機械工程專業焊接實訓教學改革

陳順洪 張豪杰 王薛龍

成都大學 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]。隨著焊接技術的發展，焊接已經從最初的相同金屬或合金的連接發展到了不同的金屬或合金之間的連接[2]，對國民經濟發展和國家建設均有重要意義。據不完全統計，美國50%以上的國民生產總值均和焊接有直接或間接的關系。而焊接也是最經濟、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域，焊接技術的出現和發展極大的提高了機械加工生產的效率，推動了我國的經濟發展，同時在一定程度上改善了人們的生活，焊接技術是工業發展的核心和基礎[3]。同時，焊接也與新材料科學、電子工程及先進制造工程等領域密切相關[4]。隨著焊接專業的不斷發展，應用范圍也愈加廣泛，為了滿足學生的課程實踐和就業需要，大部分高校開設的金工實訓課程都包含了焊接課程。開展焊接實訓能讓學生對焊接這種特種加工方式產生良好的認知和理解[5]。但是，現階段的焊接教學課程依然存在著不小的問題。例如教學方式、教學環境、教學設備的落后，尤其是在教學現階段的焊接教學和后期學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乃至整個焊接技術的進步。

2 焊接實訓教學對機械工程專業的意義

對于實訓教學而言，都是將學過的理論知識付諸于實踐，同時針對某些重難點進行針對性的練習，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合。焊接實訓一方面是為了機械工程專業的學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計中，學生在理解了焊接的應用情況和優缺點之后，才能在后續的機械設計過程中做出最優的方案。在理論知識和實踐知識結合的基礎上，也更能鍛煉學生的創新能力[6]。

隨著社會的發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科研人才，有的高校定位于培養應用型人才，還有的高校定位于職業教育。對于定位于應用型人才和職業教育的這部分高校的機械工程專業學生而言，如何有機的將理論知識和實際操作緊密結合，對于學生后期的發展，大有裨益。機械工程專業焊接實訓改革，能夠更好的適應高校教育的需要，更好的適應學生學習的需要。

培養學生的實踐操作能力，進一步讓學生透徹理解焊接的理論知識，符合學生學習的需要，符合工作崗位的需要，讓學生在就業中具備一定的優勢，有利于為我國的現代化建設輸送應用型機械工程專業人才。

3 機械工程專業焊接實訓存在的問題

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

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

2.教學環境太差，導致部分學生出現不適應的情況。和其他傳統的加工方式相比較，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。很多學生適應不了這樣嘈雜燥熱的環境，加上濃煙、熱和光輻射容易對學生造成傷害，即使在普通防護用品的保護下，一部分學生還是表現出不愿意練習的意愿。較差的教學環境難以保證學生的學習效果，也天然的打消了學生的積極性。

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

4.整體課程設置結構不合理。就筆者調研的多所兄弟院校的情況來看，或多或少都存在著課程設置不合理的情況。主要表現為理論教學和實踐教學自成體系，互不干擾[8]，同時焊接理論學習和實操學習沒有做好分配。很多學校為了統一學生的實訓時間，將實訓放在了學生剛入學的一兩個學期，而理論課程卻在此之后。則會導致學生在進行實操學習的時候，并不能清楚的知道焊接的原理、各種類型焊接的優缺點，導致學生不能很好的上手練習，也不能在聯系過程中通過溫習理論知識來改進自己的操作方式，也就很難有助于學生整體水平的提高了。

4 機械工程專業焊接實訓教學改革的措施探討

針對以上提出的各種問題，有以下改進措施。

1、改善教學的方式。

現有的教學方式是以師傅帶徒弟的方式，這種方式下，學生缺乏自主學習、練習的動力，教師需要對學生一對一的進行指導，在師生比例不能更改的情況下，發揮學生的主觀能動性，有助于提高練習的效果。首先，應當在機械工程專業學生的焊接實訓教學過程中，應當建立以工作任務為目標導向的練習方式。通過目標的驅動，學生更加明白需要達成的效果，這樣練習的目的性更強，效果也更好。

通過目標導向的引入，教師在指導學生的過程中，只需要先對學生進行基本操作的指導，剩下的可以讓學生在追求目標的過程中摸索前進。誠然，學生練習過程中還會出現許多意料之外的問題，但是這不會是普遍的現象，教師只需要對個別的學生進行指導即可。同時，學生在追求同一個目標的同時還可以相互交流學習，教學相長更有利于學生技術水平的提高。

例如，學生在學習“平角焊”的過程中，教師應當先給學生教授一定的操作技巧，包括平角焊焊接的位置、焊接設備的調試、焊材的選擇、電流大小的選擇、送絲的速度、焊接的角度、焊接的手法等基礎操作，然后讓學生自主練習平角焊。在學生掌握一定的平角焊焊接操作技巧之后，教師應當對布置相對應的平角焊焊接任務，如焊接一個方形的容器或者焊接一個小凳子，學生在完成任務的同時，焊接的技巧練習也跟上來了。讓學生在實際應用的過程中，充分掌握焊接的理論和實操知識。就成都大學機械工程學院而言，在教師給學生講解了基本的操作之后，教師給學生制定的教學目標為：學院破損圓凳的維修作業。具體操作情況為：學院有一大批損壞的鐵質圓凳，均為底座和支撐桿之間連接斷裂導致不能使用，教師則安排學生通過焊接的方式對這批圓凳進行維修，并告知學生，維修好的圓凳將會在教室里重新和大家見面。這極大的激發了學生的興趣，學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，學生已經將平角焊的操作都掌握了。

2、改善實訓環境

目前而言，教學環境差，對學生練習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。這些不利因素對學生練習積極性的影響很大。可以通過引入部分輔助設備和穿戴設備以解決此問題。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，可以引入帶過濾網的呼吸面罩，防止粉塵吸入學生身體；在光輻射和熱輻射方面，可以引入隔離效果更好的防護面罩和防護服，確保學生在實訓過程中的安全問題。就成都大學機械工程學院而言，學院在實訓大樓的側面搭建了一間通風良好的焊接房。相較于以前在大樓內部操作而言，焊接房具有通風效果良好的優點；專門的通風設備更有利于煙霧和粉塵的排放。加上給學生訂制的勞保裝備，在保證學生實訓安全的前提下，進一步改善了學生的實訓狀態，有利于學生將精力都集中到焊接的聯系過程中而不是過多的考慮外部的環境，學生自然更愿意參與到實訓過程中來。

3、通過多種途徑引入先進的設備

焊接教學設備在筆者看來可以體現在兩個方面，一方面是焊接機器設備，這類型設備決定了焊接效果的下限；另一方面是焊接用到的母材，這類設備決定了焊接效果的上限。對于焊接機器設備而言，可以通過和學科競賽結合的方式獲取資金和設備。學校對于學科競賽每年會投入一定的資金支持，而學科競賽又會用到焊接的設備和材料。所以在實驗維持費不改變的情況下，可以嘗試和學科競賽的歸口部門合作，提供部分設備資金，最終提高設備的利用率。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，再由學生自行分割。一方面節約了成本，另一方面也鍛煉了學生，整體能夠購買的材料量就增加了。最后，學生學習最終的目標還是到企業中去，可以通過校企合作的方式，讓企業預先提供部分的資金，學生在學校提高了技術，后期可以迅速的投身到工作崗位中，相當于幫企業做了預先的員工培訓，對企業的發展也大有裨益。通過以上方式，能夠增加機器設備的數量和種類，也能增加焊接材料的數量，能夠有效做到每位同學均有好的設備練習，有足夠的時間練習。在設備投入方面，成都大學機械工程學院通過和學科競賽相結合的方式，在原有普通電弧焊的基礎上，引入了一臺無氣二保焊機器，豐富了設備的多樣性，讓學生能夠更多的了解各種焊接設備。因為無氣二保焊不涉及到頻繁的更換焊條，提高了學生練習的效率，所以學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行加工，提供足夠量的母材供學生練習，保證學生練習過程中不會有材料的短缺，學生也不會有材料供應不足導致的積極性下降的問題了。

4、改善課程的設置

改善課程的設置需要從理論和實踐相結合的方向來著手。就筆者所調研的兄弟院校和自身情況來看，主要的矛盾點在于學生在進行實訓操作學習之前，大部分的情況都還未進行理論的學習，不能深刻的理解操作過程中的做法以及帶來的效果，導致實訓的成果不理想。通過將實訓環節穿插在理論教學過程中，可以有效的防止此類情況的出現。就成都大學機械工程學院而言，通過試點進行，在部分學生理論課的間隙中，插入實訓教學，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。比如在基礎教學完成之后，可以將實訓場地全天開放，安排少量的教師在實訓場地值守，保證學生任何時間到實訓場地都可以練習操作。這樣，能夠取得更好的效果。

5 結語

以上的教學改革措施在成都大學機械工程學院的應用，很大程度的提升了學生學習的積極性，也取得了較為良好的學習效果。通過新設備的引入和練習流程的優化，學生的平均練習時長增加了50%，練習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用。很多學生在一天的課程完成之后，都主動要求加班練習，以期取得良好的練習效果，后期能夠直接應用。

對于機械工程專業的學生而言，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合。針對焊接教學，理論和實訓教學應當并重。本文對焊接實訓教學過程中存在的一些問題進行了探討，通過以目標為導向、改善教學環境、進行針對性訓練等措施，提高了學生學習的效率，有效的掌握相關技能，同時也確保了實訓過程的安全。