基于三维建模软件辅助的钳焊相融合实训教学改革

王智林

（北海职业学院，广西 北海 536000）

0 引言

国家在飞速发展，各行各业在不断改革进取，为实现华民族的伟大复兴中国梦提供助力。制造业的发展则是其中最强有力的动力源。因此，国家提出“中国智造2025”，即创新驱动，质量为先，人才为本的制造业发展规划，把创新能力和质量效益、绿色发展有机结合，低科技含量和低价值链制造将逐步被精细化生产和高科技优化替代，大力培养科技研发人才和生产技能人才极为重要。高等职业院校正是培养具备创新思维、娴熟技能和工匠精神的生产技能人才的主要阵地。国家及社会对此均给予重视和支持，早在2016 年推进职业教育现代化的座谈会上，李克强总理就明确提出：要切实做好把职业教育现代化放在更加突出的位置上，加快培养出一大批具有精湛专业技能和工匠精神的高素质劳动人员。在2017 年的十九大报告中也提出：“加快培养知识型、技能型、创新型劳动者大军; 大力弘扬劳模精神和工匠精神，在全社会营造一种劳动光荣的社会风尚和精益求精的敬业风气。”[1]大力推进职业教育的发展是大势所趋，职业院校要有效地为国家培养具备创新思维、娴熟技能和工匠精神的高素质生产技能型人才，归根结底就是：在原有知识和技能的基础上引入新技术，对知识和技能进行融会贯通，拓宽学生视野，引导学生发散思维区思考问题；提供足够条件和时间让学生进行实践，熟能生巧；设置合理的实践项目，锻炼培养学生吃苦耐劳的品质，同时也要严格要求，并引导学生养成做技术要精益求精的习惯工匠精神。

1 钳工和焊接实训教学的现状及问题

高职院校中理工类专业的学生一直以来都是未来生产技能人员的主力军，为了磨砺学生吃苦耐劳的品质和养成精益求精的习惯，各个高等院校均会设置金工实训这门课程，而钳工实训和焊接实训则是该课程中最为考验学生吃苦耐劳、精益求精和动手实践的实训项目，同时也是日后他们在生产工作岗位上经常会用到的两项基本技能。但是目前很多高职院校在开展这些实训教学时都会面临以下几个问题：

（1）目前学生均为2000 年后出生，思维活跃，而钳工和焊接训练相对单调枯燥，比较辛苦，部分学生缺乏兴趣。

（2）尽管学生在开展金工实训之前已经完成了机械制图、机械基础等基础课程，但是基础不扎实，识图能力较弱。

（3）部分学生是中职升高职，他们在中职阶段已掌握了一定的金工实践技能，整体水平参差不齐，教学进度不容易把控。

（4）部分学校实训设备老旧，无法体现当代先进生产技术，造成学生错误地认为这两项技能已经跟不上时代，学习热情不高。

由于本科院校的不断扩招，使得高考后进入高职院校的生源基础呈明显下降趋势。学生理论知识积累程度参差不齐，需要把金工实训课题的训练目标分解成几个小目标，逐一学习小目标，控制精度也由低到高，根据学生的实际情况，采用差异化教学，根据每人实际情况逐步达到教学要求。对于操作技能强的学生，引导他们进行更高精度和难度的训练，鼓励参加相关技能竞赛; 对于操作能力差的学生，教师要加大指导和示范，不能让学生失去信心。需要教师投入更大的教学精力，采取因材施教、分层教学、差异化教学，以提高学生技能水平[1]。

①实训场地、工位或者机台设备不足，学生只能轮替使用实训工位和设备，实际有效实训时长不足，学生实训积极性受到影响。

②实训项目或者方案的设置较为单调，形式上缺乏新意，内容上无法与时俱进。

③实训教室教学设施布局不合理，缺乏空旷的厂房式教室，导致设备分布不均匀、不合理，不同操作需要在不同的教室进行，教师只能在不同的教室里来回穿梭进行巡查，不仅不利于教师发现学生技能训练上存在的不足，而且无法及时发现学生操作过程中的安全隐患，容易造成安全事故，极大地增加了教学压力。

2 钳工和焊接相融合实训改革的对策

2.1 调整钳工和焊接实训分组轮换方式

将参与实训的班级按人数分成两个大组，由钳工和焊接实训的两位教师分别领到各自负责的实训场所（通常情况下，大部分院校钳工和焊接两个实训场所是相连在一起的），并进行各自教学内容的讲授或者操作示范；学生开始进行实操之后，钳工实训场地的工位相对较多，会有多余工位，而焊接实训场地的焊接工位相对不足，还需要进一步分组，每组3 ～ 5人，其中一名组员在焊接工位进行焊接时，其他组员可以在一旁进行观摩操作。但是如果等待时间过长时，可安排焊接组的空闲成员进入到钳工实训场地观摩钳工组成员的实操。由于钳工工位较为充足，过来观摩的焊接组成员长可在钳工实训场内先进行一些基础性的操作练习。当焊接工位上的学生完成相应焊接练习之后，进入钳工实训场和在此进行联系的组员进行轮换练习。利用钳工实训场的多余工位安置等待练习的焊接组成员，避免这部分学生无所事事，玩手机的现象；而钳工实训组的成员在完成正常的考核项目操作的过程中会出现部分同学的加工进度确实较快且较好的，而其他同学进度较慢，为了保证全组的整体操作进度，这部分需要等待较长时间才能进入下一个操作环节时，可安排这些钳工组的成员进入焊接实训场进行观摩学习，提前了解焊接操作的内容，避免因为等待而降低这部分学生的实训积极性；钳工组和焊接组的成员在完成为一个实训周期之后，两个大组进行互换。原本的钳工组成员开始进行焊接实训，同样要分成3 ～ 5 人的小组，未轮到进行焊接练习的成员可回到钳工实训场继续完成自己未完成的工件，或者自己制作新的工件，提高技能熟练程度。而原来焊接组的成员由于已经提前已经接触到基本的钳工操作，在正式开展钳工训练项目时，效率会相对较高，整体完成情况也较好。

采取这种联合实训的方式，完成钳工和焊接实训在形式上的融合。可以有效地将因为工位不足，原本需要等待的学生流转起来，让后一组的学生可以利用等待的时间预习另一项实训操作；让前一组的学生可以利用等待的时间强化原先的实训操作。因此采用这种形式上融合实训的方式可以有效解决学生人数较多而工位不足的矛盾。同时，在钳工和焊接实训师资相对不足的情况下，由于学生已经分流到了两个不同实训项目上了，单个教师所指导的学生人数下降，每个学生接受教师示范指导的平均时间将会增加，实训效果将会提升。因此，尽管钳工和焊接实训总课时压缩了，但是充分利用了时间，提高了学生接受指导的时长，实际的实训效率较原有模式高，实训效果也较好。

2.2 调整钳工和焊接实训的评价方式

以往的考核评价一般只是对工件的最终效果进行打分，极少综合考虑实训过程的考核评价。锻炼学生的动手实践能力，掌握职业技能是钳工和焊接实训的重要目的之一。除此之外，培养学生严格考勤、协作互助、吃苦耐劳、安全意识和工位6S 管理等职业素养也是实训的重要目的。单纯以最终零件质量评价学生的实训效果并不全面，而应该将有关职业素养方面各个要素进行分值量化，并确定标准，对钳工和焊接实训的整个过程进行监督检查，并依据量化标准进行日常记录打分，对学生进行综合评价。指导教师可以进行交叉巡查，进行记录的同时，学生也可以以小组形式进行互评，对小组进行打分。这样更全面客观对实训效果进行评价，并可以促进学生之间相互督促，相互协作，有效地减低教师教学压力，有利于及时发现安全隐患，排除危险因素。

2.3 基于计算机三维建模软件

当前计算机三维建模软件功能强大，根据我们教学的实际需要，在实训教学改革的过程中引入德国西门子公司的NX。基于该款软件开展实训教学主要出于以下几方面目的考虑：

（1）增加实训亮点，吸引学生注意。我院机电类专业并未开设三维软件设计类课程，但是经调查大部分学生对于三维建模软件感兴趣。在实训过程中引入计算机三维建模软件，有利于增加实训的兴趣点，提升学生实训积极性。

（2）克服识图短板。将二维图纸通过软件建立成三维模型，可以轻松化解学生无法充分识图的问题，有效提升学生实训自信心。

（3）克服盲目加工。目前机电类专业并未开设“机械制造工艺学”这门的基础课程，学生对于机械基本加工工艺步骤并无直观概念，在加工过程中容易出现步骤错乱，导致工件不达标，甚至是损坏工具和设备的情况。利用软件的建模可将工件从毛坯到成品的整个变化过程动态模拟出来，强化学生对加工步骤的记忆和理解，提高实训项目的成功率。

（4）降低实训设备不足及课时有限对实训的不利影响。钳工装配是实训的一项重要环节，理论内容所占比重较其他操作环节要多，但是讲授钳工装配要领及案例涉及面较广，所需的部件或者组件种类繁多，无法尽数备齐。另外由于课时有限，全部采用实操示范演练也无法有效完成。课前利用软件建立部件或者组件的模型，使用软件自带的装配功能设置各个零件装配的飞行轨迹，动态地向学生展示装配过程，有效提高授课效率

（5）结合现在技术，提升实训高度。焊接实训过程中，焊接方法常用手工电弧焊、二氧化碳气体保护焊、氩弧焊、钎焊等，一般高职院校都是用手工电弧焊或者二氧化碳气体保护焊进行钢板的平焊练习为主。这样的训练方式较为单调，学生在练习过程中非常容易倦怠或者出现自满：认为焊接只是简单地用焊条在金属表面焊出一道焊缝。这两种情绪都会导致学生训练积极性和主动性下降。实际上焊接对操作者知识储备和经验的要求是非常高的，因为在焊接的过程中操作者必须考虑到包括焊接位置角度、环境温湿度、设备工作状况和材料厚度等诸多因素，并以此为依据，调整出合适的电流电压，选择适当的焊条类型、运条方式和运条速度。并且还需要综合考虑焊接工件的型状结构，合理安排焊接先后顺序，以便于消除焊接应力，防止焊接工件热胀冷缩引起变形。例如由方管或者角钢之类的型材所构建的钢结构件，这类结构件在实际工程中是极为常见的，其焊缝繁多，焊接顺序不合理的情况下是非常容易出现机构变形的。但是在学校实训室这样的场地里，学生人数众多，时间又比较有限的情况下，没法让学生进行此类钢结构的焊接练习。而计算机三维软件的引入可以建立此类结构的模型，借助模型给学生讲解不同类型结构的焊接顺序，并利用软件自带的焊接模块的功能，按顺序对焊接位置的焊缝类型参数进行设置，将焊缝成型的理想状态直接在模型中呈现出来，给予学生最直观的印象。并且还可以利用软件自带的模拟分析功能对不同焊缝类型进行强度模拟分析，可以在不使用硬度计、拉力机或者压力机等力学测试设备的情况下将不同类型焊缝的焊接强度进行数据化对比。这将有利于让学生意识到焊接技能及焊接工艺的重要性，进而用心钻研，勤加练习。毕竟焊接技术水平高低，也是一个国家机械制造和科学技术水平高低的标志之一。

（6）有利于资源积累，数据共享。无论是工件的视角变化展示、加工步骤的动态演变、装配过程还是结构强度分析的应力变化过程都可以建模软件的自带功能或者其他软件转变成短视频或者交互式动画。随时间不断积累，将形成丰富的教学资源。选用软件属于目前较为主流的建模软件之一，与其他建模软件的兼容性非常高，可以提高数据的通用性，有利于数据共享，推进教学资源优化配置。

2.4 依托三维建模软件融合钳工焊接实训

学生完成了钳工和焊接的常规基础训练之后，需要通过三维建模软件为学生设计偏向趣味性，具备一定挑战性，但是又能保证处于不同熟练程度的学生都能完成的实训任务，并且任务应该通过运用钳工和焊接两项技能才能最终完成工件或者作品。例如图1 所示的摩托车造型。

图1 三维软件设计的摩托车造型

这个工件的造型对于学生而言趣味性极强。特别是该作品完成之后，学生可以带走作为留念，学生的实训积极性极高。该设计的零件总数不多，每个零件的尺寸不大，每个零件的形状并不复杂，劳动强度不高，配合图纸和三维模型的辅助，学生基本都能有效完成。但是要完成该工件，需要充分运用到了锯割、钻孔、锉削、折弯、铆接、装配和点焊等基本操作。加工进度较快的同学还可以在原有基础上自己追加自己的一些创意到工件上。在设计这类工件，将三维模型及二维图纸展现给学生，其目的并非要求学生对照模型和图纸加工出完全一模一样的工件，而是给学生提供一个蓝本，给予学生思维一定的启发，引导学生自主地去思考问题，并根据自身的实际能力将自己的想法付诸实践。例如图2 的学生作品案例，这两位同学都在实际操作过程中根据自己的动手能力和时间充裕情况，在原有模型的基础上做出了调整。

图2 学生作品案例

在实训教学的过程中，学生对于工件的设计会有一些个人的想法，教师可以仔细聆听，采纳意见，与学生共同设计新的工件模型，并分析该工件的可操作性。让学生参与到实训任务设定中来，增加师生间的互动，转变学生学习态度，增强学生主动性和积极性。基于计算机三维建模软件的辅助，促使学生将钳工和焊接两项技能综合运用起来，也使学生进一步认识到钳工和焊接与计算机三维建模软件结合以后对于实际制造生产的重要作用。同时还可能会激发学生对于计算机三维建模软件的兴趣，进而促使一部分学生在课后开始自学使用相关的三维建模软件，有助于拓宽学生的知识面，为未来工作打下坚实基础。

3 结语

尽管现代制造业自动化设备的覆盖率越来越高，科技含量也越来越高，但是钳工和焊接这两项技能依旧是现代制造业不可或缺的重要技能之一。作为高职院校理工类专业的学生，必须对钳工和焊接技能有清楚的认识，并具备一定的操作水平。在实训教学过程中，需要根据社会发展的需要，适时的引入一些新的技术、方法或者设备来加强钳工和焊接实训，因此基于三维建模软件辅助，推进钳焊相融合的实训教学改革，保证实训时间能被充分利用。同时还有助于学生摆脱以往只懂操作，不懂工艺，只懂单项运用，不懂综合运用技能的情况，为国家的发展培养出合格的生产技能型人才。