项目实践式教学法在生产实训中的研究与应用

2021-12-23周燕妮

科学咨询 2021年40期

周燕妮魏超

（中国矿业大学徐海学院江苏徐州 221000）

焊接自动化方向的生产实训环节，是在专业理论课结束后进行的，旨在理论与实践相结合，增强学生对焊接工艺流程、关键技能参数、设备、工具等的认知度，提高专业理论知识在实践中的运用能力，培养学生制定合理焊接工艺的能力的重要教学环节。生产实训的教学质量对于学生后续的毕业设计及实际工作的影响重大，因此，应对其教学方式进行研究和改善，提高教学质量[1]。

一、传统生产实训教学方式的问题

日前，专业理论课结束后，我院焊接自动化方向的生产实训在学校材料科学与工程专业实验室进行。我院材料科学与工程专业实验室具有各类下料切割机、金相显微镜、硬度计、各类手工焊机、焊接机器人、各类力学性能测试设备、各类焊缝无损检验设备、机械智能制造单元。实验设备先进、种类齐全、能够满足生产实训的教学要求。但焊接自动化方向生产实训的教学环节仍存在以下问题：

（一）教师主导、学生自主设计少

实训过程中，教师负责介绍焊接工件及焊接设备，讲授并示范焊接操作流程。教师将焊接实训的内容、流程、参数都规定了。学生仅需学习并练习焊接操作规范即可，不需要自己根据理论知识进行设计。理论与实践相结合少，实训成就感不高。

（二）教学内容单一，目的不够明确

焊接实训基本进行混合气体保护焊焊接，焊接方法单一。焊前无焊接工艺（参数）设计，焊后无焊缝检验、分析等。实训期间，学生主要练习气保焊的操作，没有实际工程意义，仅有部分焊工技能培训效果，不符合焊接工程师的训练目的。

（三）实际操作多，理论指导少

焊接实训主要进行焊接实际操作，焊接规范及手法的稳定性等，涉及的理论知识少，更不能运用各类焊接学科的基本知识。很难加强学生的专业理论，专业素养的提升也不高。

（四）成绩评定简单，不全面

实训主要以焊接实际操作为主，最终的成绩评定中，也只能参考学生的学习态度、操作能力。不易考察学生的基础理论，更难以辨别理论和实践相结合的能力，实训成绩评定指标过于片面，尤其是理论和实践相结合的主要能力考察不清晰。

二、项目实践式教学法的优势

项目实践式教学法是完成一个完整的实践性项目而进行的教学活动[2]。从焊接自动化的实际应用项目中，整理出一套与焊接实训相符合的教学方法，即“焊接工艺评定”。焊接工艺评定过程中，需先根据焊接任务，编制焊接工艺参数，然后经过焊接实际操作完成焊缝的焊接，使用焊缝无损检验检查焊缝质量，再通过编制的力学性能试验依据，对焊缝进行力学性能测试，最后查看焊缝的金相组织，进一步验证焊缝的质量，从而判定焊接工艺制定的合理性。

通过焊接工艺评定项目式教学，使学生在生产实训过程中既进行了焊接、无损及力学性能检验的实际操作，为学生的专业实践打下了基础。最重要的是，学生使用所学的各科焊接专业课，对焊接任务进行工艺编制、检验编制及质量评定。一方面将各专业学科进行了系统连贯地应用；另一方面，完成了今后工作岗位的一项重要工作，提高了学生专业能力。

三、项目实践式教学法的实施步骤

（一）合理设计任务

生产实训在所有专业课结束后进行的，因此，实训的项目任务内容既能解决实际生产问题，又能涉及到多门焊接专业课程的理论知识。项目有一定的难度，但通过对项目任务认真分析，并查阅已学专业书籍、焊接手册基本可完成。实训项目即焊接工艺评定涉及内容多，任务较复杂，可以将整个项目分解成若干子项目[3]，子项目的复杂性及难度降低，有助于学生完成整个项目，提高学生学习成就感。

焊接工艺评定项目任务为普通碳素结构钢Q235钢材料的焊接，板厚为20mm。项目内容包括焊接工艺设计及其焊接操作、焊缝无损检验设计及其操作、焊缝力学性能检测设计及其操作、焊缝金相检验设计及其操作及最终评定等9个环节。每个环节的任务不同，涉及的内容、原理不同。应根据每个环节的任务，涉及的范围，查阅相关书籍资料进行设计。各项设计的实际操作，若出现问题，可更改完善设计，进一步加深理论学习。其具体项目内容（部分）见表1。

表1 焊接工艺评定项目任务表

4.焊缝力学性能检测设计及其操作4.1焊缝力学性能检测项目选用4.2焊缝力学性能检测标准选用4.3焊缝力学性能检测试样设计4.4焊缝力学性能检测操作4.5焊缝力学性能评定测5.焊缝金相检验5.1焊缝金相检验试样切取5.2金相检验试样加工制作5.3焊缝金相组织观察分析6.焊接工艺质量评价6.1焊缝成形分析6.2焊缝无损检验质量分析6.3焊缝力学性能分析6.4焊缝金相组织分析6.5焊接评定是否合格

（二）查阅书籍资料，自主制定项目内容

根据焊接工艺评定项目任务，分解成子项目后，设计子项目计划内容。在焊接工艺评定操作前，需对各子项目工艺参数进行设计，设计的具体内容如下：

1.焊接工艺参数制订：根据焊接工艺评定项目任务，依据现代焊接方法专业课程，选用合理的焊接方法、焊接极性等。依据焊接工艺及焊接手册专业课程，设计焊缝坡口、焊接材料、焊接电流、电压、速度、气体流量、焊接姿态、焊丝规格等。依据焊接结构学专业课程，计算焊缝尺寸，预估焊接残余应力及变形，设计控制变形措施。最后还需依据焊接夹具设计专业课程，分析是否需要定位、装夹夹具等。

2.无损检验设计：根据焊接任务及焊接工艺参数，预估焊缝可能出现的焊缝缺陷及其位置。依据焊接检验专业课程，选用无损检验方法或多种检验方法并用。根据国家检验标准，准备无损检验设备，按照无损检验规范执行检验，记录检验结果，进行焊缝质量等级评定。

3.焊缝力学性能检测设计：根据焊接任务、焊接工艺参数以及焊接检验专业课程，确定焊缝力学性能试验方法。焊缝的力学性能试验一般包括焊接接头拉伸试验、焊接接头弯曲试验、焊接接头冲击试验。然后确定各试验的国家标准，依据标准确定取样数目及位置，设计试样加工形状、尺寸。按照力学性能试验标准执行检测，记录检测结果，进行焊缝力学性能合格评定。

（三）验证自主编制的工艺

学生通过查阅书籍等相关资料，编制出相关焊接工艺评定项目的各项工艺，包括焊接、无损检验、力学性能测试等。接下来按照指定的工艺参数，进行实际操作验证其合理性。在已编制的工艺基础上，学生对理论知识已有一定程度了解，对焊接实际操作验证较清晰。并且对验证结果的关注度高，提高了学生对生产实训的能动性。[4]

1.操作验证前提问：每天实训前，学生可对前期的设计、操作过程中的疑惑进行提问。教师可引导性地给出建议，让同学们在后续的验证中找到答案。同时，教师在验证前提出几个让同学们注意观察的问题，让同学们带着问题去实际操作。

2.操作验证中调整：在工艺验证过程中，存在不同程度地偏离设计者的预期，设计者可根据理论进行工艺参数修正，并进行修正后的验证，可根据验证结果进行多次修正及验证，找到更好的工艺参数。

3.操作验证后总结：实际操作验证后，预留30分钟，对当天验证效果进行总结。并将出现的问题进行探讨分析，提出下一步整改思路。

（四）多板块评价，提高评价合理性

课程评价是教学过程中的重要环节，客观公正的评价方式，有助于提高学生学习的积极主动性；同时也能使师生双方根据结果主动进行总结、反思，促进教学持续改进[5]。

在生产实训的成绩评定方式中，将个人总得分为参数设计得分占比30%，实际操作得分占比30%和实习报告评分占比40%等三部分。因此，在生产实训成绩的评价中，既有理论设计得分，也有实际操作得分，以及展示实习训成果得分。多角度成绩评定，综合评价了学生生产实训的水平，提高了评价的合理性。

四、教学效果

2016级焊接自动化专业方向学生的生产实训课程中采用了项目实践式教学法，收到良好效果，具体教学效果如下：

1.提高学生解决专业实践问题的能力。生产实训前期，学生根据项目任务，编制焊接、检验工艺。在编制工艺参数过程中，需大量查阅书籍、手册等资料，以书本理论为依据，设定合适的参数。一方面巩固了专业理论知识；另一方面，锻炼了学生查阅资料解决实际专业问题的能力。

2.增强了学生实训能动性。中后期的实际操作过程中，主要依据前期学生自己编制的工艺参数进行操作验证。极大地提升了学生对实际操作结果的期待，同时也提升了学生探索的求知欲，由被动完成任务变成主动学习探索。

3.多学科应用，形成系统的专业知识框架。实训的整个过程中，运用的理论知识涉及各门专业课程。学生将各类专业课程进行了一次梳理，形成了系统的专业知识框架。通过理论与实践相结合，也清晰地了解各专业课的主要作用。经过学生自己完成项目的设计与操作，解决焊接实际问题，提高了学生专业素养，提升学生课程获得感[4]。