技工院校焊接專業(yè)力學(xué)課程教學(xué)改革

薛勇

[摘要]結(jié)合焊接技術(shù)與工程專業(yè)的特點(diǎn)以及教學(xué)過程中存在的問題，探討了力學(xué)課程在教學(xué)理念，內(nèi)容，方法和評(píng)價(jià)手段上的改革，突出了專業(yè)特點(diǎn)和工程應(yīng)用背景，并加強(qiáng)了在教學(xué)過程中中學(xué)生的中心地位。

[關(guān)鍵詞]焊接專業(yè)的特點(diǎn);力學(xué)課程;教學(xué)改革

隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)值分析技術(shù)的發(fā)展，力學(xué)的應(yīng)用得到了進(jìn)一步的促進(jìn)。但是同時(shí)，力學(xué)公式是多種多樣的，概念是抽象的，推導(dǎo)過程很復(fù)雜，要求學(xué)生的微分，功能和力學(xué)知識(shí)很高，而學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情很低，這目前被認(rèn)為是一門很難學(xué)習(xí)和教授的基礎(chǔ)專業(yè)課程。目前，技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院的金屬工程，焊接技術(shù)與工程，材料形成專業(yè)均開設(shè)彈塑性課程;但是，教材和教學(xué)內(nèi)容相同，理論性太強(qiáng)，缺乏各專業(yè)的特點(diǎn)和應(yīng)用背景，嚴(yán)重地將教學(xué)內(nèi)容和工程實(shí)踐區(qū)分開來，普遍缺乏明確的學(xué)習(xí)目的。用于學(xué)生的力學(xué)知識(shí)打擊了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另外，不同的專業(yè)需要不同的力學(xué)課程知識(shí)，因此在教學(xué)過程中應(yīng)有相應(yīng)的側(cè)重點(diǎn)。本文根據(jù)焊接技術(shù)與工程力學(xué)課程體系的改革，工程教學(xué)證書的建設(shè)和我的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，嘗試對(duì)焊接技術(shù)與工程力學(xué)的教學(xué)進(jìn)行改革。

一、教學(xué)過程中的問題

1.目前，機(jī)械教學(xué)的內(nèi)容主要是機(jī)械概念和許多模型的建立和推導(dǎo)，主要針對(duì)理想的材料。不僅有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，而且還有基于實(shí)驗(yàn)測量的力學(xué)模型，其中涉及某些假設(shè)。內(nèi)容非常抽象，無聊且難以理解，教師的教學(xué)也非常困難。如果學(xué)生不這樣做憑借扎實(shí)的理論力學(xué)，材料力學(xué)，材料力學(xué)性能和先進(jìn)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，并且缺乏力學(xué)和抽象思維，很難真正理解和掌握該課程的理論知識(shí)。學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情不高，大部分只是死記硬背相關(guān)的概念，公式和解決問題的過程。

2.缺乏專業(yè)素養(yǎng)

焊接專業(yè)具有較強(qiáng)的理論，專業(yè)技能，工程應(yīng)用性和實(shí)用性，其中涉及大量的機(jī)械知識(shí)。作為焊接專業(yè)的關(guān)鍵課程，在焊接結(jié)構(gòu)的主要課程中必須包括機(jī)械基礎(chǔ)。焊接應(yīng)力和變形的機(jī)理與分析，接頭性能的力學(xué)評(píng)估和應(yīng)力檢測與力學(xué)知識(shí)密切相關(guān)。目前，傳統(tǒng)教材很少涉及專業(yè)背景，少數(shù)情況是理想教材和極簡組成部分的一般案例。焊接專業(yè)的介紹和解釋更加空白。正是由于專業(yè)指導(dǎo)的不明確，使得機(jī)械在焊接過程中對(duì)學(xué)習(xí)知識(shí)的重要性無法在學(xué)習(xí)過程中實(shí)現(xiàn)，這降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也給以后的其他焊接力學(xué)課程的學(xué)習(xí)造成了困難。

3.難以學(xué)習(xí)和應(yīng)用

首先，有些學(xué)生沒有扎實(shí)的機(jī)械知識(shí)，沒有真正理解和掌握概念和模型，因此很難將它們靈活地應(yīng)用于工程實(shí)踐;其次，在焊接生產(chǎn)領(lǐng)域，構(gòu)件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)其應(yīng)力和變形的分析主要依靠有限元計(jì)算，而不是嚴(yán)格的推導(dǎo)和清晰的分析計(jì)算概念，這要求學(xué)生掌握相應(yīng)的數(shù)值。價(jià)值模擬技術(shù)和商業(yè)軟件操作使學(xué)生感到機(jī)械知識(shí)在焊接專業(yè)中的直接應(yīng)用不強(qiáng)，學(xué)習(xí)成就感低;甚至有些學(xué)生認(rèn)為，將來使用有限元軟件來模擬焊接應(yīng)力和評(píng)估接頭性能并不需要深入的機(jī)械知識(shí)，這導(dǎo)致學(xué)生以后學(xué)習(xí)焊接理論，接頭韌性，疲勞破壞評(píng)估和有限元建立模型我立刻感到無能為力。

二、教學(xué)改革措施

1.教學(xué)理念與內(nèi)容

（1）立足工程教育專業(yè)認(rèn)證的理念，轉(zhuǎn)變教學(xué)思路。在教學(xué)過程中，要突出學(xué)生教學(xué)過程的中心地位，改變以前教師主導(dǎo)的教學(xué)模式，著力培養(yǎng)學(xué)生的畢業(yè)能力。教學(xué)計(jì)劃，內(nèi)容和評(píng)估方法的制定和設(shè)置，以及教學(xué)方法和手段的應(yīng)用，必須緊緊圍繞實(shí)現(xiàn)這一核心任務(wù)的學(xué)生畢業(yè)能力的目標(biāo)，而不是目標(biāo)的理論框架的完整性。課程。

（2）突出焊接專業(yè)背景并添加焊接案例分析

焊接專業(yè)的背景應(yīng)貫穿整個(gè)教學(xué)過程。教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程應(yīng)突出和加強(qiáng)力學(xué)課程的專業(yè)特色和工程應(yīng)用背景，增加焊接結(jié)構(gòu)案例分析，使學(xué)生明確學(xué)習(xí)本課程的目的，認(rèn)識(shí)到力學(xué)課程內(nèi)容對(duì)學(xué)習(xí)的重要性進(jìn)行焊接專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)后續(xù)焊接專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)一致性。例如，對(duì)于主應(yīng)力的概念和計(jì)算以及主應(yīng)力的方向，在教學(xué)過程中，首先介紹了其評(píng)估和檢測焊接接頭力學(xué)性能的重要性，并解釋了小孔法的原理。檢測應(yīng)力，焊接工程中常用的線性彈性韌性評(píng)估方法，焊接殘余應(yīng)力等;從專業(yè)應(yīng)用的角度來看，它使學(xué)生了解機(jī)械知識(shí)，它不是空中的城堡，而是解決實(shí)際焊接工程問題的真實(shí)指南。

（3）加強(qiáng)核心內(nèi)容，借助多種教學(xué)方法和手段，目前焊接專業(yè)的彈塑性力學(xué)課時(shí)僅為32學(xué)時(shí)。在有限的上課時(shí)間內(nèi)，完成對(duì)彈性和彈塑性應(yīng)力的分析，模型建立的推導(dǎo)過程以及相關(guān)示例的解釋;同時(shí)，對(duì)于不同學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備和認(rèn)知能力，有必要對(duì)主導(dǎo)知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)。因?yàn)椋M(jìn)一步突出了核心概念，模型和案例研究，削弱了模型的詳細(xì)推導(dǎo)過程以及對(duì)變異點(diǎn)和極限理論等知識(shí)點(diǎn)的解驛，并且更加注重物理意義，推導(dǎo)機(jī)制，應(yīng)用范圍的教學(xué)。以及力學(xué)模型的相關(guān)案例。同時(shí)，借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)和數(shù)值模擬計(jì)算等教學(xué)方法，可以彌補(bǔ)課時(shí)不足和課程設(shè)置乏味的問題。

2.教學(xué)方法與手段

（1）加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)可以有效整合教學(xué)資源，加強(qiáng)和促進(jìn)師生與教學(xué)資源之間的互動(dòng)，時(shí)間安排相對(duì)靈活。隨著多媒體技術(shù)和移動(dòng)智能應(yīng)用軟件的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)越來越受到師生的接受。借助交互式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，教師不僅可以進(jìn)一步解釋課程的核心內(nèi)容，而且可以及時(shí)獲得學(xué)生學(xué)習(xí)效果的反饋，并參與學(xué)生自主學(xué)習(xí)的討論。此外，交互式網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以有效克服上課時(shí)間的限制，橫向擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)。對(duì)于課堂上不能教的知識(shí)點(diǎn)和學(xué)習(xí)本課程所需的實(shí)驗(yàn)課程的知識(shí)，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)自學(xué)或復(fù)習(xí)，老師可以給予適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)或指導(dǎo);例如，對(duì)于變分原理和極值原理這一章中有關(guān)公式的詳細(xì)推導(dǎo)，以及相關(guān)數(shù)學(xué)背景和理論的介紹，學(xué)生可以在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上自學(xué);此外，通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以向?qū)W生展示亞焊接部件的應(yīng)力和變形分析案例，以及力學(xué)在聯(lián)合韌性評(píng)估中的最新應(yīng)用進(jìn)展。目前，互聯(lián)網(wǎng)上力學(xué)課程的教學(xué)資源非常豐富。學(xué)生可以通過互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)獲得生動(dòng)生動(dòng)的多層次學(xué)習(xí)環(huán)境。

（2）通過仿真可視化數(shù)值示例

對(duì)于力學(xué)的基礎(chǔ)課程，除了更多的公式和更高的數(shù)學(xué)知識(shí)（例如微積分）之外，應(yīng)力應(yīng)變概念及其生成和分布特征的高度抽象是其教學(xué)和學(xué)習(xí)困難的關(guān)鍵。有限元模擬技術(shù)可以根據(jù)構(gòu)件的幾何特征和約束條件實(shí)現(xiàn)應(yīng)變變形過程和分布的可視化。仿真結(jié)果可以通過顏色分布云圖，視頻和其他形式的圖像顯示應(yīng)力變形特性和不同條件。它的影響使教學(xué)內(nèi)容生動(dòng)有趣，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)彈塑性應(yīng)力與變形的基本理論知識(shí)和案例分析的感知理解，增進(jìn)了他們的理解，提高了他們的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。例如，在缸體的彈塑性扭轉(zhuǎn)的解釋過程中，數(shù)值模擬結(jié)果可以清晰，生動(dòng)地顯示出應(yīng)力和變形在不同階段的特征和變化，并且解釋過程更加清晰，易于理解。學(xué)生理解并接受。將數(shù)值模擬技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)結(jié)合起來，并同時(shí)應(yīng)用于教學(xué)過程中，可以使學(xué)生獲得通用和焊接專業(yè)實(shí)例的有限元分析結(jié)果更加生動(dòng)。另外，由于焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形主要取決于有限元分析，有限元結(jié)果的使用有利于學(xué)生對(duì)有限元分析軟件和計(jì)算結(jié)果特征的早期了解，從而促進(jìn)與后續(xù)焊接專業(yè)知識(shí)的連接。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁勇，梁宇輝，章子華，等.能力培養(yǎng)導(dǎo)向的“力學(xué)”教學(xué)改革與實(shí)踐[J].寧波大學(xué)學(xué)報(bào)（教育科學(xué)版），2018，40（3）：103-106.