基于工程素質(zhì)培養(yǎng)的焊接綜合實驗教學(xué)體系研究與實踐

張德芬 陳孝文 黃本生 武 斌

（西南石油大學(xué)新能源與材料學(xué)院 四川成都 610500）

工程素質(zhì)是從事工程實踐類工作的專業(yè)技術(shù)人員面向所從事的工程實踐活動時具有的能力和適應(yīng)程度，是工程技術(shù)人員的一種能力素養(yǎng)。高校的實驗與實踐教學(xué)育人工作，對于增強學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新精神、善于解決問題的實踐能力，具有不可替代的重要作用。近10多年來全國很多高校對實踐教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)體系進行了大量的探索和實踐，尤其強調(diào)了實驗教學(xué)項目的綜合性和創(chuàng)新性設(shè)計。專業(yè)綜合實驗在高校人才培養(yǎng)中具有極其重要的地位，因為現(xiàn)在綜合性實驗已經(jīng)成為我國工程教育專業(yè)認證和高校教學(xué)工作水平評估中的主要觀測點，并且用來評價學(xué)校人才培養(yǎng)模式的效果。

專業(yè)綜合實驗是學(xué)生進入專業(yè)課程學(xué)習(xí)后的一門重要的實驗與實踐課程，在學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)過程中具有非常重要的作用，我校的辦學(xué)定位是以“工”為主，培養(yǎng)工程應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才。因此，有必要對焊接專業(yè)綜合實驗教學(xué)不斷進行改革，緊緊圍繞工程教育認證通用標準和機械類專業(yè)補充標準，結(jié)合歷屆人才培養(yǎng)方案中實驗與實踐教學(xué)體系中存在的問題，逐步形成了基于工程素質(zhì)培養(yǎng)的焊接專業(yè)綜合實驗教學(xué)體系，在實驗方案設(shè)計過程中做到學(xué)思結(jié)合，注重讓學(xué)生“敢想敢創(chuàng)”，大膽實踐，在親身實踐與實驗參與過程中增強創(chuàng)新精神和創(chuàng)造意識，增強職業(yè)責(zé)任感，培養(yǎng)遵紀守法、愛崗敬業(yè)、無私奉獻、誠實守信的職業(yè)品格和職業(yè)精神。做到如何既發(fā)揮傳統(tǒng)實驗教學(xué)的優(yōu)點，又賦予它新的內(nèi)容及理念，實驗過程中既突出專業(yè)的核心技能，又與工程生產(chǎn)實際相聯(lián)系，是設(shè)置專業(yè)綜合實驗教學(xué)內(nèi)容時需要重點解決的問題。[1]

一、工程素質(zhì)培養(yǎng)的焊接專業(yè)綜合實驗教學(xué)體系改革思路

（一）設(shè)計思路

本課題研究依托西南石油大學(xué)新能源與材料學(xué)院材料成型及控制工程專業(yè)以創(chuàng)新型焊接專業(yè)方向?qū)嶒炁c實踐教學(xué)為導(dǎo)向，充分結(jié)合工業(yè)企業(yè)和工程生產(chǎn)實際中的通用標準、行業(yè)標準以及焊接專業(yè)方向的自身特色，打破傳統(tǒng)實驗教學(xué)以“示教傳授”和“走馬觀花”為特征的教學(xué)形式，構(gòu)建起以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線、以工程素養(yǎng)訓(xùn)練為載體，以強化學(xué)生解決工程生產(chǎn)實際問題能力為主要培養(yǎng)目標，專業(yè)理論知識與工程實踐相結(jié)合的創(chuàng)新型焊接專業(yè)方向?qū)嶒炁c實踐教學(xué)內(nèi)容及形式，堅持“以學(xué)生為中心、工程導(dǎo)向、服務(wù)工業(yè)生產(chǎn)、提升工程素質(zhì)”的理念，在實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)置中加強對學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，堅持專業(yè)綜合實驗教學(xué)為工程生產(chǎn)實際服務(wù)。專業(yè)綜合實驗的教學(xué)過程可以分為以下三個方面。首先是實驗過程，其主要目的是通過實驗教學(xué)過程模擬工程生產(chǎn)實際過程，所以實驗過程是以工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計、制造及生產(chǎn)為主線進行的，體現(xiàn)了工程背景。其次是實驗內(nèi)容，以工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計、制造及生產(chǎn)為依托，涉及了多門專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課程的知識，以及多種檢測方法和操作技能，體現(xiàn)了工程教育的系統(tǒng)性和綜合性。最后是教學(xué)目標和教學(xué)理念，本課程的教學(xué)目標和教學(xué)理念是培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)，要在教學(xué)過程中貫穿“學(xué)生為主體（中心），教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念，重點培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、工程素養(yǎng)和工程實踐能力。[2]

（二）專業(yè)綜合實驗教學(xué)體系及內(nèi)容設(shè)計

專業(yè)綜合實驗課程的工程化、系統(tǒng)化、自主化特征可提高學(xué)生實驗過程中的主動性和積極性，同時提高學(xué)生鞏固及擴展專業(yè)理論知識、獲取新知識的能力，包括對相關(guān)專業(yè)理論知識的查閱、理解和綜合分析以及實際調(diào)查研究的能力。所以在實驗教學(xué)中要強調(diào)理論聯(lián)系工程實踐，緊緊圍繞典型工程生產(chǎn)實際開展實驗教學(xué)，并對各個實驗項目之間的聯(lián)系進行加強，讓學(xué)生從整體上把握每一個實驗項目的內(nèi)容，達到學(xué)生通過實驗教學(xué)增強工程意識，在提高工程素養(yǎng)能力同時提高創(chuàng)新能力的目的。

焊接專業(yè)綜合實驗教學(xué)體系的設(shè)計關(guān)鍵是要選擇與工程實際生產(chǎn)相關(guān)的實驗內(nèi)容，這些內(nèi)容能將分散的專業(yè)實驗項目有機聯(lián)系起來，形成一個與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造及生產(chǎn)過程相關(guān)的實驗教學(xué)體系。同時，這些內(nèi)容既能突出專業(yè)內(nèi)涵和專業(yè)核心技能，又能在學(xué)校的實驗室里完成。經(jīng)課程負責(zé)人和團隊教師充分討論和論證，最終選擇了“焊接工藝數(shù)值模擬及優(yōu)化設(shè)計、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計和焊接工藝評定”三個綜合實驗項目。[3]

二、基于工程素質(zhì)培養(yǎng)的焊接專業(yè)綜合實驗教學(xué)體系實踐

（一）焊接專業(yè)綜合實驗教學(xué)內(nèi)容及實踐

焊接工藝數(shù)值模擬及優(yōu)化設(shè)計綜合實驗項目利用焊接模擬軟件對設(shè)定的焊接試板進行焊接工藝設(shè)計、模擬計算和分析，對其焊接工藝進行優(yōu)化設(shè)計。學(xué)生通過模擬計算與分析，熟悉焊接模擬軟件的應(yīng)用，加深對焊接工藝設(shè)計合理性的分析和理解，提高學(xué)生對專業(yè)知識的運用能力，熟悉焊接工藝優(yōu)化設(shè)計的方法和原則，為正確分析焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品質(zhì)量、制定合理的焊接工藝文件及畢業(yè)后從事焊接技術(shù)工作奠定基礎(chǔ)。實驗分組進行，每組5人，小組成員針對指定的焊接結(jié)構(gòu)進行焊接工藝設(shè)計、數(shù)值模擬計算與分析，但要求每人的具體工藝不能完全相同，并通過模擬至少3組工藝參數(shù)進行對比分析，最后在模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上對該結(jié)構(gòu)的焊接工藝進行優(yōu)化設(shè)計。

焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計綜合實驗的目的是要求學(xué)生熟悉焊接產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法和流程，包括選擇合理的結(jié)構(gòu)形式、接頭形式、焊接方法、工藝參數(shù)、焊縫布置及施焊順序，掌握焊接殘余應(yīng)力和殘余變形測試方法和過程。具體內(nèi)容包括：合理設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)、接頭形式、焊接工藝參數(shù)，正確地進行焊縫布置及安排焊接順序，施焊后對所焊結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力和殘余變形進行檢測和分析，對構(gòu)件主要受力接頭進行超聲波無損檢測。實驗分組進行，每組5人，由小組成員共同按照實驗內(nèi)容通過查找資料完成結(jié)構(gòu)的設(shè)計并進行實際焊接完成結(jié)構(gòu)的制作、無損檢測及殘余應(yīng)力和殘余變形的檢測和分析。[4]

焊接工藝評定綜合實驗項目的目的：了解焊接工藝評定的主要內(nèi)容；熟悉焊接工藝評定的基本流程和實驗方法；能夠看懂和撰寫焊接工藝評定報告書。具體實驗內(nèi)容包括：

1.根據(jù)給定的鋼板和實驗室的焊接條件，擬定焊接工藝規(guī)范；然后由實驗室聯(lián)系熟練的焊接操作人員根據(jù)擬定的焊接工藝進行試板的焊接。

2.對焊接得到的試板進行外觀檢測和無損檢測，擬定理化檢測方案、畫出試板取樣方案圖和各種檢測試樣的加工尺寸圖。

3.對從焊接試板上所取金相試樣進行磨制、拋光、接頭組織分析、接頭顯微硬度測試。

4.對從焊接試板上所取拉伸和沖擊試樣進行拉伸和沖擊實驗，然后綜合分析和討論全部的實驗數(shù)據(jù)與結(jié)果，對所擬定的焊接工藝的合理性進行綜合評定與分析。

實驗分組進行，每組5人，由小組成員根據(jù)給定的焊接試板，通過查閱資料和文獻共同完成焊接方法的選擇和具體工藝方案及工藝參數(shù)的設(shè)計，然后對該工藝焊接得到的試板進行各項檢測和分析，結(jié)合所有實驗結(jié)果對該焊接工藝進行綜合評定與分析。

（二）焊接專業(yè)綜合實驗教學(xué)的特點和效果

如前所述，焊接專業(yè)綜合實驗的過程基本就是焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計及制造過程，通過這樣的整合，使專業(yè)綜合實驗具有以下特點：

1.系統(tǒng)性

利用專業(yè)綜合實驗把4門主干專業(yè)課的實驗內(nèi)容有機組織在三個實驗項目中，該專業(yè)綜合實驗中的各種檢測實驗正是焊接專業(yè)課程的主要實驗內(nèi)容，通過與工程生產(chǎn)實際的結(jié)合使原來為理論課程的分散實驗形成了圍繞焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計與制作、焊接工藝數(shù)值模擬和工藝評定來進行，最終為保證焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量的實驗教學(xué)內(nèi)容體系。

2.工程性

三個專業(yè)綜合實驗項目不僅與專業(yè)課程緊密相關(guān)，同時又都是當(dāng)前工程生產(chǎn)實際中使用的常規(guī)手段和方法。專業(yè)綜合實驗項目的選擇和編排以工程生產(chǎn)實際為背景，設(shè)計并解決了一個小小的工程問題，重在強調(diào)和體現(xiàn)工程應(yīng)用。

3.工程素質(zhì)培養(yǎng)

通過專業(yè)綜合實驗使學(xué)生不僅了解了“焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計、焊接工藝數(shù)值模擬和焊接工藝評定”的目的、過程和常用的實驗及檢測方法，還進一步理解和掌握了焊接專業(yè)理論課程中講到的焊接冶金基本原理、焊接工藝、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計、焊接數(shù)值模擬、無損檢驗以及各種理化檢測方法的特點、操作和應(yīng)用。這對于學(xué)生進一步全面理解和掌握課內(nèi)專業(yè)知識、實驗操作技能，將課內(nèi)專業(yè)理論知識與工程生產(chǎn)應(yīng)用實際緊密結(jié)合，對培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)方面起到了非常重要的作用。另外三個實驗項目都是分組進行，在完成實驗的過程中小組成員相互溝通，分工合作，讓他們充分認識到團隊合作對解決復(fù)雜工程問題的重要性，通過團隊合作提高團隊合作意識、共同提高和解決困難的理念，能夠在團隊中根據(jù)各自的角色特點發(fā)揮各自的優(yōu)勢和特長，每個同學(xué)的工作能力都得到充分體現(xiàn)。通過三屆學(xué)生的教學(xué)實踐表明，學(xué)生具備了認真負責(zé)的敬業(yè)精神、友善的討論溝通能力、理論和實踐相結(jié)合的能力和勇于探索的創(chuàng)新精神、善于解決問題的工作素質(zhì)。[5-7]

三、結(jié)束語

專業(yè)綜合實驗的實踐性教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計，實施的具體教學(xué)過程和教學(xué)方法，均符合我國工程教育專業(yè)認證綜合性和設(shè)計性等要求。針對我校材料成型及控制工程專業(yè)焊接方向的學(xué)生，為了加深對專業(yè)理論知識的理解，提高焊接工程實踐技能，在其專業(yè)綜合實驗課程中，結(jié)合工程實際情況開設(shè)了的“焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計、焊接工藝數(shù)值模擬及優(yōu)化設(shè)計和焊接工藝評定”三個大型綜合型實驗項目，收到了良好的教學(xué)效果。三個綜合實驗項目的成功開設(shè)，既加深了學(xué)生對各門專業(yè)課程知識之間聯(lián)系的認識和理解，提高了學(xué)生對焊接質(zhì)量控制的工程意識，同時還學(xué)到了“焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計、焊接工藝優(yōu)化設(shè)計及焊接工藝評定的方法與要求”。在專業(yè)綜合實驗教學(xué)中運用了參與式教學(xué)的方式，以學(xué)生自主性、創(chuàng)造性學(xué)習(xí)為主，提高了學(xué)生運用所學(xué)專業(yè)理論知識去分析問題和解決實驗中遇到的實踐問題的能力，達到了以“教師為中心”轉(zhuǎn)向以“學(xué)生為中心”，從“教給學(xué)生知識”轉(zhuǎn)向“教給學(xué)生學(xué)習(xí)能力”的目的。此外，通過專業(yè)綜合實驗課程的教學(xué)進一步加強了對焊接數(shù)值模擬計算、焊接接頭的無損檢測、外觀檢測、接頭的金相檢測、硬度檢測、拉伸和沖擊試驗等技能的應(yīng)用。[8]根據(jù)該專業(yè)綜合實驗課程的良好效果，我們將不斷總結(jié)教學(xué)中存在的問題，在此基礎(chǔ)上補充和充實實驗項目內(nèi)容，不斷完善和提高。同時在其他課程中多開設(shè)綜合設(shè)計型、綜合型實驗項目，最終為我校培養(yǎng)具有工程素養(yǎng)的焊接技術(shù)人才作出貢獻。