨著社會的發(fā)展和各個職能部門的完善，各個高校在社會中所扮演的角色也日趨固定。有的高校定位于培養(yǎng)科研人才，有的高校定位于培養(yǎng)應(yīng)用型人才，還有的高校定位于職業(yè)教育。對于定位于應(yīng)用型人才和職業(yè)教育的這部分高校的機械工程專業(yè)學(xué)生而言，如何有機的將理論知識和實際操作緊密結(jié)合，對于學(xué)生后期的發(fā)展，大有裨益。機械工程專業(yè)焊接實訓(xùn)改革，能夠更好的適應(yīng)高校教育的需要，更好的適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。

培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力，進(jìn)一步讓學(xué)生透徹理解焊接的理論知識，符合學(xué)生學(xué)習(xí)的需要，符合工作崗位的需要，讓學(xué)生在就業(yè)中具備一定的優(yōu)勢，有利于為我國的現(xiàn)代化建設(shè)輸送應(yīng)用型機械工程專業(yè)人才。

3 機械工程專業(yè)焊接實訓(xùn)存在的問題

焊接是一門實踐性較強的課程，在焊接課程的教學(xué)過程中，學(xué)生主要通過實訓(xùn)的方式將理論知識理解透徹。但是現(xiàn)階段的焊接教學(xué)過程存在著一些問題，阻礙了教學(xué)的成果。通過筆者的調(diào)研和總結(jié)，以下問題亟待解決：

1.教學(xué)方式較為落后。現(xiàn)階段實訓(xùn)教學(xué)的方式還依然和以前師傅帶徒弟的方式一樣，需要教師對學(xué)生進(jìn)行單獨的指導(dǎo)，通常情況下，一位教師需要面對20 到30 位學(xué)生，學(xué)生學(xué)習(xí)和實操練習(xí)的時間都十分有限，極大影響了學(xué)生學(xué)習(xí)和實踐效果[7]。就成都大學(xué)機械工程學(xué)院而言，金工實訓(xùn)教師中只有一位是焊接專業(yè)教學(xué)教師，上課過程中經(jīng)常面臨的問題是一名教師需要面對四五十位學(xué)生，在這種師生比極低的情況下，教師不能充分的對每位同學(xué)練習(xí)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時的指導(dǎo)，導(dǎo)致學(xué)生練習(xí)的積極性差、效果差。

2.教學(xué)環(huán)境太差，導(dǎo)致部分學(xué)生出現(xiàn)不適應(yīng)的情況。和其他傳統(tǒng)的加工方式相比較，焊接還有許多其他加工方式所沒有的缺點，比如焊接過程中釋放的濃煙、大量的光、大量的熱以及輻射等。很多學(xué)生適應(yīng)不了這樣嘈雜燥熱的環(huán)境，加上濃煙、熱和光輻射容易對學(xué)生造成傷害，即使在普通防護(hù)用品的保護(hù)下，一部分學(xué)生還是表現(xiàn)出不愿意練習(xí)的意愿。較差的教學(xué)環(huán)境難以保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，也天然的打消了學(xué)生的積極性。

3.教學(xué)設(shè)備落后。焊接是一門需要大量練習(xí)的技術(shù)，所以焊接教學(xué)需要大量的焊接材料（母材和焊材）供學(xué)生練習(xí)，同時，在技術(shù)相同的條件下，更加新型的設(shè)備有助于焊接效果的提升。就目前的教學(xué)狀況而言，學(xué)校提供的實驗維持費需要供許多工種同時使用，難以保證焊接教學(xué)實驗的材料和設(shè)備的用量，還不足以達(dá)到焊接練習(xí)所需要的量。就筆者所在的成都大學(xué)機械工程學(xué)院而言，學(xué)校提供的實驗維持費需要供車、銑、線切割、焊接、鑄造等幾個工種同時使用，難以保證所有學(xué)生焊接所需的材料的量。目前，成都大學(xué)機械工程學(xué)院僅有380V 交流弧焊機3 臺供學(xué)生進(jìn)行焊接練習(xí)，而這三臺交流弧焊機已經(jīng)有10 多年歷史了，其中有一臺設(shè)備使用過程中還存在一些問題，偶爾不能正常開機。這三臺設(shè)備在學(xué)生實訓(xùn)期間每臺設(shè)備每天需要供應(yīng)20 至30 人次的練習(xí)，學(xué)生數(shù)量遠(yuǎn)大于設(shè)備數(shù)量，導(dǎo)致學(xué)生練習(xí)效果差，效率低。設(shè)備更新的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上時間的發(fā)展和技術(shù)發(fā)展。這也是對焊接教學(xué)過程中亟待解決的問題。

4.整體課程設(shè)置結(jié)構(gòu)不合理。就筆者調(diào)研的多所兄弟院校的情況來看，或多或少都存在著課程設(shè)置不合理的情況。主要表現(xiàn)為理論教學(xué)和實踐教學(xué)自成體系，互不干擾[8]，同時焊接理論學(xué)習(xí)和實操學(xué)習(xí)沒有做好分配。很多學(xué)校為了統(tǒng)一學(xué)生的實訓(xùn)時間，將實訓(xùn)放在了學(xué)生剛?cè)雽W(xué)的一兩個學(xué)期，而理論課程卻在此之后。則會導(dǎo)致學(xué)生在進(jìn)行實操學(xué)習(xí)的時候，并不能清楚的知道焊接的原理、各種類型焊接的優(yōu)缺點，導(dǎo)致學(xué)生不能很好的上手練習(xí)，也不能在聯(lián)系過程中通過溫習(xí)理論知識來改進(jìn)自己的操作方式，也就很難有助于學(xué)生整體水平的提高了。

4 機械工程專業(yè)焊接實訓(xùn)教學(xué)改革的措施探討

針對以上提出的各種問題，有以下改進(jìn)措施。

1、改善教學(xué)的方式。

現(xiàn)有的教學(xué)方式是以師傅帶徒弟的方式，這種方式下，學(xué)生缺乏自主學(xué)習(xí)、練習(xí)的動力，教師需要對學(xué)生一對一的進(jìn)行指導(dǎo)，在師生比例不能更改的情況下，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，有助于提高練習(xí)的效果。首先，應(yīng)當(dāng)在機械工程專業(yè)學(xué)生的焊接實訓(xùn)教學(xué)過程中，應(yīng)當(dāng)建立以工作任務(wù)為目標(biāo)導(dǎo)向的練習(xí)方式。通過目標(biāo)的驅(qū)動，學(xué)生更加明白需要達(dá)成的效果，這樣練習(xí)的目的性更強，效果也更好。

通過目標(biāo)導(dǎo)向的引入，教師在指導(dǎo)學(xué)生的過程中，只需要先對學(xué)生進(jìn)行基本操作的指導(dǎo)，剩下的可以讓學(xué)生在追求目標(biāo)的過程中摸索前進(jìn)。誠然，學(xué)生練習(xí)過程中還會出現(xiàn)許多意料之外的問題，但是這不會是普遍的現(xiàn)象，教師只需要對個別的學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)即可。同時，學(xué)生在追求同一個目標(biāo)的同時還可以相互交流學(xué)習(xí)，教學(xué)相長更有利于學(xué)生技術(shù)水平的提高。

例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)“平角焊”的過程中，教師應(yīng)當(dāng)先給學(xué)生教授一定的操作技巧，包括平角焊焊接的位置、焊接設(shè)備的調(diào)試、焊材的選擇、電流大小的選擇、送絲的速度、焊接的角度、焊接的手法等基礎(chǔ)操作，然后讓學(xué)生自主練習(xí)平角焊。在學(xué)生掌握一定的平角焊焊接操作技巧之后，教師應(yīng)當(dāng)對布置相對應(yīng)的平角焊焊接任務(wù)，如焊接一個方形的容器或者焊接一個小凳子，學(xué)生在完成任務(wù)的同時，焊接的技巧練習(xí)也跟上來了。讓學(xué)生在實際應(yīng)用的過程中，充分掌握焊接的理論和實操知識。就成都大學(xué)機械工程學(xué)院而言，在教師給學(xué)生講解了基本的操作之后，教師給學(xué)生制定的教學(xué)目標(biāo)為：學(xué)院破損圓凳的維修作業(yè)。具體操作情況為：學(xué)院有一大批損壞的鐵質(zhì)圓凳，均為底座和支撐桿之間連接斷裂導(dǎo)致不能使用，教師則安排學(xué)生通過焊接的方式對這批圓凳進(jìn)行維修，并告知學(xué)生，維修好的圓凳將會在教室里重新和大家見面。這極大的激發(fā)了學(xué)生的興趣，學(xué)生都積極的參與到圓凳的維修過程中，體會維修圓凳給自己帶來的成就感。雖然圓凳維修的效果并不是百分百的理想，但是在此過程中，學(xué)生已經(jīng)將平角焊的操作都掌握了。

2、改善實訓(xùn)環(huán)境

目前而言，教學(xué)環(huán)境差，對學(xué)生練習(xí)的積極性有一定的挫傷。相較于其他加工方式，焊接加工存在更多的不利因素，如加工過程中存在大家的煙霧、粉塵、輻射和熱量。這些不利因素對學(xué)生練習(xí)積極性的影響很大。可以通過引入部分輔助設(shè)備和穿戴設(shè)備以解決此問題。如在煙霧方面，可以引入如圖-所示的排煙設(shè)備，阻止過多的煙霧停留在房間里面；在粉塵方面，可以引入帶過濾網(wǎng)的呼吸面罩，防止粉塵吸入學(xué)生身體；在光輻射和熱輻射方面，可以引入隔離效果更好的防護(hù)面罩和防護(hù)服，確保學(xué)生在實訓(xùn)過程中的安全問題。就成都大學(xué)機械工程學(xué)院而言，學(xué)院在實訓(xùn)大樓的側(cè)面搭建了一間通風(fēng)良好的焊接房。相較于以前在大樓內(nèi)部操作而言，焊接房具有通風(fēng)效果良好的優(yōu)點；專門的通風(fēng)設(shè)備更有利于煙霧和粉塵的排放。加上給學(xué)生訂制的勞保裝備，在保證學(xué)生實訓(xùn)安全的前提下，進(jìn)一步改善了學(xué)生的實訓(xùn)狀態(tài)，有利于學(xué)生將精力都集中到焊接的聯(lián)系過程中而不是過多的考慮外部的環(huán)境，學(xué)生自然更愿意參與到實訓(xùn)過程中來。

3、通過多種途徑引入先進(jìn)的設(shè)備

焊接教學(xué)設(shè)備在筆者看來可以體現(xiàn)在兩個方面，一方面是焊接機器設(shè)備，這類型設(shè)備決定了焊接效果的下限；另一方面是焊接用到的母材，這類設(shè)備決定了焊接效果的上限。對于焊接機器設(shè)備而言，可以通過和學(xué)科競賽結(jié)合的方式獲取資金和設(shè)備。學(xué)校對于學(xué)科競賽每年會投入一定的資金支持，而學(xué)科競賽又會用到焊接的設(shè)備和材料。所以在實驗維持費不改變的情況下，可以嘗試和學(xué)科競賽的歸口部門合作，提供部分設(shè)備資金，最終提高設(shè)備的利用率。對于材料而言，目前焊接購買的是裁切好的鋼片，可以將原材料鋼片改為整塊的鋼板，再由學(xué)生自行分割。一方面節(jié)約了成本，另一方面也鍛煉了學(xué)生，整體能夠購買的材料量就增加了。最后，學(xué)生學(xué)習(xí)最終的目標(biāo)還是到企業(yè)中去，可以通過校企合作的方式，讓企業(yè)預(yù)先提供部分的資金，學(xué)生在學(xué)校提高了技術(shù)，后期可以迅速的投身到工作崗位中，相當(dāng)于幫企業(yè)做了預(yù)先的員工培訓(xùn)，對企業(yè)的發(fā)展也大有裨益。通過以上方式，能夠增加機器設(shè)備的數(shù)量和種類，也能增加焊接材料的數(shù)量，能夠有效做到每位同學(xué)均有好的設(shè)備練習(xí)，有足夠的時間練習(xí)。在設(shè)備投入方面，成都大學(xué)機械工程學(xué)院通過和學(xué)科競賽相結(jié)合的方式，在原有普通電弧焊的基礎(chǔ)上，引入了一臺無氣二保焊機器，豐富了設(shè)備的多樣性，讓學(xué)生能夠更多的了解各種焊接設(shè)備。因為無氣二保焊不涉及到頻繁的更換焊條，提高了學(xué)生練習(xí)的效率，所以學(xué)生對焊接的興趣也大大提高。在焊接材料的投入上，將以前使用的裁切好的板材更換為整塊的廢舊鋼板，通過等離子切割的方式對鋼板進(jìn)行加工，提供足夠量的母材供學(xué)生練習(xí)，保證學(xué)生練習(xí)過程中不會有材料的短缺，學(xué)生也不會有材料供應(yīng)不足導(dǎo)致的積極性下降的問題了。

4、改善課程的設(shè)置

改善課程的設(shè)置需要從理論和實踐相結(jié)合的方向來著手。就筆者所調(diào)研的兄弟院校和自身情況來看，主要的矛盾點在于學(xué)生在進(jìn)行實訓(xùn)操作學(xué)習(xí)之前，大部分的情況都還未進(jìn)行理論的學(xué)習(xí)，不能深刻的理解操作過程中的做法以及帶來的效果，導(dǎo)致實訓(xùn)的成果不理想。通過將實訓(xùn)環(huán)節(jié)穿插在理論教學(xué)過程中，可以有效的防止此類情況的出現(xiàn)。就成都大學(xué)機械工程學(xué)院而言，通過試點進(jìn)行，在部分學(xué)生理論課的間隙中，插入實訓(xùn)教學(xué)，取得了良好的效果。接下來需要將此類手段推而廣之，以期取得更好的效果。比如在基礎(chǔ)教學(xué)完成之后，可以將實訓(xùn)場地全天開放，安排少量的教師在實訓(xùn)場地值守，保證學(xué)生任何時間到實訓(xùn)場地都可以練習(xí)操作。這樣，能夠取得更好的效果。

5 結(jié)語

以上的教學(xué)改革措施在成都大學(xué)機械工程學(xué)院的應(yīng)用，很大程度的提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也取得了較為良好的學(xué)習(xí)效果。通過新設(shè)備的引入和練習(xí)流程的優(yōu)化，學(xué)生的平均練習(xí)時長增加了50%，練習(xí)項目從以前的單純的平敷焊增加到了平角焊、立角焊等，而這些技能都是在后期的工作中能夠直接應(yīng)用。很多學(xué)生在一天的課程完成之后，都主動要求加班練習(xí)，以期取得良好的練習(xí)效果，后期能夠直接應(yīng)用。

對于機械工程專業(yè)的學(xué)生而言，掌握各種理論知識的同時也必須要掌握一定的實操技能，才能將二者有機的結(jié)合。針對焊接教學(xué)，理論和實訓(xùn)教學(xué)應(yīng)當(dāng)并重。本文對焊接實訓(xùn)教學(xué)過程中存在的一些問題進(jìn)行了探討，通過以目標(biāo)為導(dǎo)向、改善教學(xué)環(huán)境、進(jìn)行針對性訓(xùn)練等措施，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的效率，有效的掌握相關(guān)技能，同時也確保了實訓(xùn)過程的安全。