尖端加工技術與高職教學相融合的探索

趙漢宇 姜澤東 吳葉軍

［摘? ? ? ? ? ?要］? 隨著時代的發展，越來越多的尖端加工技術走向民用，然而尖端加工技術在人才培養時卻存在高學歷人才多、技術技能型人才少的“倒三角”局面，以機器人激光焊技術課程為載體，從課程定位、課程項目、課程資源、教學手段等角度出發，探討尖端加工技術與高職教學相融合的解決方法，為更多的高精尖領域課程在高職教學中的開設提供理論和經驗支持。

［關? ? 鍵? ?詞］? 尖端加工技術；機器人激光焊技術；高職教學

［中圖分類號］? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ［文獻標志碼］? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ［文章編號］? 2096-0603（2024）02-0093-04

激光焊是利用高能量密度的激光作為熱源的一種高效精密的焊接方法，由于其高熔深、高效率、綠色、清潔等一系列優勢被廣泛應用于航空航天、軌道交通、汽車制造以及核動力等領域。近年來，隨著社會關注度的不斷提升，激光焊接技術正由高科技領域走向更廣泛的民用領域，并且在2018年發布的《焊工國家職業技能標準》中，機器人激光焊技術也第一次被納入其中，這給激光焊技術走向更大的“舞臺”提供了政策支持。但作為一門新興的學科，激光焊技術現階段還存在較多工藝、材料等方面的問題，并且由于整體設備一次性投資成本過大，導致現階段該領域的人才培養只出現在部分材料學、材料加工專業碩博生以及極少數本科生的培養體系中，在高職院校中，相關課程運用到教學中的報道鮮有出現，這種情況導致該學科領域的人才培養整體呈現出碩博學歷的學生較多，本科生、?？粕^少的“倒三角”局面，使得在企業的實際生產中，存在部分高學歷學生從事一線設備操作的情況，不能充分利用人才價值，造成了人才浪費。不僅僅激光焊領域，很多尖端加工技術普遍存在這種情況，因此，本文以機器人激光焊技術課程為例，探討如何實現科學的加工技術與高職教學相融合問題，幫助打通高精尖技術走向民用的“最后一厘米”。

一、現狀分析

機器人激光焊技術是常州工程職業技術學院智能焊接專業的一門專業選修課，開設本課程的目的是培養機器人激光焊技術操作以及工藝人員，旨在讓學生掌握激光焊機器人的操作方法，掌握連續和脈沖激光焊的工藝特點，掌握激光焊的常見缺陷產生機理及解決措施等。本課程自2018年起被納入智能焊接專業人才培養方案，至今已培養了5屆學生，作為尖端加工技術的學科，在一線的高職教學實踐中，存在的問題主要包括：

（一）相關高職領域資源缺失

雖然最新的焊工國家資格標準中加入了機器人激光焊的內容，但相關的教材尤其是適合職業類人才培養的教材在市場上鮮有出現?，F有激光領域的教材更適合純理論教學，對學生理論知識的提升具有一定的幫助，但由于操作及生產方面的內容缺失，因此，現有教材并不適合強調動手能力的職業教育。與此同時，與教材相配套的微課、動畫、PPT、教案等“微資源”數量明顯不足，“微資源”的缺失也使得學生能夠自主學習的手段的缺失。

（二）實訓設備及相關標準不足

科學前沿領域學科存在的共性問題便是相關的基礎研究尚未完備，學科中的設備型號各異，相關領域的標準尚不完全。機器人激光焊技術也有較為類似的問題，在設備層面，激光器的種類繁多，不同品牌的激光器在操作上和設備參數上均有差異，這給教學帶來了較大的困難。另外，一套尖端加工技術的設備原始購買成本以及后續運行、維護成本極高，普通高職院校難以負擔，這造成了實訓設備嚴重不足的情況的發生。并且，雖已有該領域的焊工職業技能標準，但配套的標準尚不完備，尤其是對應職業技能的考核方法尚未開發面世，給課程項目的設置制造了障礙。

（三）開設院校較少

現階段，由于設備成本高、基礎薄弱等方面的原因，尖端加工技術開設為高職課程均會遇見開設該課程的高職類院校較少的問題，導致可供借鑒的經驗及方法不足，在課程項目設置上可供參考的依據不足。課程處于探索時期，可與他校交流、共同開發的機會不多。另外，開設院校較少的問題也導致課程受重視程度欠缺，學生對課程的認識不夠。

（四）課程體系單一

目前高職課程結構多以滿足現有專業和人才培養體系為主，并沒有專門為尖端加工技術領域課程開設相應的基礎課，現有課程結構總體較為單一，缺乏多樣化的專門性課程。尖端加工技術領域的課程走在專業和產業的第一線，而現有的專業理論和基礎課程并不能隨產業和時代發展實時更新，未能較好地保持課程、專業、產業一致，容易導致課程體系的目標與新興產業需求脫節。

（五）學生基礎薄弱

課程體系的單一導致學生的尖端加工技術理論和實踐基礎不足，使得學生基礎較為薄弱。以機器人激光焊技術課程為例，專業人才培養方案以傳統弧焊為主，學生經過了大量的弧焊（手工、機器人）的操作練習，積累了比較完備的弧焊理論和實踐基礎，但激光焊屬于非接觸式熱源，有別于傳統弧焊熱源，學生在非接觸式焊接方面的基礎薄弱，現有的弧焊基礎有時會反作用于新課程的學習。此外，學生創新性不足，缺乏探索及解決問題的能力和興趣，機器人激光焊技術上課時會加入較多新的理論知識，學生的學習動力不足，并且面對困難時，容易動搖，無法沉下心來解決問題。

二、尖端加工技術與高職教學相融合的有效措施

（一）更準確的課程定位

尖端加工技術要與高職教學相融合，須打破現有該領域的人才培養體系。現有體系理論知識比重過大，技能操作方面的內容過少。作為一門以高職教學為主的尖端加工技術領域課程，機器人激光焊技術在課程定位上以培養激光焊機器人操作人員為目的，旨在提高學生的機器人操作水平，使其具備一定的工藝基礎并能分析和解決激光焊的常見缺陷，所以課程的理論知識應緊扣生產的實際，以工藝為主，增加操作部分的比重，提高學生的技術技能水平。另外，課程培養目標應密切聯系智能焊接專業人才培養方案，提高課程與其他專業課尤其是專業必修課和弧焊機器人課程之間的關聯度，確保學生有層次感地學習。

（二）更靈活的課程項目（任務）

尖端加工技術類課程在設置項目時具有較大難度，項目的設置應該緊扣高職教學的實際，由于可供參考的資料較少，因此項目設置具有更高的靈活性。機器人激光焊技術課程所涵蓋的技能與知識目標可以參考最新發布的焊工國家職業技能標準，課程項目的實施應以達成課程既定的知識、技能、素質以及思政等方面的目標為目的。機器人激光焊技術的課程項目涵蓋了企業生產項目、“1+X”特殊焊接等級考證項目乃至科研項目，課程項目設置更加靈活。為激發學生學習和探索的熱情，課程在第一次課時就會公布本門課程的自主項目也是課程最終的考試項目：3 mm不銹鋼板對接的脈沖——連續機器人激光焊，學生須在課程教學過程中探索，找到該項目的工藝以及操作解決方案，教師也要在適當時候加以提醒和暗示，確保學生帶著解決問題的態度開展整個課程的學習，從而提高學生不斷探索的精神。

另外，與傳統弧焊已形成完整的焊接體系不同，激光焊尤其是激光自熔焊尚存在工藝上、材料上的難點有待解決，所以在課程項目設置時，操作類的項目采用工藝上比較完備的材料如黑色金屬，而工藝類的項目采用學生操作上熟練的位置如平焊位置，這樣，不至于一個項目同時存在操作和工藝上的知識點，減小學生學習、理解的難度。為保證課程項目緊扣時代的發展，尖端加工技術領域的課程在項目設置時應選用合適的科研項目?？蒲许椖康囊胫攸c是培養學生認識、分析、解決問題的能力，但部分科研項目晦澀難懂，在進入高職課堂前須對項目進行加工和選取。在高職院校中理論類的講述太多不僅不能提高學生的知識水平，反而會使學生產生退縮、厭學的情緒，所以，操作和工藝類的科研項目是較為適合高職教學的項目，機理探索類的科研項目不太適宜高職教學。在正式教學前，教師須對科研項目進行加工與取舍：選取其中有利于提高學生技能水平的部分，機理探討的部分與焊接實際結合，針對學生焊接操作實際中產生的焊接缺陷探討機理，提高學生理論學習的積極性和實用性。

此外，尖端加工技術類的課程項目在設置時更應跟緊時代、緊扣地區經濟熱點，項目設置應做到因時制宜、因地制宜。近幾年，學校所在地區（常州市）正全面推進“新能源之都”建設，為服務地方經濟與發展，通過走訪調研以及與企業行業專家的交流，在最新的課程項目中加入了焊接電池的內容，如鋁合金電池外殼的機器人激光焊，鋁合金激光焊工藝的設計等項目，由此做到“因時制宜、因地制宜”，項目設置與地方經濟社會發展貼合更密切。

（三）更豐富的資源建設

新的課程的開設必然會存在資源不足的情況，課程以焊接技術國家級教學資源庫升級改造項目為抓手，開始課程資源的建設。

1.理論知識的資源建設上，分為現有資源和豐富資源，現有資源是指在課本、標準、文獻中已有的知識點，這部分是將已形成文字性的知識點制成課程資源，這一部分資源主要以講授錄屏和動畫制作為主；焊接是一門經驗性學科，尤其在新的焊接方法上，很多工藝問題尚沒有成熟的解決方案，解決問題的方法有所差異，部分解決問題的方法是在一定理論知識的基礎上總結出來的經驗，所以這一部分的資源制作就屬于豐富資源。豐富資源的制作重點在于積累，積累日常教師在科研上的新材料的激光焊以及社會服務中遇到的工藝難題及其解決方法，將這一系列工藝上的知識和解決方案制作成課程資源，從解決具體問題的角度具體分析，并注意結合文獻中的最新理論成果，不斷增強豐富資源的數量和質量。

2.操作技能上，本課程操作類的教學內容占了較大比重，所以操作方法上的資源制作也占據了課程資源制作中較大的比例。在操作類資源制作上，需注意學生的現有基礎，常州工程職業技術學院智能焊接專業的學生在學習本課程之前，已有機器人焊接基礎、機器人弧焊技術等弧焊機器人的操作基礎，操作課程資源的建設應在學生現有知識體系的基礎上進行拔高，不能簡單地重復之前已有的部分基礎操作，造成課程資源的浪費。另外，資源制作過程中也可總結弧焊機器人的操作要點，與本課程的操作方法進行對比，提高學習效率。

（四）更優秀的教師團隊

現階段，由于尖端加工領域技術革新更快，新工藝、新材料不斷涌現，因此尖端加工技術領域的課程開設須充分整合資源，組建一支高學歷高素質且在不斷學習的教學團隊。

機器人激光焊技術課程團隊在構建過程中，做了以下工作。首先，在構建校內課程團隊時，除選人具備基本的高職院校教師的職業素養、職業操守和專業理論知識外，還須具備較好的科研能力。由于機器人激光焊技術課程中的部分工藝參數對焊接質量的影響尚沒有明顯的規律性，部分文獻中敘述的規律在實際應用中難以實現，這給日常教學帶來了較大的挑戰，因此，機器人激光焊技術組建了一支以博士為核心的校內教學團隊，團隊成員具有博士學歷的超過75%，團隊在課程領域有一定的科研基礎，對工藝、材料、設備等方面的內容有了自己的理解，并能及時了解課程領域的新動向和新發展，從而可以準確判斷學生日常實踐和畢業設計中出現的問題，并加以總結、選取和優化，最終再運用于日常的教學中。其次，教師團隊要以青年教師為主，組建一支以“80后”和“90后”為主的青年教師課程團隊，可以給學生更專業的指導，且青年教師具有更強的學習能力和學習自主性，能夠關注課程領域的前沿動態，實時更新教學內容。并且課程團隊須有企業人員參與，與學校深度合作的南京先進激光技術研究院，在課程項目設置、校外實訓基地建設方面給予課程較大幫助，新的學年中更新的課程標準都會得到相關領域企業人員的指導，保證課程教學內容緊扣企業生產實際。最后，學校與吉林大學材料學院合作，聘請了在焊接領域取得突出成就的學者和專家組成吉林大學焊接團隊，定期到校與任課教師面對面交流、開展主題講座，就激光焊領域的問題進行深入的研討和分析，幫助把握課程前沿領域方向，指導課程教學內容，并通過課程及項目的建設輔助青年教師成長。

（五）更合理的教學手段

在尖端加工技術領域的課程中，教學方法的選用更應做到“因課制宜”，這樣才能取得事半功倍的效果。尖端加工技術領域的課程普遍具有設備少、領域新的特點，鑒于此，機器人激光焊技術結合“互聯網+”的時代背景，利用制作好的課程資源，搭建線上線下相結合的課堂教學平臺，線上課堂的設立主要是為了應對教學資源稀缺的問題，通過線上平臺，學生可以反復觀看，掌握操作要點，同時也可以在平臺上進行交流；線下課程主要以講授工藝重點和實訓為主，合理制定實訓安排，保證每位學生都有機會進行操作并實踐自己的工藝方案。

線下的課程教學主要使用的教學方法包括：小組法、情景教學法。采用小組法可以一定程度上解決實訓設備不足的問題，還可以通過小組討論制定工藝方案、商討設備操作中的重難點，并且組內同學的相互配合、協作將會降低由于個人誤操作導致設備損壞的概率。在本門課中小組法的運用不僅僅是在組內，每節課后會在組間進行評判，通過對焊接完成后的試樣焊縫外觀和內部檢驗結果進行對比，得到最優組和最優焊縫，并在平時成績中給予體現，從而提高學生的學習和探索熱情。使用情景教學法，則是因為現階段激光焊領域的標準較為缺乏，尤其是實際應用方面，各個企業對焊縫要求各異，利用筆者及團隊前期做過的企業項目，將課堂設置在實訓室和車間，針對實際的企業零件，創設真實的工作環境和質量要求，讓學生以員工身份制定焊接工藝規程、設計焊接方案，按照企業要求完成焊接。

（六）更強探索意識的培養

隨著科學技術的發展和進步，具有創新和探索意識的技術技能型人才作為“中國制造2025”的重要組成部分，可以在未來的產業升級和技術革新中發揮重要作用，因此培養具有探索意識的人才是時代發展的需要，而尖端加工技術領域的課程肩負著更具科研和探索意識人才培養的任務和使命。

要提高學生的創新及科研意識，機器人激光焊技術課程可以：第一，給學生更多的時間與空間，課程采用項目化的教學方式，項目任務提前1～2個月下發給學生，并在課程開展過程中實時提醒，給學生充足的時間思考和查找資料，采用“一對一”以及“一對多”并舉的模式，對于操作較為簡單以及焊接性較好的材料，主要采用課程項目的“一對多”模式，對于操作較為困難焊接性不好的材料，采用“一對一”的畢業設計課題的形式。第二，加強交流與溝通并進一步強化學生在教學中的主體地位。課程采用項目式的教學方法，由學生每節課前制作PPT對項目進行匯報，匯報PPT通過小組的形式共同完成。課程開始的時候教師會要求每位學生在課程期間向匯報的小組至少提出兩個以上的問題，以規章制度的形式要求學生發現問題，如此可以增加課程過程中的交流與溝通。學生通過發現問題的過程加強探索和科研意識的培養，此外，匯報小組的同學在回答問題的過程中也強化了對課程的思考與領悟，對于學生難以解答或者解答不到位的問題，教師再予以補充，充分發揮學生的主觀能動性并充分尊重學生課程的主體地位。第三，創建探索和創新的良好的學習氛圍。良好的探索的文化氛圍可以在潛移默化中感染學生，教師在講課的過程中結合企業的生產實際，要求學生記錄自己焊接的成品率和焊接效率，從降本增效等角度給學生灌輸探索和創新的必要性，并通過學生自主的工藝優化不斷提高成品率以及焊接效率，讓學生設身處地地感受探索和創新的必要性，使探索和創新的學習氛圍深入人心。

三、成果分析

2023年，筆者通過數年的建設和不斷的試驗，課程由最初的32課時提高到了48課時，已擁有較為完備的課程標準、教學方法和教學資源。通過這幾年的課程建設也取得了一定的成就：2019年，學校組織學生報名參加了“1+X”特殊焊接（中級）等級考試的考證工作，我校選考一個實操考核項目（總共三個實操項目，另兩個選考的項目為手工焊的操作項目）為20#鋼管水平轉動自動化激光焊，考核涉及工藝卡的編寫、機器人的示教編程、焊后的外觀檢查以及焊后探傷檢測等方面的內容。該實操項目是學校第一次在正式考核中引入激光焊的項目。學校共組織14位學生參加激光焊的考核，通過前期課程的學習提升了學生對機器人的操作和激光焊工藝的掌握和理解，最終這14位學生自主完成了從工藝卡的制定、試驗焊前處理、定位焊到示教編程及焊接的所有考核內容，并且根據各自編輯的工藝卡焊完的試樣均通過了外觀和探傷檢測，項目通過率達到100%。從2019年開始至今，我校在“1+X”特殊焊接技術的考評中始終保持激光焊的相關項目，激光焊項目的通過率始終保持在90%以上。另外，授課的學生中有10多位提前進入畢業設計環節，跟隨教研室多位老師進行激光焊的工藝優化及其機理的研究工作，先后獲得院級優秀畢業設計一等獎、二等獎的好成績。

參考文獻：

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