基于《焊接技術(shù)基礎(chǔ)》課程探索科教融合模式下的人才培養(yǎng)

辛成來

(成都大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 610106)

焊接技術(shù)是工業(yè)領(lǐng)域不可替代的重要材料成型方法，曾被譽(yù)為金屬材料成型的“裁縫”；焊接技術(shù)的發(fā)展促成了全新的制造技術(shù)，變革了傳統(tǒng)工業(yè)化格局，推動了社會發(fā)展[1]。在化工設(shè)備的安裝過程中,反應(yīng)釜、壓力容器、管道等大量設(shè)備需要利用焊接方法進(jìn)行連接。焊接質(zhì)量對化工設(shè)備裝置的安全運(yùn)行起著關(guān)鍵作用，焊接質(zhì)量的好壞往往與焊接技術(shù)人才密切相關(guān)。焊接技術(shù)人才將會是實現(xiàn)“中國制造2025”，實現(xiàn)“智能制造”的重要保障，對我國的現(xiàn)代化建設(shè)起到?jīng)Q定作用[2]。《焊接技術(shù)基礎(chǔ)》是材料成型與控制工程專業(yè)本科生，從事焊接相關(guān)專業(yè)必修的一門應(yīng)用型課程。此課程通過理論的教學(xué)結(jié)合實驗實訓(xùn)的模式，一方面可以提高學(xué)生的理論知識，另一方面可以培養(yǎng)學(xué)生實際動手能力。作者將根據(jù)我校材料成型及控制工程專業(yè)的實際教學(xué)情況及筆者切身經(jīng)歷，淺談科教融合模式下人才培養(yǎng)的一些體驗，并探索一種人才培養(yǎng)的模式。本論文通過科教融合教學(xué)模式，能夠使學(xué)生對焊接工程出現(xiàn)的實際問題做出準(zhǔn)確的判斷，并能提出適合的解決方案，整體提高“中國制造2025”人才的素質(zhì)。

1 教學(xué)提高學(xué)生對焊接科學(xué)的認(rèn)知

人們對未知事物的認(rèn)知是一個培養(yǎng)、漸進(jìn)的過程，往往需要經(jīng)過實踐、認(rèn)識、再實踐、再認(rèn)識的多次反復(fù)才能完成；此過程需要指導(dǎo)者廣泛的引導(dǎo)。在焊接技術(shù)理論教學(xué)上，我們可以列舉生活中與焊接相關(guān)的生活實例，培養(yǎng)學(xué)生對焊接的興趣，然后引導(dǎo)學(xué)生利用教科書理論知識解釋焊接現(xiàn)象，最終能夠解決焊接過程中出現(xiàn)的問題。在教學(xué)過程中通過反復(fù)的理論與實踐的結(jié)合來強(qiáng)化學(xué)生對焊接科學(xué)規(guī)律的認(rèn)識。

下面我們以焊接教學(xué)中出現(xiàn)的焊接裂紋出現(xiàn)的必備條件為例，來強(qiáng)化學(xué)生對焊接科學(xué)規(guī)律的認(rèn)識。在焊接裂紋形成過程中，拉應(yīng)力成為產(chǎn)生焊接裂紋的必備條件，而拉應(yīng)力的產(chǎn)生與焊縫溫度分布不均，降溫速度快慢有關(guān)，一旦熔池中心的熔敷金屬在結(jié)晶過程中應(yīng)變增長速率大于臨界應(yīng)變增長速率時，結(jié)晶裂紋就產(chǎn)生了。對于產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的拉應(yīng)力及其應(yīng)變速率，學(xué)生普遍不能理解，認(rèn)識不夠深刻，為了提高學(xué)生對此規(guī)律的認(rèn)識，我們列舉了一個生活實例。例如，我們生活中在不經(jīng)意的情況下會把盛有開水的玻璃瓶子放入冷水中，結(jié)果在經(jīng)過幾瓶的冷卻后，玻璃瓶子裂開了。老師和學(xué)生共同探索玻璃瓶子裂開的原因，通過課堂的討論及老師的引導(dǎo)，學(xué)生一致認(rèn)為是玻璃瓶子外壁在冷水的作用下，冷卻速度比瓶內(nèi)壁更快，因此，玻璃瓶外壁在降溫速率較大時，受到了較大的拉應(yīng)力而導(dǎo)致破裂。此生活實例與焊接過程中裂紋的形成過程相似，增加了學(xué)生對焊接規(guī)律的認(rèn)識，提高了學(xué)生的興趣。通過列舉生活實例，讓學(xué)生對焊接知識有了更深刻的記憶。

2 科教融合提高學(xué)生的綜合技能素質(zhì)

1989年諾貝爾化學(xué)獎得主切赫(Cech)教授[3]指出：“研究型大學(xué)給學(xué)生最有震撼力的教育并非來自課堂上課，而是讓本科生進(jìn)入研究實驗室。他們在那里獲得個人經(jīng)驗。他們在那里接觸最新的設(shè)備和尚無答案的問題。這些經(jīng)驗是他們畢業(yè)5～10年后也不會忘記的”。科研活動與焊接理論緊密結(jié)合，在學(xué)生獲得一定的理論知識后立即將理論知識用于實踐，通過焊接過程中發(fā)現(xiàn)的一些問題來進(jìn)一步補(bǔ)充理論知識的欠缺。通過科教融合，我們培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力，解決問題的能力，提高了學(xué)生的綜合技能素質(zhì)。在現(xiàn)代的大學(xué)當(dāng)中，實驗室擁有較好的實驗條件，豐富的學(xué)術(shù)資源，為大學(xué)生科教融合提供了豐富的沃土。

基于科教融合的焊接課程的建立是把課堂帶人到實驗室，在實驗中讓學(xué)生加深理論知識的理解，讓學(xué)生在實驗中認(rèn)識科學(xué)，將所學(xué)知識進(jìn)行升華。例如，馮曰海等[4]基于 LabVIEW 虛擬儀器開發(fā)平臺，自主研制了一種多電弧焊接過程參數(shù)監(jiān)測教學(xué)實驗平臺。教學(xué)和創(chuàng)新實驗的有效結(jié)合提升了學(xué)生對科學(xué)知識的認(rèn)知與創(chuàng)新實踐能力。

在科教融合模式下，通過引導(dǎo)學(xué)生的對焊接問題的發(fā)現(xiàn)，激勵學(xué)生提出問題的解決方法，探索新的解決思路。例如，在焊接概念提出后，我們把焊接的本質(zhì)定義在實現(xiàn)原子間結(jié)合的連接方式，通過加熱或加壓的方式或者二者并用的途徑達(dá)到。在講解此知識點(diǎn)時，我們會注重學(xué)生對此概念內(nèi)涵的挖掘，提醒學(xué)生焊接不僅僅是電弧熔化焊，更包括釬焊和壓力擴(kuò)散焊。根據(jù)焊接過程是否加壓，我們定義了壓焊；根據(jù)加熱溫度我們定義了釬焊和熔化焊。在焊接過程中如果加熱溫度未達(dá)到母材的熔化溫度，在此溫度下實現(xiàn)的焊接方式我們稱為釬焊；當(dāng)加熱溫度達(dá)到母材的熔化溫度，在此溫度下實現(xiàn)的焊接方式我們稱為熔焊(如圖1，a和b)。在焊接概念的講解過程中，引導(dǎo)同學(xué)們發(fā)現(xiàn)問題：如要實現(xiàn)高熔點(diǎn)的材料A與低熔點(diǎn)的材料B的焊接，該怎么實現(xiàn)呢？對于此問題，我們就需要將學(xué)生帶入我們的實驗室，讓學(xué)生提出更合適的解決辦法。在實驗室里面，我們可以對熔焊和釬焊的設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步的了解，并提出自己對以上問題的解決思路，最終我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生提出了加熱溫度介于AB材料熔點(diǎn)之間的焊接思路(如圖1c所示)。在學(xué)生提出這個方法之后，讓學(xué)生去查閱相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)此方法就是焊接中最新提出的熔釬焊的方法，此方法解決了高熔點(diǎn)材料A與低熔點(diǎn)材料B的焊接問題。通過實驗室的實驗平臺做支撐，還可以鼓勵學(xué)生申報一些大學(xué)生創(chuàng)新大賽項目，提高學(xué)生對科研的認(rèn)可，并在實踐中發(fā)現(xiàn)問題，提出解決辦法，為焊接打下堅實基礎(chǔ)。

圖1 根據(jù)加熱溫度定義焊接方法的講解圖Fig.1 Explanation chart for defining welding method according to heating temperature

3 基于科教融合教學(xué)模式的人才培養(yǎng)

根據(jù)朱九思的理念，科研要以堅持人才培養(yǎng)中心地位為前提，要走在教學(xué)和社會服務(wù)的前面，要服務(wù)國家和社會[5]。《焊接技術(shù)基礎(chǔ)》是一門應(yīng)用性非常強(qiáng)的課程，對焊接人才的培養(yǎng)需要科研的強(qiáng)力支撐。焊接科研過程中對人才培養(yǎng)起到了重要作用,不僅包括在科研中獲得的新知識,也包括在科研中獲得的獨(dú)特感受與精神體驗。通過焊接科研過程中的穿插教學(xué)模式，不僅可以幫助學(xué)生補(bǔ)充在理論知識的欠缺，還可以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。對于科教融合模式的建立，我們可以通過理論課與實習(xí)實訓(xùn)課結(jié)合的教學(xué)模式實現(xiàn)。

3.1 理論課的教學(xué)

在教學(xué)過程中多發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，讓學(xué)生作為課題的主角。在前面我們提到讓學(xué)生聯(lián)想生活實例，增加學(xué)生對焊接科學(xué)的認(rèn)知，提高學(xué)生對枯燥無味焊接知識的興趣。在焊接教學(xué)過程中，我們更需要發(fā)現(xiàn)學(xué)生的潛質(zhì)，而不是一味地去強(qiáng)輸硬灌。培養(yǎng)學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中靈活應(yīng)變和終身學(xué)習(xí)能力，實現(xiàn)學(xué)生能夠獨(dú)立自主的運(yùn)用科學(xué)知識去解釋實驗現(xiàn)象，有利于學(xué)生解決實際問題，提高綜合技能素質(zhì)[6]。鼓勵學(xué)生對他們在實驗中看到的或者聽到的實驗現(xiàn)象去解釋，并最終能夠確定正確答案。

3.2 實訓(xùn)課的教學(xué)

除了理論課外，我們學(xué)院非常重視實訓(xùn)課中對學(xué)生的鍛煉。在同學(xué)們獲得課堂理論知識之后，他們的知識往往是抽象性的，需要對所學(xué)知識通過實際的動手操作加以升華，才能讓焊接科學(xué)的原理深入到學(xué)生的腦海。焊接在現(xiàn)代工業(yè)中起到重要的作用，不僅是化工設(shè)備安裝過程的重要手段，而且是微電子封裝不可替代的重要方法。因此針對社會人才需求，我們給學(xué)生開設(shè)了不銹鋼焊接的實訓(xùn)課，通過采用氬弧焊實訓(xùn)，使學(xué)生了解到了焊接過程中熔滴過渡中容易引發(fā)磁偏吹的現(xiàn)象，讓學(xué)生加深對此知識的認(rèn)識。另外在實訓(xùn)中我們還對焊接過程的容易出現(xiàn)的焊接飛濺進(jìn)行了科學(xué)的認(rèn)識。更進(jìn)一步，電子電路的裝配實驗是基于焊接實訓(xùn)教學(xué)開設(shè)的實訓(xùn)課程，通過練習(xí)基本元器件的識別及簡單測試方法，能夠使學(xué)生了解硬件電路的基本結(jié)構(gòu)，獨(dú)立完成整機(jī)電路的安裝和調(diào)試[7]。通過此實驗更能讓學(xué)生了解軟釬焊在我們電子封裝行業(yè)的廣泛應(yīng)用。實習(xí)實訓(xùn)過程不僅提高了學(xué)生的動手能力更提高了學(xué)生解決問題的能力。通過此模式，我們探索一種人才培養(yǎng)模式，為國家現(xiàn)代化建設(shè)的人才培養(yǎng)提供一定的支撐。

4 結(jié) 語

本文結(jié)合《焊接技術(shù)基礎(chǔ)》課程探索科教融合教學(xué)模式下的一種新型人才培養(yǎng)模式。作者將根據(jù)我校材料成型及控制工程專業(yè)的實際教學(xué)情況，淺談科教融合模式下人才培養(yǎng)的一些體驗，探索一種人才培養(yǎng)的模式。通過強(qiáng)化學(xué)生對焊接科學(xué)規(guī)律的認(rèn)知，提高學(xué)生對科學(xué)知識的興趣；通過科研提高學(xué)生的綜合技能素質(zhì)，最終探索了科教融合教學(xué)模式下的一種新型人才培養(yǎng)模式。