《弧焊电源及控制》课程创新改革与实践

常云龙 张悦 苏允海 张楠楠 左晓姣

摘要： 《弧焊电源及控制》课程是焊接技术与工程专业的专业基础课程，其理论性和实践性均很强。针对目前教学过程中存在的理论与实践脱节、学生电力电子技术基础薄弱等问题，将知识传授、能力培养和价值塑造融为一体，把现代化信息化技术应用到教学全过程，构建了独特的SPOC平台和教学资源库，提出一种即时和快速应用教学方法。通过线下一流课程教学改革，取得了良好的效果。

关键词：弧焊电源;干中学/学中干;教学改革

中图分类号：G642      文献标志码：C         文章编号：1001-2003（2021）06-0101-03

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.06.19

0    前言

《弧焊电源及控制》课程是焊接技术与工程专业、材料成型及控制工程专业焊接方向的学生学习和掌握各种常用弧焊电源及其控制方法的基本理论、基本知识和实践实验技能的专业课，其理论性和实践性都很强[1]。其先修课程是 《大学物理》、《电工电子技术》等。该课程学科交叉，内容涉及电工和电力电子知识、自动控制理论以及焊接电弧基本理论[2]，是学生们反映最难的一门课。在以往授课过程中存在着很多问题[3]，导致教学目标难以达成，针对课程教学开展了为期3年的研究和实践探索。

1 课程与教学改革要解决的重点问题

（1）电工电子技术、数字智能控制技术等控制学科与焊接技术等材料学科的有机融合问题。

本课程学科交叉，涉及内容广泛，涵盖电弧物理和电工电子技术，对于材料学科的学生，电力电子基础知识非常薄弱，只有将其与材料学科焊接技术深度融合，才能形成独具特色的知识体系及基础理论，满足材料学科高层次应用型人才的培养需求。

（2）基础理论知识如何与实践环节快速紧密衔接的问题。

传统教学最大问题是学生所学与实践相脱离，学生在学习过程中感到焦虑，不知道学习的东西将来如何应用。另外传统授课采用老师讲授，学生听课，尽管运用了一些互动讨论、实验项目和案例教学，但实践环节薄弱，所学知识不能很快付诸应用，可能毕业后到企业方可应用，甚至终生不用。

（3）课程理论知识的前沿性与专业基础性兼顾的问题。

智能焊接制造是焊接技术在高端制造领域的前沿技术。传统课程忽略了高端数字化智能电源对装备制造业的基础工艺和核心技术支撑[4]，作为面向材料领域人才培养的专业基础课程，须兼顾学生的专业基础，同时应体现技术发展的时代特征，提升课程的高阶性和创新性。

2 课程教学改革

（1）优化教学内容。

以大概念为视角分析课程教学内容、确定课程教学大纲、规划教学目标，是知识转化为能力素养的重要途径。以学科大概念来统领和组织教学内容将会揭示知识间的纵横关系。该课程的学科大概念包括电弧、电源特性、电源-电弧系统、开关器件、主电路拓扑、控制电路拓扑等。以电弧为例，作为学科大概念，包含了电弧物理、电弧形态、电弧热/力分布、动态静态特性等知识点，同时电弧是国际学科前沿和研究热点，将电弧研究最新科研成果引入课程教学，有利于培养学生利用已有知识解决问题，进而生成新知识的能力，如图1所示。

（2）改革教学方法。

改革传统教、学分离的教学范式，构建弧焊电源课程专业教师和学生学术共同体。在学习共同体中，教师和学生都是学习者[5]，教师在学术研究中要紧跟学科前沿和国家重大需求，将科研融入教学[6]，培养学生的高阶思维能力。

改革传统授课理论和实际脱离的教学模式，引入“ 干中学 ”“ 学中干 ”（Learning by doing）实践教学环节。实践制作中每人制作一台逆变弧焊电源，目的是解决学生理论和实际脱离、工程实践能力较差的问题（见图2、图3）。采用同伴教学法开展教学，即同学将自己所学交给同伴，大幅提升学生的知识获得和保留率。

（3）强化过程管理。

课前导学：在校园网建立课程学习平台，每一讲都设置课前问卷、课堂PPT、视频学习、课后练习。通过课前问卷，教师会提前知道学生存在的问题及需求，以便更好地在课堂上进行讲授。课程基础知识的学习，通过课前导学来完成，要求学生提出很多相关问题，另外教师和学生还可以在网络平台上进行互动讨论。

课中研学：学生通过课前导学提出问题，带入课堂，在课堂上与老师进行提问交流，探究式学习，老师有针对性地进行知识点讲授，达到精讲效果。

课后践学：每次课后留有作业和思考，并进行实践制作一台电源。老师将电路原理图、电子器件、变压器、线路板等器件发给每个学生，学生根据工艺图、电气原理图进行线路板焊接，使用示波器、穩压电源、万用表和负载箱进行安装调试。学生调试好电源后，实施焊条电弧焊接。通过“ 干中学 ”“ 学中思 ”，大幅提升学生的实践能力。

3 课程改革效果

（1）通过教、学、做合一，学生利用所学理论知识解决实际问题的能力得到大幅度提高。问卷调查显示，学生动手操作能力提升28%，团队协作提升22%，沟通能力提升21%，主动意识提升18%，如图4所示。

（2）自主设计和研发了具有一定挑战度的课程实践内容，即一种有限双极性软开关小型逆变电源，满足了学生实践需求，提升了科研素质。利用该技术开发了特种电源，助力大学生创新创业项目，获得了学生的一致好评。

（3）即时应用的教学方法提升了学生学习的主动性，获得了良好的教学效果。学生对该教学模式的满意率达到93%，其中非常喜欢达到52%，如图5所示。该教学模式也获得了同行专家的高度评价。

4 结论

《弧焊电源及控制》课程坚持以学生为中心，改革传统理论授课和实际脱离的教学模式，引入了教、学、做合一，学、干、思结合。经过多年的教学改革与探索，通过对教学内容的优化，解决了控制学科电工电子技术、数字智能控制技术与材料学科焊接技术的有机融合问题;通过学生每人自主制作一台有限双极性软开关小型逆变弧焊电源，促使学生快速运用（Immediate use）所学理论知识解决实际问题，提高工程实践能力;引入高端数字化电源软件编程，将多物理场耦合学术研究和科研发展前沿成果融入教学，通过构建电弧模型以及数字化软件编程方式，提升学习的挑战度，以培养学生分析解决问题的综合能力。

参考文献：

梅强. 弧焊电源课程实验教学研究与实践[J]. 学园，2015（11）：88+91.

樊中免，刘长军. 《弧焊电源控制》工程实践教学改革探讨[J]. 科技风，2017（2）：18.

朱海洋，汪晓勇，蔡啸涛. 弧焊电源课程教学改革与探索[J]. 科技资讯，2018，16（10）：185-186.

冯曰海，冯成，王克鸿，等. 面向“ 新工科 ”的“ 弧焊电源 ”课程教学改革与探索[J].工业和信息化教育，2019（9）：15-19.

Robert B Barr，John Tagg. From Teaching to Learning—A New Paradigm For Undergraduate Education[J]. Taylor & Francis Group，2012，27（6）：.

Shufen Qiu. The Development Tendency of Curricula Construction in College[A]. Proceedings of 2016 5th International Conference on Social Science， Education and Humanities Research （SSEHR 2016）[C]. 信息化與工程国际学会：计算机科学与电子技术国际学会（Computer Science and Electronic Technology International Society），2016：4.