高能束流加工技術(shù)的課程改革與實踐

李曉鵬 范霽康 王克鴻 馮曰海 張德庫

摘要：針對學(xué)生在學(xué)習(xí)高能束流加工技術(shù)過程中存在的專業(yè)自信度不足、基礎(chǔ)知識認知不夠等問題，建立“合理分配教學(xué)順序，理論與實踐結(jié)合”、“合理分配學(xué)時，以點帶面”、“穿插專題講座，提升專業(yè)自信”3種教學(xué)模式對高能束流加工技術(shù)課程進行了改革。通過理論和實踐教學(xué)內(nèi)容的有效融合，加深學(xué)生對課堂內(nèi)容的認知，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和參與度，增強學(xué)生的專業(yè)自信心。高能束流加工技術(shù)課程期末成績結(jié)果證明，改革后學(xué)生成績、學(xué)習(xí)效果均有明顯提升。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革;專業(yè)自信;基礎(chǔ)認知;高能束流加工技術(shù)

中圖分類號：G 642

Abstract：Aiming at the problems of insufficient professional selfconfidence and understanding basic knowledge that exist in studying the high energy beam processing technology，this paper put forward some reforms on teaching order， the reasonable allocation of class hours， the interposition of lectures to enhance students learning initiative and increase their professional confidence. The final reforms gained unanimous recognition from students. The final exam scores of students have improved significantly compared with before the reform.

Key words：teaching reform;professional selfconfidence;grounded cognition;high energy density beam processing technology

0?前言

南京理工大學(xué)為雙一流學(xué)科重點建設(shè)大學(xué)，長期服務(wù)于國防事業(yè)，從事軍事產(chǎn)品的設(shè)計、研發(fā)和制造，是一所具有軍工特色背景的高校，其具有4個國防重點建設(shè)專業(yè)和4個國防特色緊缺專業(yè)。材料成型與控制工程專業(yè)作為4個國防重點建設(shè)專業(yè)的重要組成之一，為國家國防事業(yè)做出了突出貢獻，培養(yǎng)了一大批獻身國防的高素質(zhì)人才。高能束流加工課程是面向材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生開設(shè)的一門專業(yè)必修課。該課程主要講述以電子束、激光、等離子為代表的高能束流加工的工藝與基礎(chǔ)知識。通過該課程的學(xué)習(xí)可以讓學(xué)生深入理解和控制材料的高能束流加工過程。該課程的開設(shè)對學(xué)生今后從事高能束流加工相關(guān)的設(shè)計開發(fā)和科學(xué)研究具有重要意義。高能束流加工技術(shù)，包括等離子加工、激光加工、電子束加工等技術(shù)，在航空[1-2]、航天[3]、艦船[4]、核能[5-6]領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，其授課質(zhì)量與學(xué)生未來從事相關(guān)工作時解決問題的能力密切相關(guān)。

從近兩年的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，南京理工大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)的高能束流加工技術(shù)課程授課過程中，存在以下兩個問題：

（1）高能束流加工方法種類較多，具體分為3類工藝、10余種方法，而課程總學(xué)時僅為48學(xué)時。如何響應(yīng)教育部提出的“厚基礎(chǔ)、寬口徑”政策[7]，在有限的課時內(nèi)使同學(xué)們掌握高能束流加工技術(shù)基礎(chǔ)內(nèi)容，并能融合材料凝固理論、材料加工工藝等其它專業(yè)基礎(chǔ)課內(nèi)容是需要解決的關(guān)鍵問題。

（2）基礎(chǔ)知識與具體應(yīng)用脫節(jié)，學(xué)生僅在表觀上了解高能束流加工技術(shù)在國防領(lǐng)域有重要應(yīng)用，但具體應(yīng)用案例不明確，不能充分理解高能束流加工技術(shù)的特點及其在國防領(lǐng)域應(yīng)用的原因，導(dǎo)致學(xué)生對專業(yè)、課程的自信度不足。

基于以上情況，利用學(xué)校在國防領(lǐng)域的科研優(yōu)勢，開展了高能束流加工技術(shù)的課程改革，可為高等院校開設(shè)新課程或課程改革提供參考。

1?教學(xué)改革內(nèi)容

針對高能束流加工技術(shù)課程授課過程中存在問題，經(jīng)文中相關(guān)作者的研討，從以下3個方面對教學(xué)課程進行了改革。

1.1?合理分配教學(xué)順序，理論與實踐結(jié)合

將原來的“講課-試驗”模式修改為“講課-試驗-講課”模式。以高能束流加工技術(shù)中的激光焊為例說明課改內(nèi)容。以往針對激光焊的教學(xué)為“講課-試驗”模式，從激光焊概述、激光焊原理、激光焊特點、激光焊應(yīng)用、激光焊試驗等方面展開，在統(tǒng)一完成激光焊基礎(chǔ)內(nèi)容教學(xué)后開展相關(guān)試驗，通過試樣金相照片觀察了解焊縫成形情況及微觀組織信息。但由于基礎(chǔ)內(nèi)容教學(xué)與試驗分析間隔時間較長（2周）、學(xué)生知識框架結(jié)構(gòu)不完整，學(xué)生難以將試驗結(jié)果與課堂基礎(chǔ)知識有機結(jié)合。針對上述問題，開展“課程-試驗-課程”模式教學(xué)，根據(jù)艾賓浩斯遺忘曲線，在學(xué)習(xí)完成激光焊相關(guān)基礎(chǔ)知識（原理及特點）后，組織學(xué)生進行激光焊試驗，了解激光焊流程并分析焊縫成形及組織特征，隨后再次進行課堂講解，融合焊接冶金、金屬凝固理論等基礎(chǔ)知識，讓學(xué)生充分掌握激光焊原理、激光焊特點。

1.2?合理分配學(xué)時，以點帶面

雖然高能束流加工技術(shù)包括多種方法與工藝，但每種方法和工藝的特點具有相似性，如所采用的電子束、激光、等離子熱源均具有能量密度高、熱輸入小的特點。因此，為了響應(yīng)教育部提出的“厚基礎(chǔ)、寬口徑”政策，通過調(diào)整課時分配，重點針對一種工藝展開教學(xué)，在掌握該工藝的基礎(chǔ)上棄同即異，在剩余的課時內(nèi)通過比較其它工藝與此工藝的不同點，進而通過比較法教學(xué)加深學(xué)生的認識，起到“以點帶面”的效果。按照上述思路，將高能束流加工技術(shù)的各類工藝課時進行合理分配，如表1所示。重點開展激光加工技術(shù)的講解（24課時），在此基礎(chǔ)上，通過比較法拓展到電子束加工技術(shù)（12課時）及等離子束加工技術(shù)（12課時）。

1.3?穿插專題講座，提升專業(yè)自信

學(xué)生僅在表觀上了解高能束流加工技術(shù)在國防領(lǐng)域有重要應(yīng)用，但對具體應(yīng)用案例并不明確，由此引發(fā)專業(yè)自信心不足。針對此問題，在授課過程中對每種工藝增加了2課時的專題講座。專題講座有兩種形式：①結(jié)合自身科研經(jīng)歷，整理相關(guān)網(wǎng)絡(luò)公開背景，結(jié)合政治思想內(nèi)容，講解高能束流加工在國防領(lǐng)域相關(guān)部件的具體應(yīng)用;②讓學(xué)生以小組形式，自主查閱相關(guān)文獻、數(shù)據(jù)、制作PPT，在課堂上分享查閱成果。例如，針對電子束加工技術(shù)部分內(nèi)容，整理了題為“電子束在航空發(fā)動機中應(yīng)用”的PPT，介紹了采用電子束焊接航空發(fā)動機中的機匣薄壁結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)子可顯著減小焊接變形量，使學(xué)生詳細地了解了機匣類薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接過程的難點和電子束焊接的優(yōu)勢，真正讓學(xué)生做到了知其然并知所以然，取到了較好的反響。

2?教學(xué)改革效果

通過對教學(xué)順序、教學(xué)模式的改革，增加了學(xué)生的參與感，改變了過往傳統(tǒng)教學(xué)的模式，使學(xué)生更加積極主動的投入課程學(xué)習(xí)中。同時，關(guān)于背景應(yīng)用的具體介紹，增加了學(xué)生對高能束流加工技術(shù)的認知及其就業(yè)方向感，真正讓學(xué)生體會到國家的強大與學(xué)生自身學(xué)習(xí)息息相關(guān)。圖1為教學(xué)改革前后學(xué)生閉卷考試成績情況。由圖1可以看出，改革前后多數(shù)學(xué)生成績均分布于80～89分，說明多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果較好。改革后位于80～89分成績區(qū)間的學(xué)生數(shù)量明顯增多，由12名增加至15名，而位于70～79分區(qū)間的學(xué)生數(shù)量明顯減少，這說明教學(xué)課程改革后取得了明顯的效果。位于90分以上區(qū)間的學(xué)生數(shù)量也明顯增加，說明課程改革可以讓成績處于中游水平的學(xué)生更加主動的投入到課程學(xué)習(xí)中。

3?結(jié)束語

經(jīng)過兩年的努力，高能束流加工技術(shù)的教學(xué)模式已經(jīng)完成改革。通過合理分配教學(xué)順序、合理分配學(xué)時、穿插專題講座，加深了學(xué)生對課堂內(nèi)容的認知，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和參與度，增加了學(xué)生的專業(yè)自信，獲得了學(xué)生的一致認可。通過驗證，最終期末考試成績較改革前有明顯提升。

參考文獻

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