陳 翔，趙作福，何 為，王俊生，穆星宇
金工實習焊接實訓的思考與多維度教學改革
陳 翔，趙作福，何 為，王俊生，穆星宇
(遼寧工業大學 工程訓練中心，遼寧 錦州 121001)
為了改善新型工業背景下，傳統焊接實訓單維度教學模式與相對固定的教學內容不能滿足現代人才工程意識、創新意識、綜合能力、實踐能力的本科畢業生人才要求，通過對遼寧工業大學(以下簡稱我校)工程訓練中心金工實習的焊接教學特點與現狀思考，對焊接實訓的教學模式與教學內容進行了建設與規劃。結合我校焊接實訓基礎與特點，建立了線上課前預習、虛實結合實踐教學、實訓室長期開放的多維實訓模式，規劃了多維基礎熔焊實體訓練內容，并對虛擬焊接、壓焊與釬焊實訓內容擴展進行了分析與論證。建立基于線上教學、虛實結合、多種類擴展、綜合創意、常態訓練的多維焊接實訓模式，能夠全面有效提高焊接人才培養質量，有利于提升學生工程焊接實踐能力。
金工實習；
焊接實訓；
教學模式；
多維實訓模式
近年來，隨著現代工業的迅猛發展，以智能化、自動化、現代化為主要特點的新型工業先進制造技術應運而生，我國工業正面臨著前所未有的挑戰與機遇。因此，著力開展先進制造技術的應用與普及已成為現代工業發展的重點方向之一[1-2]。在此背景下，隨著現代教育中高素質工科人才需求的日益加大，如何有效提升高素質工科人才的培養質量已逐漸成為現行高校的教學重點，也是各大高校，特別是應用型大學未來發展、立足社會的建校根本[3]。
高校的工程訓練中心是培養和提升高校工程人才素質與能力的主要教育基地，是應用型大學全面人才培養的重要教學單位[4]。其開設的金工實習課程、電工電子實習課程、創新教育課程等是本科人才培養中極其重要、不可或缺的教學環節。作為本科應用型人才初步認識工業生產的重要紐帶，同時作為本科畢業生直面社會發展需求重要的能力提升平臺，建設并完善務實的、與時俱進的現代工程訓練中心教學工作，是各高校適應現代工程人才培養需求的重要改革部分[5]。傳統的金工實習教學內容與形式已逐漸難以適應現代人才培養的需求[6]。特別是一些社會人才需求量大，工作環境較差的熱加工教學內容，如焊接、鑄造、表面處理技術等，其人才能力培養質量與現代工業的人才能力需求差距較大。熱加工教學作為金工實習教學中的重要組成，應有和冷加工同等重要程度的教學安排，但是部分高校熱加工金工實習教學相對薄弱。傳統的焊接實訓教學，一般采用單維度的教學模式與相對固定的教學內容，已經完全不能滿足現代具有工程意識、創新意識、綜合能力、實踐能力的本科畢業生人才的要求。因此，本文從我校金工實習熱加工部分教學特點與現狀出發，在多維度模式下對焊接實訓教學改革進行探究與思考。
焊接實訓教學具有諸多鮮明的特點，主要從教學形式、授課內容、教師認知、學生參與程度等4個方面體現，總體表現為教學形式單一，授課內容局限化，教師對焊接實訓的重要性認識不足，學生難以接受、積極性較差等現狀[7]。
（一）傳統單維度焊接教學模式較為單一
教學形式單一可以說是現在部分高校金工實習所面臨的共性問題，其中焊接實訓體現得更為明顯。我校現有焊接實訓依然采用傳統單維度教學方式，即僅依靠教師演示性教學，學生通過觀察后按照教師的操作手法與技術要領進行機械模仿練習的模式。從教學目標來看，單維度教學符合傳統金工實習培養學生動手實踐能力的初衷，但是在人才培養質量新的要求下，此模式對學生能力的提升略顯不足。眾所周知，焊接操作是一個熟能生巧的過程，學生在金工實習以前雖然對焊接概念并不陌生，但是具體到專業設備的運用及實際動手操作，一般來說都是第一次接觸，因此在1—2天內不同項目的焊接訓練中，學生很難建立“熟能”的過程，更別說“生巧”能力的培養。從本校對學生焊接實訓的滿意度調查來看，對于現有焊接實訓的滿意率僅為19.2%，而更多的反映是僅僅參與過焊接實訓過程，或者離開教師后依然無法獨立操作。由此可見，建立多維度焊接實訓教學模式尤為重要。
（二）單維度焊接教學內容局限性
隨著“新工科”概念的提出，工程能力所覆蓋的方面不斷擴大，部分高校通過開展智能制造、工程管理、創新教學來豐富工程訓練內容，但是適用于焊接實訓的內容補充依然相對局限[8]。從我校的金工實習來看，機類學生在2天的焊接實訓中進行手工電弧焊、氣焊、氣割3個項目的訓練，雖然時間安排較為緊湊，但是還停留在最為基礎的熔焊訓練中，而更高層次的熔焊，如氬弧焊、氣體保護焊并未開展。究其原因，一方面是源于高層次熔焊加大了設備、教師的投入，一般高校難以承受；
最重要的是像氬弧焊、氣體保護焊都是在基于傳統電弧焊的基礎上進行操作的，學生在短時間內手工電弧焊都操作不好，自然無法進行更高層次的焊接訓練。另一方面，若開展諸如氬弧焊等熔焊演示性教學，學生只是參觀學習，難以達到培養學生動手能力的目的，使得設備成本的投入與教學質量的提升不成正例。因此，大多數高校一般不開展高層次的熔焊訓練。對于壓焊和釬焊等實訓項目，在過去的傳統金工實習發展中，一般屬于介紹性講解內容，高校沒有相關設備進行實際操作訓練。但是，隨著工程的發展與科技的進步，壓焊、釬焊等相關設備成本越來越低，適用于工程訓練的教學設備也不斷涌現，促進了此類焊接訓練項目的開展，使得原本難以開展的焊接項目有機會被安排進學生的金工實習中。因此，在焊接實訓教學內容的多維度建設中，在加強傳統電弧焊、氣焊的同時，不僅要向更深層次的熔焊深入，還要挖掘可行的壓焊、釬焊實訓項目，以滿足不同專業領域的人才需求。
（三）授課教師對焊接實訓的認知偏差
“新工科”概念的提出，促進了高校對培養人才質量的提高，也加大了對授課教師能力的更高要求，同樣金工實習對授課教師能力的要求也在不斷加大。但是，從我校的實際情況來看，焊接實訓教學的人才儲備相對薄弱，主要表現為缺少實踐能力強的年輕教師，授課仍以老教師為主。從我校近年的人才引進發現，具有高學歷人才對傳統焊接實訓崗位缺少興趣，究其原因主要有以下3個方面：
1. 高學歷人才對工程訓練指導教師角色的認知存在偏差。高校畢業生通常認為工程訓練特別是金工實習屬于“低端”崗位，不適合碩博等高學歷人才，而更適合技工、技師此類技術人員，導致高學歷人才不愿降低身段。
2. 對于傳統焊接實訓的教學環境不滿意。焊接環境存在煙塵、強光、高熱等有害因素，授課教師在此環境里往往需要通過較長時間的鍛煉后才能逐漸適應，導致部分教師對此實訓項目存在抵觸心理。同時，焊接實訓具有一定的操作危險性，容不得半點馬虎，新進教師通常需要按照一線工人的要求實際操作較長時間后（通常為1—2年）才能夠勝任崗位。焊接實訓的儲備人才培養在惡性循環中發展。
3. 對操作信心不足，錯誤認為與自身發展方向不符。現代教育對傳統焊接實操的培訓不健全，高校學生所學內容更貼近前沿技術，對傳統的電焊、氣焊訓練較少，反映在對指導學生操作的能力與信心不足。同時，許多畢業生錯誤認為傳統金工實習與自身的科研學習經歷不符，課程沒有發展空間，不愿意踏足此類教學中。因此，在焊接實訓授課教師人才培養的多維度建設中，不僅要更正現有教師的認識偏差，還要建立具有發展潛力的培養模式與內容，使得授課教師以及未來引進人才能夠得到較好的發展空間。
（四）學生對焊接實訓的接受效果較差
通過對機類、非機類、材料學院焊接專業學生的問卷調查來看，學生對焊接實訓的效果不太滿意。從焊接專業學生的調查來看，學生對基礎焊接實訓比較重視，但是集中反映出訓練中的時間較短、訓練中缺少教師一對一的指導、對焊接操作后質量缺少檢測與評價等問題。從機類學生的調查來看，最大的問題是多數人認為焊接與所學專業的相連性不強，缺少學習興趣，存在應付心理。從非機類的調查來看，學生的抵觸心理較大，特別是偏向藝術設計的產品設計專業，學生的參與度較低。究其原因，接受效果較差主要是由于現有教學模式缺少持續漸進的訓練模式，缺少綜合性、創新性的焊接內容，以及教師資源相對不足導致。因此，在焊接實訓教學的多維度建設中，模式與內容的改革均離不開對學生接受效果的思考，適合于我校學生的改革措施是提升實踐能力的根本前提[9]。
我校工程訓練中心自2020年9月進行新一輪的課程體系改革，金工實習是其改革重點之一。隨著手機APP軟件的發展以及虛擬仿真技術的應用，為了克服金工實習循環周期短，實踐項目多等問題，將打造基于課前預習、虛實結合實踐教學、課后復習測試、實訓室長期開放的多維度教學模式，以焊接實訓為例，如圖1所示。
焊接實訓課前預習是通過企業微信平臺，搭建了以焊接實訓理論知識為基礎的金工線上教學平臺，學生通過下載手機APP在實習前完成相應基礎知識和專業名詞的自主學習，通過觀看線上的多種類焊接視頻演示，增加學習興趣。
圖1 焊接實訓三維教學模式改革
在此一維學習階段，打破學生在未建立實習概念的情況下，匆忙參與實踐課程學習的教學模式，以建立實訓前良好的感官認識，較大程度上消除專業隔閡，并經過實習動員預講對學生在線上自主學習時所產生的諸多疑問做簡單的解答，使其在實習中能夠更好理解焊接理論知識。改革模式下的焊接實訓重點依然是課中學習實際操作（二維學習階段）。該階段將虛擬仿真焊接教學與實體焊接教學有機結合，將電弧焊、氣焊等熔焊內容從基礎性操作向綜合性、創新性、趣味性訓練轉變。針對不同專業設計不同類型的焊接作業項目，通過擴展添加1—2個壓焊、釬焊項目，改善僅以熔焊為主的單維教學模式，最終建立全類型多維焊接實訓模式。
焊接實訓是一個需要長期練習，熟能生巧的操作項目。因此，在新改革模式下，通過焊接實訓室長期開放，建立起長期鞏固的常態化三維學習階段。學生在焊接實訓結束后，依然可以自主安排時間，經常參與焊接的虛實操作練習。伴隨著焊接虛擬仿真技術的興起，焊接操作的安全性得以保證，成本得以降低。配合周期性焊接實體操作訓練，使得該模式下的學生焊接實踐能力有效提高。
（一）加強虛擬仿真焊接實訓建設
由于焊接實訓的技巧性較強，學生在短時間內不易快速掌握操作要領，實體焊接訓練的初期容易造成設備及人身的傷害，導致學生產生抵觸心理。同時，大量的焊接訓練對焊條、焊絲的成本需求較大，不利于學生長期實訓的開展，故在課中實訓階段增設虛擬焊接實訓，以保證學生大量、長時間的實訓需要，同時降低實訓成本、保證實訓安全[10]。在虛擬焊接實訓完成后再進行實體焊接操作，真正做到虛實結合的教學模式。同時，虛擬焊接的訓練可有效擴展不同類型的焊接訓練，做到實訓的擴展與延伸，如圖2所示。
虛擬仿真焊接實訓不僅可以高度還原焊接過程，還易于擴展CO2焊、MIG焊、MAG焊和TIG焊等多種焊接工藝的模擬，可讓學生在較為真實的仿真模擬環境下進行操作技能練習，有效提高長期焊接訓練的趣味性與可行性。而在三維鞏固學習階段，虛擬焊接實訓能夠有效加大實訓室的開放程度，使得長期訓練的準備周期變短，物質資源和人力資源的成本下降，有利于常態訓練的開展。
（二）加強壓焊、釬焊實訓課程維度建設
現行焊接實訓以開設手工電弧焊和氣焊兩個項目為主，屬于基礎熔焊項目。在多維教學模式下，僅進行基礎性焊接訓練，不利于學生的全面發展，故發展壓焊、釬焊等多維訓練課程顯得格外重要。
攪拌摩擦焊作為壓焊的一種，其設備簡單，操作過程方便，易于實現機械化、自動化，同時能耗低功效高，對作業環境要求低；
焊接過程安全、無污染、無煙塵、無輻射等，因此特別適合在焊接實訓教學中展開。激光焊接作為釬焊的一種，越來越受到各高校工程訓練的關注[11]。由于金工實習學生群體數量較大，訓練成本不得不加以考慮。傳統焊接對物料的消耗較大，因此薄板焊接是學生練習作業件的首選。小型Nd：YAG固體脈沖激光焊接操作簡單靈活、安全系數高，廣泛適用于金屬和非金屬的薄板焊接，是較為理想的釬焊訓練項目之一，如圖3所示。
圖3 Nd：YAG固體脈沖激光焊接
同時，激光焊接設備往往自動化程度較高。激光器代碼一般采用數控代碼，這與數控加工實訓、數控電火花實訓的代碼幾乎相同，有利于學生綜合創新能力的培養與加工興趣的建立，如圖4所示。此外，激光焊接設備還可作為激光熔覆設備、激光表面強化設備使用，較大程度上提高了設備的利用率，也擴展了學生的眼界，使其廣泛接觸前沿科技，有利于工程能力的養成。
圖4 不同數控編程下的激光焊接路徑模擬
（三）加強基礎熔焊實訓課程維度建設
在構建壓焊、釬焊等焊接實訓項目的同時，也不能忽視傳統手工電弧焊、氣焊等基礎實訓項目。在多維基礎熔焊實訓模式下，學生熟練掌握虛擬焊接操作后，即要進入實體熔焊階段，如圖5所示。由于虛擬焊接對學生操作能力的培養，較大程度地提高了學生對焊接手法的熟悉程度，使得焊接內容不單單局限于傳統的平焊操作，而是可以建立多維的平、橫、立、仰不同位置的焊接訓練。從作業件的選擇上，根據機類、非機類不同專業學生的接受程度，以薄板平焊為基礎，針對接受能力強的學生選擇開展薄管/薄板固定焊接，作為能力水平的提升。同時，綜合創意類焊接訓練也納入在多維訓練的模式中，例如訓練時所提供的板類、管類作業件在幾輪焊接實訓過程后，已經逐漸成為體型較大的焊接“藝術作品”，后續練習生不斷憑借自己的創意設想為作品錦上添花；
而在氣焊訓練中，在基礎練習過后，若同時實訓人數過多則選擇多人組合拼接焊完成創意作品，而若實訓人數較少則先通過薄板繪畫后，按照設計圖形完成氣焊訓練。此模式在產品設計專業應用效果更佳。
圖5 多維基礎熔焊實體訓練內容
人才培養方面，在多維焊接實訓模式下，由于虛擬仿真的加入能夠有效地開放訓練時間，通過不同種類虛擬焊接項目訓練可以較大程度地適應不同專業的課程需求，仿真模擬中的質量檢測能力和自動糾錯功能還可以有效地解決教師指導精力不足的問題。而綜合創意性基礎焊接訓練不僅能夠夯實操作基礎又可以較大程度地激發學生學習興趣，壓焊、釬焊的引進增加了學生視野，真正做到綜合素質全面發展。
在引進教師人才培養方面，壓焊、釬焊方面的畢業生可以為傳統焊接提供人才供給，也為焊接指導教師的未來發展提供方向。同時，新進教師通過虛實焊接培訓模式可以更快地融入崗位，形成焊接實訓儲備人才的良性循環。
焊接是現代工業生產非常重要的加工手段，因此焊接實訓在當今高校的工程訓練中仍然處于非常重要的地位。然而，考慮到焊接加工的環境與較難的操作性，使得學生在提到焊接練習時就會談虎色變，致使焊接實訓一度成為金工實習中最為薄弱的環節。因此，尋找到適合于高校焊接實訓發展的新型教學模式是現代工程焊接能力培養的當務之急。隨著線上教學、虛擬教學的蓬勃發展，加以前沿壓焊、釬焊技術的不斷涌現，建立基于線上教學、虛實結合、多種類擴展、綜合創意、常態訓練的多維焊接實訓模式，能夠全面有效地提高焊接人才培養質量，為高校焊接實訓的發展注入新的活力。
[1] 吳正洪, 盧耀暉, 張萌, 等. 以數字化制造為主體的工程訓練課程的立體化教學初探[J]. 科學咨詢(教育科研), 2020(7): 33.
[2] 曾勇. 后疫情時代我國新工科教育發展的機遇、挑戰及應對[J]. 高等工程教育研究, 2020(6): 1-5.
[3] 張戈, 葉曉勤, 駱明霞. 系統—優質—綠色—安全: 構建新工科教育的工程訓練[J]. 教育現代化, 2018, 5(48): 127-131.
[4] 王姝歆, 劉潤. “新工科”建設背景下工程訓練教學的探索與實踐[J]. 教育教學論壇, 2020(35): 119-120.
[5] 劉曉芹, 蔣國璋, 劉成松. 工程訓練教學新方法的研究與探討[J]. 高教學刊, 2020(25): 93-95.
[6] 馬磊. 機械類專業金工實習課程改革分析[J]. 內燃機與配件, 2020(10): 267-268.
[7] 李曉春, 耿冬妮, 范潤澤, 等. 教學改革視野下的工程訓練課程安排[J]. 鑄造技術, 2020, 41(7): 696-700.
[8] 陳華勝, 李恩普, 朱宏偉, 等. 一流本科視角下工程訓練中心建設思考與實踐——基于國內外19所高校的調研[J]. 高等工程教育研究, 2020(3): 85-90.
[9] 楊林豐, 許廣權. 文科生焊接機器人工程訓練教學設計[J]. 焊接技術, 2020, 49(7): 55-57.
[10] 高洪. 基于虛擬仿真技術的工程訓練教學[J]. 計算機仿真, 2020, 37(7): 391-393+408.
[11] 曹鳳紅, 蔣強, 秦朝輝. 激光加工工程訓練在師范類工科創新訓練中的探討與實踐[J]. 科教導刊(上旬刊), 2020(6): 26-28.
：10.15916/j.issn1674-327x.2023.01.029
G521
B
1674-327X (2023)01-0111-05
2021-02-26
遼寧省普通高等教育本科教學改革研究一般項目(444)；
遼寧省教育科學規劃課題一般項目(JG21DB280)
陳翔(1987-)，男，遼寧錦州人，高級實驗師。
(責任編輯：付春玲)
猜你喜歡熔焊金工釬焊石家莊學院金工實訓中心石家莊學院學報(2022年3期)2022-05-212A14鋁合金熔焊與攪拌摩擦焊交叉接頭組織與力學性能宇航材料工藝(2020年4期)2020-09-27鋁及鋁合金熔焊通用焊接工藝規范探析科學與財富(2019年30期)2019-10-30釬焊制造技術與機床(2017年3期)2017-06-23熔焊制造技術與機床(2017年3期)2017-06-23精湛的唐卡與金工技藝中國三峽(2016年10期)2017-01-15高校金工實習的改革與探討廣東技術師范大學學報(2016年5期)2016-08-22SiC_p/2024Al復合材料與SiC陶瓷的軟釬焊焊接(2016年3期)2016-02-27第21屆全國釬焊及特種連接焊接(2015年10期)2015-07-18赴美國參加第6屆國際硬釬焊與軟釬焊學術會議出訪報告焊接(2015年5期)2015-07-18