陈 翔，赵作福，何 为，王俊生，穆星宇
金工实习焊接实训的思考与多维度教学改革
陈 翔，赵作福，何 为，王俊生，穆星宇
(辽宁工业大学 工程训练中心，辽宁 锦州 121001)
为了改善新型工业背景下，传统焊接实训单维度教学模式与相对固定的教学内容不能满足现代人才工程意识、创新意识、综合能力、实践能力的本科毕业生人才要求，通过对辽宁工业大学(以下简称我校)工程训练中心金工实习的焊接教学特点与现状思考，对焊接实训的教学模式与教学内容进行了建设与规划。结合我校焊接实训基础与特点，建立了线上课前预习、虚实结合实践教学、实训室长期开放的多维实训模式，规划了多维基础熔焊实体训练内容，并对虚拟焊接、压焊与钎焊实训内容扩展进行了分析与论证。建立基于线上教学、虚实结合、多种类扩展、综合创意、常态训练的多维焊接实训模式，能够全面有效提高焊接人才培养质量，有利于提升学生工程焊接实践能力。
金工实习；
焊接实训；
教学模式；
多维实训模式
近年来，随着现代工业的迅猛发展，以智能化、自动化、现代化为主要特点的新型工业先进制造技术应运而生，我国工业正面临着前所未有的挑战与机遇。因此，着力开展先进制造技术的应用与普及已成为现代工业发展的重点方向之一[1-2]。在此背景下，随着现代教育中高素质工科人才需求的日益加大，如何有效提升高素质工科人才的培养质量已逐渐成为现行高校的教学重点，也是各大高校，特别是应用型大学未来发展、立足社会的建校根本[3]。
高校的工程训练中心是培养和提升高校工程人才素质与能力的主要教育基地，是应用型大学全面人才培养的重要教学单位[4]。其开设的金工实习课程、电工电子实习课程、创新教育课程等是本科人才培养中极其重要、不可或缺的教学环节。作为本科应用型人才初步认识工业生产的重要纽带，同时作为本科毕业生直面社会发展需求重要的能力提升平台，建设并完善务实的、与时俱进的现代工程训练中心教学工作，是各高校适应现代工程人才培养需求的重要改革部分[5]。传统的金工实习教学内容与形式已逐渐难以适应现代人才培养的需求[6]。特别是一些社会人才需求量大，工作环境较差的热加工教学内容，如焊接、铸造、表面处理技术等，其人才能力培养质量与现代工业的人才能力需求差距较大。热加工教学作为金工实习教学中的重要组成，应有和冷加工同等重要程度的教学安排，但是部分高校热加工金工实习教学相对薄弱。传统的焊接实训教学，一般采用单维度的教学模式与相对固定的教学内容，已经完全不能满足现代具有工程意识、创新意识、综合能力、实践能力的本科毕业生人才的要求。因此，本文从我校金工实习热加工部分教学特点与现状出发，在多维度模式下对焊接实训教学改革进行探究与思考。
焊接实训教学具有诸多鲜明的特点，主要从教学形式、授课内容、教师认知、学生参与程度等4个方面体现，总体表现为教学形式单一，授课内容局限化，教师对焊接实训的重要性认识不足，学生难以接受、积极性较差等现状[7]。
（一）传统单维度焊接教学模式较为单一
教学形式单一可以说是现在部分高校金工实习所面临的共性问题，其中焊接实训体现得更为明显。我校现有焊接实训依然采用传统单维度教学方式，即仅依靠教师演示性教学，学生通过观察后按照教师的操作手法与技术要领进行机械模仿练习的模式。从教学目标来看，单维度教学符合传统金工实习培养学生动手实践能力的初衷，但是在人才培养质量新的要求下，此模式对学生能力的提升略显不足。众所周知，焊接操作是一个熟能生巧的过程，学生在金工实习以前虽然对焊接概念并不陌生，但是具体到专业设备的运用及实际动手操作，一般来说都是第一次接触，因此在1—2天内不同项目的焊接训练中，学生很难建立“熟能”的过程，更别说“生巧”能力的培养。从本校对学生焊接实训的满意度调查来看，对于现有焊接实训的满意率仅为19.2%，而更多的反映是仅仅参与过焊接实训过程，或者离开教师后依然无法独立操作。由此可见，建立多维度焊接实训教学模式尤为重要。
（二）单维度焊接教学内容局限性
随着“新工科”概念的提出，工程能力所覆盖的方面不断扩大，部分高校通过开展智能制造、工程管理、创新教学来丰富工程训练内容，但是适用于焊接实训的内容补充依然相对局限[8]。从我校的金工实习来看，机类学生在2天的焊接实训中进行手工电弧焊、气焊、气割3个项目的训练，虽然时间安排较为紧凑，但是还停留在最为基础的熔焊训练中，而更高层次的熔焊，如氩弧焊、气体保护焊并未开展。究其原因，一方面是源于高层次熔焊加大了设备、教师的投入，一般高校难以承受；
最重要的是像氩弧焊、气体保护焊都是在基于传统电弧焊的基础上进行操作的，学生在短时间内手工电弧焊都操作不好，自然无法进行更高层次的焊接训练。另一方面，若开展诸如氩弧焊等熔焊演示性教学，学生只是参观学习，难以达到培养学生动手能力的目的，使得设备成本的投入与教学质量的提升不成正例。因此，大多数高校一般不开展高层次的熔焊训练。对于压焊和钎焊等实训项目，在过去的传统金工实习发展中，一般属于介绍性讲解内容，高校没有相关设备进行实际操作训练。但是，随着工程的发展与科技的进步，压焊、钎焊等相关设备成本越来越低，适用于工程训练的教学设备也不断涌现，促进了此类焊接训练项目的开展，使得原本难以开展的焊接项目有机会被安排进学生的金工实习中。因此，在焊接实训教学内容的多维度建设中，在加强传统电弧焊、气焊的同时，不仅要向更深层次的熔焊深入，还要挖掘可行的压焊、钎焊实训项目，以满足不同专业领域的人才需求。
（三）授课教师对焊接实训的认知偏差
“新工科”概念的提出，促进了高校对培养人才质量的提高，也加大了对授课教师能力的更高要求，同样金工实习对授课教师能力的要求也在不断加大。但是，从我校的实际情况来看，焊接实训教学的人才储备相对薄弱，主要表现为缺少实践能力强的年轻教师，授课仍以老教师为主。从我校近年的人才引进发现，具有高学历人才对传统焊接实训岗位缺少兴趣，究其原因主要有以下3个方面：
1. 高学历人才对工程训练指导教师角色的认知存在偏差。高校毕业生通常认为工程训练特别是金工实习属于“低端”岗位，不适合硕博等高学历人才，而更适合技工、技师此类技术人员，导致高学历人才不愿降低身段。
2. 对于传统焊接实训的教学环境不满意。焊接环境存在烟尘、强光、高热等有害因素，授课教师在此环境里往往需要通过较长时间的锻炼后才能逐渐适应，导致部分教师对此实训项目存在抵触心理。同时，焊接实训具有一定的操作危险性，容不得半点马虎，新进教师通常需要按照一线工人的要求实际操作较长时间后（通常为1—2年）才能够胜任岗位。焊接实训的储备人才培养在恶性循环中发展。
3. 对操作信心不足，错误认为与自身发展方向不符。现代教育对传统焊接实操的培训不健全，高校学生所学内容更贴近前沿技术，对传统的电焊、气焊训练较少，反映在对指导学生操作的能力与信心不足。同时，许多毕业生错误认为传统金工实习与自身的科研学习经历不符，课程没有发展空间，不愿意踏足此类教学中。因此，在焊接实训授课教师人才培养的多维度建设中，不仅要更正现有教师的认识偏差，还要建立具有发展潜力的培养模式与内容，使得授课教师以及未来引进人才能够得到较好的发展空间。
（四）学生对焊接实训的接受效果较差
通过对机类、非机类、材料学院焊接专业学生的问卷调查来看，学生对焊接实训的效果不太满意。从焊接专业学生的调查来看，学生对基础焊接实训比较重视，但是集中反映出训练中的时间较短、训练中缺少教师一对一的指导、对焊接操作后质量缺少检测与评价等问题。从机类学生的调查来看，最大的问题是多数人认为焊接与所学专业的相连性不强，缺少学习兴趣，存在应付心理。从非机类的调查来看，学生的抵触心理较大，特别是偏向艺术设计的产品设计专业，学生的参与度较低。究其原因，接受效果较差主要是由于现有教学模式缺少持续渐进的训练模式，缺少综合性、创新性的焊接内容，以及教师资源相对不足导致。因此，在焊接实训教学的多维度建设中，模式与内容的改革均离不开对学生接受效果的思考，适合于我校学生的改革措施是提升实践能力的根本前提[9]。
我校工程训练中心自2020年9月进行新一轮的课程体系改革，金工实习是其改革重点之一。随着手机APP软件的发展以及虚拟仿真技术的应用，为了克服金工实习循环周期短，实践项目多等问题，将打造基于课前预习、虚实结合实践教学、课后复习测试、实训室长期开放的多维度教学模式，以焊接实训为例，如图1所示。
焊接实训课前预习是通过企业微信平台，搭建了以焊接实训理论知识为基础的金工线上教学平台，学生通过下载手机APP在实习前完成相应基础知识和专业名词的自主学习，通过观看线上的多种类焊接视频演示，增加学习兴趣。
图1 焊接实训三维教学模式改革
在此一维学习阶段，打破学生在未建立实习概念的情况下，匆忙参与实践课程学习的教学模式，以建立实训前良好的感官认识，较大程度上消除专业隔阂，并经过实习动员预讲对学生在线上自主学习时所产生的诸多疑问做简单的解答，使其在实习中能够更好理解焊接理论知识。改革模式下的焊接实训重点依然是课中学习实际操作（二维学习阶段）。该阶段将虚拟仿真焊接教学与实体焊接教学有机结合，将电弧焊、气焊等熔焊内容从基础性操作向综合性、创新性、趣味性训练转变。针对不同专业设计不同类型的焊接作业项目，通过扩展添加1—2个压焊、钎焊项目，改善仅以熔焊为主的单维教学模式，最终建立全类型多维焊接实训模式。
焊接实训是一个需要长期练习，熟能生巧的操作项目。因此，在新改革模式下，通过焊接实训室长期开放，建立起长期巩固的常态化三维学习阶段。学生在焊接实训结束后，依然可以自主安排时间，经常参与焊接的虚实操作练习。伴随着焊接虚拟仿真技术的兴起，焊接操作的安全性得以保证，成本得以降低。配合周期性焊接实体操作训练，使得该模式下的学生焊接实践能力有效提高。
（一）加强虚拟仿真焊接实训建设
由于焊接实训的技巧性较强，学生在短时间内不易快速掌握操作要领，实体焊接训练的初期容易造成设备及人身的伤害，导致学生产生抵触心理。同时，大量的焊接训练对焊条、焊丝的成本需求较大，不利于学生长期实训的开展，故在课中实训阶段增设虚拟焊接实训，以保证学生大量、长时间的实训需要，同时降低实训成本、保证实训安全[10]。在虚拟焊接实训完成后再进行实体焊接操作，真正做到虚实结合的教学模式。同时，虚拟焊接的训练可有效扩展不同类型的焊接训练，做到实训的扩展与延伸，如图2所示。
虚拟仿真焊接实训不仅可以高度还原焊接过程，还易于扩展CO2焊、MIG焊、MAG焊和TIG焊等多种焊接工艺的模拟，可让学生在较为真实的仿真模拟环境下进行操作技能练习，有效提高长期焊接训练的趣味性与可行性。而在三维巩固学习阶段，虚拟焊接实训能够有效加大实训室的开放程度，使得长期训练的准备周期变短，物质资源和人力资源的成本下降，有利于常态训练的开展。
（二）加强压焊、钎焊实训课程维度建设
现行焊接实训以开设手工电弧焊和气焊两个项目为主，属于基础熔焊项目。在多维教学模式下，仅进行基础性焊接训练，不利于学生的全面发展，故发展压焊、钎焊等多维训练课程显得格外重要。
搅拌摩擦焊作为压焊的一种，其设备简单，操作过程方便，易于实现机械化、自动化，同时能耗低功效高，对作业环境要求低；
焊接过程安全、无污染、无烟尘、无辐射等，因此特别适合在焊接实训教学中展开。激光焊接作为钎焊的一种，越来越受到各高校工程训练的关注[11]。由于金工实习学生群体数量较大，训练成本不得不加以考虑。传统焊接对物料的消耗较大，因此薄板焊接是学生练习作业件的首选。小型Nd：YAG固体脉冲激光焊接操作简单灵活、安全系数高，广泛适用于金属和非金属的薄板焊接，是较为理想的钎焊训练项目之一，如图3所示。
图3 Nd：YAG固体脉冲激光焊接
同时，激光焊接设备往往自动化程度较高。激光器代码一般采用数控代码，这与数控加工实训、数控电火花实训的代码几乎相同，有利于学生综合创新能力的培养与加工兴趣的建立，如图4所示。此外，激光焊接设备还可作为激光熔覆设备、激光表面强化设备使用，较大程度上提高了设备的利用率，也扩展了学生的眼界，使其广泛接触前沿科技，有利于工程能力的养成。
图4 不同数控编程下的激光焊接路径模拟
（三）加强基础熔焊实训课程维度建设
在构建压焊、钎焊等焊接实训项目的同时，也不能忽视传统手工电弧焊、气焊等基础实训项目。在多维基础熔焊实训模式下，学生熟练掌握虚拟焊接操作后，即要进入实体熔焊阶段，如图5所示。由于虚拟焊接对学生操作能力的培养，较大程度地提高了学生对焊接手法的熟悉程度，使得焊接内容不单单局限于传统的平焊操作，而是可以建立多维的平、横、立、仰不同位置的焊接训练。从作业件的选择上，根据机类、非机类不同专业学生的接受程度，以薄板平焊为基础，针对接受能力强的学生选择开展薄管/薄板固定焊接，作为能力水平的提升。同时，综合创意类焊接训练也纳入在多维训练的模式中，例如训练时所提供的板类、管类作业件在几轮焊接实训过程后，已经逐渐成为体型较大的焊接“艺术作品”，后续练习生不断凭借自己的创意设想为作品锦上添花；
而在气焊训练中，在基础练习过后，若同时实训人数过多则选择多人组合拼接焊完成创意作品，而若实训人数较少则先通过薄板绘画后，按照设计图形完成气焊训练。此模式在产品设计专业应用效果更佳。
图5 多维基础熔焊实体训练内容
人才培养方面，在多维焊接实训模式下，由于虚拟仿真的加入能够有效地开放训练时间，通过不同种类虚拟焊接项目训练可以较大程度地适应不同专业的课程需求，仿真模拟中的质量检测能力和自动纠错功能还可以有效地解决教师指导精力不足的问题。而综合创意性基础焊接训练不仅能够夯实操作基础又可以较大程度地激发学生学习兴趣，压焊、钎焊的引进增加了学生视野，真正做到综合素质全面发展。
在引进教师人才培养方面，压焊、钎焊方面的毕业生可以为传统焊接提供人才供给，也为焊接指导教师的未来发展提供方向。同时，新进教师通过虚实焊接培训模式可以更快地融入岗位，形成焊接实训储备人才的良性循环。
焊接是现代工业生产非常重要的加工手段，因此焊接实训在当今高校的工程训练中仍然处于非常重要的地位。然而，考虑到焊接加工的环境与较难的操作性，使得学生在提到焊接练习时就会谈虎色变，致使焊接实训一度成为金工实习中最为薄弱的环节。因此，寻找到适合于高校焊接实训发展的新型教学模式是现代工程焊接能力培养的当务之急。随着线上教学、虚拟教学的蓬勃发展，加以前沿压焊、钎焊技术的不断涌现，建立基于线上教学、虚实结合、多种类扩展、综合创意、常态训练的多维焊接实训模式，能够全面有效地提高焊接人才培养质量，为高校焊接实训的发展注入新的活力。
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G521
B
1674-327X (2023)01-0111-05
2021-02-26
辽宁省普通高等教育本科教学改革研究一般项目(444)；
辽宁省教育科学规划课题一般项目(JG21DB280)
陈翔(1987-)，男，辽宁锦州人，高级实验师。
(责任编辑：付春玲)
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