新工科背景下《电弧焊基础》教学改革研究

李佳琪，肖勇，黄尚宇，廖红卫，常明

（武汉理工大学 材料科学与工程学院，湖北 武汉）

一 引言

为应对新一轮科技变革和产业升级的挑战，加快推进工程教育改革，培养能服务国家战略、满足产业需求和面向未来发展的工程科技人才具有十分重要的现实意义和战略意义，也是建设制造强国和创新型国家的重要前提[1]。构建新工科人才培养新模式，是中国工程教育紧密对接国家、产业和科技领域重大需求，面向未来因势而动的必然趋势[2]。

《电弧焊基础》在材料成型及控制工程专业焊接方向的教学计划中占有重要的地位，是专业的核心课程之一。该课程主要向学生讲授电弧理论和具体弧焊方法的工艺原理、冶金特性和应用特点等，注重培养学生解决实际焊接工程问题的能力。焊接作为制造业中一项不可缺少的技术，其工程应用对象十分广阔，随着新一轮的科技革命和产业变革，正面临着新型产业技术创新和传统行业改造升级带来的机遇和挑战[3]。这些都要求我们立足于行业需求和发展现状，以目标为导向，以学生为中心，探索工程教育人才培养的新模式，构建与时代发展和产业要求相匹配的课程教学体系，培养多元化、创新型的卓越工程人才[4]。

二 教学现状

目前，《电弧焊基础》教学方式仅限于课堂理论教学和4 学时的验证实验，课堂教学局限于教材，课程思政融入课程教学重视不够，缺乏对“品格+知识+ 能力”全方面素质的重视，与同一模块其它课程的教学内容重复过多而又缺乏联系；课程教学过程中，对专业新知识、新发展、新成果、新应用及其与其它知识的融合很少体现；教学手段、方式方法单一，再加上该课程专业性较强，理论知识较为抽象单调，课堂往往晦涩枯燥，因此学生学习目标不明确，学习兴趣不浓厚，缺乏积极性和主动性，学生只是为应付考试而对专业知识进行强行的记忆，并没有做到对知识进行全面的理解、吸收和应用，导致创新性思维难以得到启发和实践。显然上述情况已难以满足新时代新工科专业发展的需要。

三 改革措施

教学改革应遵从工程教育专业认证的核心理念，构建以学生为中心、以目标为导向、持续改进的教学模式和课程体系[5]。《电弧焊基础》课程教学改革围绕“提升品格、丰富知识、提高能力”全方面素质展开，改进教学方式方法使其能够有效地支持课程教学目标的实现。在教学形式上体现互动性，注重学生的获得感和满意度，帮助学生树立正确的价值观，引导学生形成良好的工程实践意识，培养学生解决复杂问题的综合能力和创新思维，使学生的知识、能力与素质形成有机融合。

（一） 丰富教学手段，完善学习资源

（1）合理利用网络资源

子曰：工欲善其事必先利其器。充分利用网络资源，收集与课程相关的视频、虚拟动画等资源，使复杂而又枯燥的理论知识具有生动性、直观性、趣味性，可大大提升课堂的教学效果，提升学生的学习兴趣。比如，在讲解电弧特性、熔滴过渡等基础理论知识时，只依靠图片和文字描述，学生很难对这些概念有深刻认知与理解，对电弧的理论基础知识掌握不牢固，后期弧焊方法的学习往往也只能“知其然而不知其所以然”。另外，受课程学时和实验观测条件限制，也不可能通过实验方式加深学生对这些理论知识的理解。这时可以引用一些网络上的教学视频、虚拟动画，再结合语言讲解，使学生形成深刻的直观印象，加深对电弧物理特性和焊接过程本质的认识和理解，有效提升学习效果。

（2）搭建线上学习资源平台

通过录制教学视频，构建基于超星网络教学平台的线上教学资源库，改变课堂教学这种单一的教学形式，形成线上线下混合教学的模式，丰富教学手段。借助于网络教学平台，学生可随时获取本课程的教学资源，自主安排学习进度，完成课前的预习、课后的复习，巩固学习效果，实现个性化的学习，使学生可以多途径达成课程目标。

（二） 活跃课堂学习氛围，提升教学效果

传统教学往往采用“填鸭式”方式，以老师教为主、学生单方面的接收。这种情况下，学生很容易产生茫然的心理，抓不住学习的重点，也难以有学习的主动性。因此，活跃教学氛围，提高课堂的趣味性，吸引学生的注意力，是提升教学质量的重要途径。

（1）善于问问题，增强课堂互动性

在课堂教学中，要善于问问题，让学生参与讨论、思考和互动，提升课堂的趣味性，提高学生的课程参与度。在讲课前，先准备几个与本次课堂教学内容相关的问题，让学生带着问题学习。边学习边思考 既提高了学生的学习兴趣，有利于听课质量和学习效果的提升，又培养了学生的独立思考能力。比如，电弧的导电机理及特性是各种弧焊方法的理论基础，是进行焊接工艺参数设计的理论依据，在讲授这一章节内容时，可以结合电弧特性提出问题：对铝镁合金、普通碳钢分别进行焊接时，应该选择哪一种焊接电流、焊接极性。这样有针对性的问题，能让学生认识到电弧理论的重要性、意识到这些理论不是纸上谈兵，而是能够用来指导焊接生产，有利于引发学生深入思考，促进学生对知识的掌握和理解。

（2）结合生活实例，吸引学生兴趣

焊接技术在工业生产中的应用十分广泛，除了在军工、航空航天、核电、轨道交通等领域，日常生活中也常常能发现各种焊接产品，比如保温杯，煤气罐，自行车车架等。以保温杯为例，可以比较市面上常见的保温杯品牌，结合所学理论探索保温杯无缝焊接的生产工艺，分析各品牌之间价格差异的主要原因。由于这些焊接产品更贴近生活，日常生活中也随时可见，因此更能吸引学生的学习兴趣，激发学生更深层次的思考，让学生在获得专业知识的同时，也能了解法律法规、管理、安全等方面的知识，培养学生的综合素质。

（三） 构建以项目为导向的教学模式，探索启发式教学

焊接技术是许多产品制造的重要加工方法之一，因此，在教学中可以采用以项目为导向的教学模式，引导学生结合实际生产去应用知识，去发现问题、分析问题、解决问题。通过将具体复杂工程项目引入教学，既加强了本课程与同模块课程的融合，减少了课程间重复，增强了课程间的联系，使学生体会到本课程学习需要获得的能力，体会到专业使命感和社会责任感，强化了学生的工程实践能力、设计能力和创新能力。如在教学中引入武汉杨泗港大桥钢结构桥梁项目案例，涉及材料选择，材料焊接性，焊接结构安全可靠性，焊接结构的焊接质量检验，焊接方法，生产成本及环境、社会及法律法规等问题，通过项目的讲解，使学生面对复杂工程问题时，明白自己应当具备的专业知识和能力，如何思考、分析和解决问题，具有的质量、效益、成本意识，团队协作精神，应遵循的法律法规、应承担的社会责任。相比于“照本宣科”的教学模式，这种“任务驱动”式的教学方法，减少了单纯的理论知识传授，对学生的知识应用能力提出了一定的高阶性和挑战度，学生只有在深入理解知识的基础上才能更好地应用知识。另外，“任务驱动”式的教学方法也能减少学生的课堂惰性，当任务摆在了眼前，学生就会有紧迫性和压力感，减少上课走神、开小差、玩手机的频率，提升学习的主观能动性。通过这种以项目为导向的教学方式，有利于学生进一步掌握项目背后的专业知识，激发学生的学习兴趣，提高教学效果。教学实践表明：项目融入专业方向课教学模式，对于“品格、知识、能力”全方面素质的提升具有明显效果。

（四） 优化教学内容，持续改进

电弧焊接方法是应用最广泛、最普遍的焊接方法之一，在工业生产中占焊接生产总量的60%[6]，但是，随着科学技术的飞速发展，工业生产中已经涌现出了许多焊接新设备、新工艺、新材料。根据新工科的人才培养要求，课程内容不仅需要满足当前行业所需，还需要满足未来产业所需。因此，焊接的课程内容应能反映时代性和前沿性，既有对当前现状的理解，也融入对未来发展的思考。在专业知识方面更需与时俱进，不断更新，教学内容上也应展现国内外新的研究成果和行业的发展趋势。这样培养出来的学生才能更适应科学技术的发展形势，更具备创新意识和创新思维。但是，由于课程学时数有限，并不能在课堂上对新的焊接工艺和设备作面面俱到的讲解和介绍。以作业的形式让学生上网查阅资料写一份综述性的论文报告，了解焊接方面国内外新的研究进展和行业的发展动向，这样既可开拓学生视野，激发学生的学习兴趣、培养学生的创新思维能力，又能使学生认识到自主学习和终身学习的必要性，培养学生终生学习的意识和能力。

（五） 强化实验教学环节，设置开放性、研究性、探索性实验

实验实践类教学活动对培养学生的工程实践能力与创新意识具有重要作用[7]。因此，除理论教学外，强化实验教学环节，设置开放性、研究性实验，有利于提高学生的动手能力、观察能力，激发学生主动思考，启迪学生的科研思维和创新思维。实验项目以“焊接工艺研究”为主题，学生可以自主选择一种弧焊方法，对该方法的焊接工艺进行分析研究。由于焊接过程涉及到的变量很多，比如交流直流的选择、电流与电压大小、焊接速度，焊接极性，气体种类等，不同工艺参数的组合都会对实验结果产生不同的影响，比如熔深、熔宽、余高、飞溅、气孔等。在实验过程中，学生根据实验室提供的条件，结合团队的研究目标，可自主选择焊接材料，自主设计实验方案并进行实验，最后处理实验数据，分析实验结果产生差异的原因。比如，学生选用焊接机器人对碳钢进行表面堆焊，在其它工艺参数相同时，分别选用二氧化碳和氩气作为保护气体焊接会有哪些不同现象呢？是什么原因造成的呢？如果采用实芯焊丝和药芯焊丝进行焊接，结果又会有什么变化呢？电弧的过渡形式与什么参数相关，哪个参数的影响最大呢？与演示性、验证性的实验相比，这种研究性、探索性的实验涉及到多学科知识的交叉，学生可充分发挥自己的想象力，对实验提出各种假设，进行更多的探索和尝试。实验教学环节有助于加深学生对理论知识的理解和掌握，培养学生勇于探索的创新精神、发现和解决问题的工程实践能力。

（六） 融入课程思政，加强学生“品格”教育

教育的根本任务在于立德树人，作为新时代的人民教师，必须认真思考“为谁培养人、培养什么样的人、如何培养人”的问题。在教学过程中融入思政元素，帮助学生建立正确的世界观、人生观和价值观是新时代人民教师的职责所在[8]。通过课程思政教育，使学生进一步强化社会主义核心价值观，增强学生的爱国情怀和社会责任，具有健全的品格和优良的素质。

课程思政内容融入课堂，应该把握好思政的质、量、度、契合点、凝练的品格要素，做到“润物细无声”和“潜移默化”，并不是每节课都有思政教育，不要把课程思政变成了政治课，但通过专业方向课程学习，使学生专业能力提升之外，学生的综合素质和个人“品格”也得到全面提升。

在《电弧焊基础》教学中，预先收集和规划好思政案例、红色元素和本专业具有突出贡献的代表人物、典型事例并将其很自然地融入课堂。电弧焊方法的原理、特点和应用是《电弧焊基础》课程教学内容中规定要求内容，我国的重大工程、大国重器、标志性科技成果都与焊接技术密切相关，通过焊接方法的应用自然引入的案例比较丰富，如在本课程绪论中讲解焊接方法发展和应用时，自然联系到焊接技术在我国的重大工程、重大建设成果，如航空航天、航母建造、桥梁、高铁等建造中的应用，让学生深刻感受到焊接技术的神奇魅力及其在生产制造业中的重要性，提升学生对专业的认同感，增强学生作为焊接人的技术责任感、使命感、荣誉感；在讲解相关焊接设备时，可以对比一下我国与欧美等发达国家的技术差距，激发学生技术报国的家国情怀和实现中华民族伟大复兴的使命担当；在讲解TIG 焊方法，通过该方法的应用引入到航空航天关键部件制造、两弹一星关键结构件制造中，该方法所解决的焊接技术难题和发挥的作用，焊接人的典型案例和他们的敬业精神，团结奋斗精神、进而提升到“航天精神”和“两弹一星精神”，再比如讲授垂直气电焊应用时，引入航空母舰建造中等等，通过焊接方法的应用讲解自然过度到我国重大工程、重大科技成就，教学中非常自然地融入了思政元素，避免了思政内容突然而又强势地融入课程教学。通过上述思政元素的融入教学的方式、方法、时机的安排，促进学生学习的积极性，激励学生的自豪感、激发学生的敬业精神和爱国精神，增强学生的新时代的使命和担当，达到良好的课程思政效果，实现了课程教学目标中对学生素质要求。

四 结语

随着新经济、新产业的快速兴起与变革，人才的培养模式也应适应时代发展需求。本文结合专业情况，以强化工程实践能力与工程创新能力为核心，以培养能够满足经济社会发展需求的高水平人才为目标，对《电弧焊基础》的教学方法和教学内容等进行了改革,强化了理论基础的学习，加强了焊接方法的工程应用，显著提高了教学效果，更好地实现了该课程对人才的培养目标。