工程教育模式在焊接實驗教學中的應用

史強，陳革新，馬欣

（新疆工程學院，新疆烏魯木齊 830023）

在現代社會，不但商品供應轉為了需求側，而且人才供應也轉為了需求側，這有助于供應的人力或商品順利轉化為價值。對于焊接類專業技術人才的培養而言，應當充分圍繞人才需求來組織教學，使院校相關專業的學生能夠接受目標明確且足夠系統化的知識講授、能力培養。工程教育模式為焊接類技術人才培養提供了較為清晰的框架，也在學界和相關行業內廣受歡迎。本文選擇將工程教育模式作為指導焊接實驗教學的立足點，并展開相關研究，具有現實意義。

1 工程教育模式概述

1.1 OBE模式

OBE模式也被稱作成果導向教育理念，在越來越多的應用實踐中受到認可，被認為是推動教學改革升級的科學方法。我國教育界關注該教育理念的時間略晚，所以，該理念在我國還有較大的研討、實踐空間。

OBE理念將教學設計的重點置于學生身上，強調把教學目標設定為學生可以在具體教學中取得的學習成果。該成果不應只由課業分數來衡量,而應該反映為學生參與學習全過程后所獲得的知識與能力。而且，在成果導向下，學生在學習過程中代入社會職業角色，去模擬對綜合性問題的解決，能夠帶來不同于傳統教學模式的能力增長體驗；其理念指導下的教學堅持持續改進原則，通過系統化的課程活動設計、學習成果評價等來促進相應的人才培養體系的形成。總體來看，OBE教育理念是將解答以下幾個問題作為教育實施的核心要求：其一，通過教學想讓學生獲取什么樣的學習成果；其二，取得這樣的學習成果有什么用；其三，怎樣引導、輔助學生順利獲取學習成果；其四，如何驗證學生已經取得的學習成果。這些核心問題是基于逆向設計原則產生的，能夠滿足人才培養的需求側要求。

結合OBE理念的闡述可以看出，其重學生、重過程、重體驗、重評價的教學設計內在要求與焊接類專業教學培養應用型技術人才的基礎目標一致，能夠找到與焊接實驗教學的銜接點。

1.2 CDIO模式

CDIO教育理念是對發達國家幾十年來工程教育改革經驗的總結、繼承和發展。該理念最關鍵的價值在于系統性地提出12條教育標準，主要涉及教學中的能力培養、過程實施、檢驗測評幾方面，可操作性很強。國際上曾有國家（瑞典）利用這些標準針對本國的數個工程學位計劃展開評估，并取得了理想的結果，也證明了相關標準的廣泛應用性。截至2013年，國際上形成了專門的CDIO組織，吸引了幾十所來自世界各國的著名高校加入。該組織的成員高校在辦學中，在航空航天系、機械系都貫徹執行CDIO教育理念，并以此制定教學目標、教學大綱，成功地培養出CDIO模式人才。

CDIO模式為教育界提供了三方面的價值性參考，即愿景、大綱和上述中的12條標準。愿景方面，它一邊強調工程基礎，一邊要求學生在真實世界的產品、系統基礎上去進行合理的構思、設計，繼而去實現和嘗試運行。它是一個突出了真實過程體驗的工程教育模式。大綱方面，它系統、細致地羅列出現代工程師應當掌握的能力或進步的方向（涉及3級、70條、400余款），包括工程基礎知識、個人能力、團隊能力和整個CDIO全過程能力幾方面。這也為工程教育相關專業的教學改革提供了明確的方向指引，使其結合指引來構建教學框架。12條標準方面，它給予了整個教育模式以細化的指標，使相關專業的教學實施和成果檢驗更加容易操作，變得可具體化、可量化。

結合CDIO理念可以看出，其強調教學的系統性、標準性，使得教育改革不再是宏觀理論，而是轉化為可執行的細致的框架、指標。因此，無論是其提供的愿景、大綱，還是標準，都能夠很好地融入焊接實驗教學，成為指導焊接實驗教學過程的具體化要求。

2 焊接專業實驗教學簡述

工程訓練作為高校工程實踐能力培養的主要環節，在新建或發展過程中應根據服務區域、行業發展需求，優化人才培養機制，科學制定以滿足社會需求和學生就業為導向的多樣化培養方案[1-2]。焊接技術應用范圍廣，實踐性強，貫穿在機械制造業、航空航天、船舶制造等關系國計民生的工業企業生產中[3-4]。用人企業對焊接技術人才的操作能力有剛性要求，所以，體現在人才培養階段，也就是教學階段，把焊接實驗教學作為學生能力培養的一個關鍵的手段和方式。許多院校的焊接專業課程已經開設多年，所以其焊接實驗教學已經形成較為固定和相對系統化的模式。其實驗教學方式保守、陳舊，教學應用的設備也落后于時代發展。對比之下，行業市場中，焊接技術迭代更新快，且相應的新設備也不斷產出、得以應用[5]。這些都要求焊接類專業學生對設備不但能操作、會操作，而且要高效率操作；對技術不但要了解、掌握，還要能應用、創新。由此看來，一些院校的實驗教學條件達不到行業市場對焊接人才培養的要求。其實驗教學條件的不足具體表現為：

2.1 實驗教學理念上的不足

一些院校在工程教育方面，更側重于科研成果的獲取，不斷加大科研投入，而對實驗教學的關注度偏低。由此，其焊接類專業的實驗教學長期處于舊模式、方法下，未得到及時而有效的改革。這些院校忽視實驗教學的原因，主要在于科研投入能夠更快、更高質量地獲取成效，而教學改革則是一項較為漫長、系統的工程。

2.2 實驗教學設備上的不足

焊接專業的實驗室往往僅有類型單一的少量實驗設備，難以支持大批次學生同時進行獨立的實驗；一些院校的焊接專業實驗室沒有及時引進新設備，一些涉及先進技術應用的實驗無法開展。先進焊接實驗設備的引進，需要院校投入更多的經費，而且還涉及后續的維修經費支出。因而，一些院校缺乏對實驗設備更新的主動性，導致其實驗室設備不足、不全、不新。

2.3 實驗教學內容和方式上的不足

一些院校的焊接實驗教學內容過于按部就班，將教材作為主要依據，而缺乏對焊接相關的學術發展內容的補充，也沒有對當前先進的焊接工程應用進行拓展，使實驗教學內容較為滯后。同時，焊接實驗指導教師仍習慣于應用以往的實驗教學方式，即讓學生被動地跟隨教材和教師的指示，一步步操作實驗、記錄結果、填寫報告。在教師的指導下，學生在實驗前已經知道實驗結論，實驗過程缺乏創新，更談不上學生能力的培養。

2.4 實驗教學師資上的不足

一些院校的焊接專業教師，雖然在學歷上、教學經驗上都較有優勢，但是卻缺乏與行業市場的接觸和融合。他們更多地處于校園的“封閉式”教學研究狀態下。其中，缺乏實驗教學創新意識的教師會安于教學現狀，習慣式執行傳統實驗教學方式方法；有實驗教學創新意識的教師，雖然在積極了解焊接行業狀態、焊接實驗熱點，但卻依賴于間接性渠道，例如進行書刊資料收集、網絡信息查閱等。這些都使得焊接實驗教學創新、改革的推動力不足。

3 工程教育模式在焊接實驗教學中的應用策略

3.1 加大焊接實驗教學準備方面的投入

基于工程教育模式對教學成果型導向、過程性體驗、系統性評價等的要求，各院校可加大對焊接實驗的教學準備投入，夯實實驗教學改革的后盾：補充焊接實驗室設備類型、補足數量，并結合資金情況適當引進先進設備，以打造設施齊全的先進實驗室，其增購設備可包括常規焊機、等離子切割機、攪拌摩擦焊機、電阻點焊機等，甚至可以引進焊接機器人；適時革新本校的教學理念，掌握好科研投入與教學投入二者之間的關系，必要時應當適當對教學投入加以傾斜，以體現出作為教育機構的以人為本的理念和社會責任感；拓寬本校焊接專業教師知識的進步提升渠道，使他們能夠持續學習。其中，在增強師資力量方面，院校可投入一定經費，資助教師遠赴焊接專業的知名國際培訓班參加培訓，從而拓寬其專業視野、增強其技術實操能力、使其掌握更多、更靈活的實驗教學方式方法。除了培訓班渠道，院校還可以和焊接技術應用相關企業形成聯動，定期組織焊接專業教師隊伍入企學習體驗，以使其直觀、切實地接觸和了解最新的焊接技術及先進設備，進而對自身的實驗教學提供啟發。

3.2 綜合運用OBE和CDIO模式開展焊接實驗

工程教育模式為焊接實驗教學帶來了OBE和CDIO兩種思路，所以各院校要注意在實驗教學中融入這兩種理念，探索綜合性的焊接實驗教學。相關綜合實驗的基礎思路是，結合兩種先進理念，讓學生有機會獨立完成過程性的焊接項目實驗，從而突出其在項目實驗過程中的體驗感，使其更深刻地受到啟發，并掌握應用基礎理論的能力、實操能力，進而在啟發引導下激發出創新思維，并進行創新實踐。在具體的綜合性實驗設計中，所包含的實驗教學內容應當有專業基礎實驗、專業技能實驗、材料科學基礎實驗、專業綜合實驗等不同類型。而且，相關實驗可不限焊接方法的運用，且能夠對焊接專業內容融會貫通。例如，在一個實驗中可同時涉及焊接接頭硬度測定、焊接熱影響區模擬、焊接評定、焊縫金相組織等內容，從而促使學生靈活運用知識與技能，并形成綜合能力。在具體的實踐中，教師可基于OBE成果導向原則，出于既定的培養目標，圍繞開放性的綜合實驗題目展開教學，可以讓學生練習焊接一個生活用品、工藝擺設，抑或是嘗試修復有裂痕的成品等；在綜合實驗過程中，教師再把CDIO模式引入，結合其大綱、標準要求，列出與焊接實驗相對應的具體的指導框架和指標，繼而有序引導學生獨立完成項目實驗；在實驗得出成果后，教師則要綜合利用OBE和CDIO兩種模式標準的檢測評估指標來評價學生，使他們的實驗操作獲得客觀評定。

3.3 搭建虛擬焊接實驗教學平臺

由于焊接實驗教學本身是存在風險性的，也涉及各方面的成本投入。對于許多院校來說，想要高標準、高質量實現基于工程教育模式的焊接專業實驗室建設是有困難的。為此，院校可以開辟補充性途徑，即利用智能化時代的虛擬現實技術來開展實驗教學，從而形成對高昂的焊接先進設備的部分性地替代。虛擬焊接實驗的實現，需要院校自主搭建虛擬焊接實驗教學平臺，用以配合真實的實驗室教學。虛擬實驗教學中綜合性、開放性、設計性的實驗可以培養學生操作技能和創新能力，有利于學生的全面發展[6]。相關虛擬實驗環境搭設都以計算機以及計算機系統為基礎，借助虛擬現實技術（VR技術）模擬真實環境。VR技術應用的優勢在于，能夠使參與實驗的學生獲得焊接操作的沉浸式體驗，而且這種體驗是可以貫穿全過程的，符合OBE和CDIO模式要求，使學生充分成為焊接實驗與探索的主體。計算機系統會對學生實驗操作步驟“留痕”，形成詳細的數據，這對教師結合工程教育模式要求來進行學生能力測評有極大幫助，為其提供了客觀數據參考。院校可結合所搭建的虛擬焊接實驗教學平臺情況，有針對性地設計和制定教學內容、方法，并逐漸形成獨具特色的實驗教學模式。

4 結語

綜上所述，鑒于工程教育模式的實際應用價值，以及院校在實驗教學方面存在的各項不足，相關實驗教學改革應當立足于對教學準備的強化和對實驗教學新模式的探尋兩點來展開。其中，新教學模式應分為真實環境的綜合實驗教學探索和虛擬環境的實驗教學探索兩種。