艦員級維修技能實訓課目教法改革研究
——以鋼料加工課程為例

方清明，王新

（武警海警學院機電管理系，浙江 寧波 315801）

1 前言

船用鋼料加工是船舶建造的重要環節之一，其質量的好壞直接影響隨后的焊接質量和裝配的工藝性。同時，也是艦員維修技能的重要組成部分。在船舶運行過程中，鋼料零件的加工、修復和更換是保證船體結構完整性和安全性的基本保障。船用鋼料加工課程是很多船舶類院校的重要課程之一。該課程的核心內容是把鋼材加工成船體構件所需形狀的工藝方法和設備。課程具有工藝方法靈活，同一類型的構件可以選用多種工藝方法和設備進行加工，并且實踐性強的特點。僅僅通過課堂教學，會使學生感到枯燥乏味，工藝方法和設備操作方法難以理解，學習的積極性下降，從而使得教學效果不佳。

此外，由于船體構件龐大，船用鋼料加工設備復雜且體積巨大，高校無法像建設普通機械加工實驗室一樣建設和造船廠一樣的鋼料加工實驗室，為了滿足教學需求，很多高校通過校企合作的方式或者虛擬仿真實驗的教學方法進行實驗課程，但是目前這些方法都存在各自的缺點，校企合作由于船舶建造周期長，時間上很難和實驗課程相協調，虛擬仿真實驗與實際鋼料加工過程還存在較大差距。

針對以上問題，本文提出了以項目為導向的船用鋼料加工實驗課程改革方案，通過選取具有典型代表的船體部件，并按比例進行縮小，選取小型的加工設備，設計加工路線，學生按照設計加工路線，完成項目所需部件的加工。本文以舭部為例，設計舭部各個構件的工藝路線，選取對應加工設備，完成各個構件的加工，整個過程要體現不同類型構件的鋼料加工工藝過程，覆蓋所需各類型加工設備。

2 相關理論和實踐

2.1 項目導向教學法概述

項目教學法（PBL）是一種以解決實際問題為導向的學習方式，它將理論知識與實踐技能相結合，讓學生在真實的情境中進行自主探究和學習，培養學生的問題意識、創新精神和團隊合作能力，使學生能夠更好地適應未來的職業發展。

PBL 教學模式的核心是項目。項目是一個具體的任務或問題，它能夠引起學生的興趣和關注，并激發他們的思考和創造力。在PBL教學中，學生需要通過獨立思考、信息收集、數據分析、解決方案設計等環節，完成項目的各個階段，最終呈現出一個完整的成果。

PBL 教學法強調學生在整個學習過程中的自主性和合作性，學生需要積極參與到項目的各個環節中，負責自己的學習和工作，并與其他同學共同協作完成項目。這樣的學習方式可以促進學生的學習動機和主動性，增強學生的學習興趣和信心，同時也可以提高學生的社會交往能力和團隊協作能力。

在實踐中，PBL 教學法可以適用于各種學科領域和教育階段，包括基礎教育、高等教育和職業教育等。在實驗課程教學中，采用PBL 教學法可以使學生更好地掌握實踐技能和解決問題的能力，從而提高教學效果和學生的綜合素質。

2.2 船用鋼料加工相關知識和技術

船舶建造是一個復雜的過程，涉及許多不同的領域和技術。其中，船用鋼料加工是船舶建造的重要環節之一，其質量直接影響船舶的性能和安全。

船舶板材通常具有較大的厚度和尺寸，因此，需要使用大型化的加工設備對其進行預處理、邊緣加工和成形加工。預處理通常包括將鋼板和型材進行矯正、表面清理和防腐處理等工序，以確保加工后的構件具有良好的質量。為了提高生產效率和質量穩定性，現代船塢中采用自動流水線來實現鋼材預處理的自動化作業。這些流水線通常由矯正、除銹、噴漆、烘干等工序組成，通過連續的工藝流程完成鋼材的預處理。其中矯平機和拋丸機是預處理中最重要的兩種設備。

邊緣加工是將經過號料的零件從鋼板上切割分離和焊接坡口的加工。機械切割、化學切割和物理切割是常用的邊緣加工方式。機械切割的常用設備包括龍門剪刀、壓力剪切機和刨邊機等，可以用于對鋼板進行橫向、縱向切割和坡口成形等加工；化學切割主要采用氣割技術，可以實現高精度的切割和坡口成形；而物理切割主要包括等離子切割、水切割和激光切割等技術，可以實現各種形狀的切割和坡口成形。

船舶的成形加工通常涉及肋骨冷彎機、三輥彎板機和數控三位彎板機等設備。這些設備的作用是將經過邊緣加工的構件進行彎曲或壓制成所需的形狀和角度。大型龍門剪床的高度可達5m，由于船用鋼板的厚度通常很厚，在90 ～110mm，一些關鍵部位的鋼板厚度甚至達到200 ～300mm。因此，需要高度精密的加工設備來完成復雜的成形加工。

總之，船舶建造是一個高度復雜和多樣化的過程，需要涉及許多不同的領域和技術。在船用鋼料加工中，預處理、邊緣加工和成形加工是非常重要的環節，它們直接決定了船舶構件和整體性能的質量和穩定性。因此，需要使用高度精密和大型化的加工設備來滿足船舶建造的需求。

2.3 實驗課程教學現狀和存在的問題

由于船體構件普遍比較龐大，相應的鋼料加工的設備也很龐大，這使得學校難以提供與船廠相同的大型鋼材加工設備。雖然少數院校設置了船舶建造實驗室，但是這種實驗室主要用于加強學生對船舶結構和船舶各分段裝配過程的理解，缺乏對鋼料加工過程的實踐操作。

因此，很多學校通過視頻播放的教學手段讓學生了解整個鋼料加工流程，但是這種方法學生無法身臨其境地感受船體構件的加工過程，學生容易感到枯燥乏味，對鋼料加工設備的操作方法也無法理解；有些學校是通過校企合作，帶領學生參觀船廠的方式進行實踐教學，但是，由于船舶建造的過程非常復雜，周期很長，很難與學校實踐課程相協調，而且，由于考慮到學生操作不當導致的安全問題，一般不允許學生在工廠參觀過程中實際操作儀器設備，因此，學生無法在參觀教學中真實感受船體構件加工的過程；還有些學校是借助三維虛擬仿真軟件進行教學，通過這種方式，學生只需要操作計算機就可以完成已經設計好的工藝任務，不過，這些軟件也主要適用于三維瀏覽船體結構、干涉檢查和船體裝配等過程，對儀器設備的使用方面很少涉及，而且，這種模擬操作的過程與船廠實際操作仍然由較大差距。

總之，目前高校船用鋼料加工實驗課程存在設備龐大、實踐操作難度大，企校合作模式周期長、存在安全隱患等問題。

3 課程改革設計與實施

3.1 以項目為導向的教學設計

本文教學設計的思路是縮小比例設計船體結構某個部件，以加工這個部件為導向，使用相關設備，讓學生在實際加工這個部件的過程中可以直觀體驗鋼料加工的方法，還可以直接動手操作儀器設備，解決只能看不能用的問題。此外，通過這種項目導向式的教學方法，還可以激發學生的學習熱情。

本文的教學設計分為兩個部分：一是挑選出適合實驗室使用的小型加工設備，比如，等離子切割機、小型剪板機等；二是選取適合初學者加工的船體部件，同時，加工這個部件的過程能完整地表現整個鋼料加工的過程。

本文一共挑選出了七種加工工具和設備，包括鈑金錘、介子機、小型剪板機、等離子切割機、液壓折彎機、角鋼彎曲機和火工矯正炬。其中鈑金錘和介子機可以對生銹或變形的鋼板進行修復，實現對鋼材進行預處理；小型剪板機和等離子切割機分別從機械加工和物理加工兩種方式對構件進行邊緣加工；液壓折彎機、角鋼彎曲機和火工矯正炬可以對邊緣加工后的構件進行成形加工，其中前兩種是用冷加工方法，火工矯正炬則應用的是熱彎工藝。通過選取以上的加工設備，能基本覆蓋船用鋼料加工的整個工藝過程和方法。

選完工具和設備后，我們重點選取了幾個典型部件，提供給學生進行制作，學生在制作過程中理解整個鋼料加工的工藝過程。本文選取加工構件的原則一是難度適當，適合初學者制作；二是要具有典型代表性，能充分反映出整個鋼料加工工藝過程，并最大化使用所選加工設備。

我們初步選取了內底舭部和主橫艙壁作為加工項目，本文以舭部為例進行說明。舭部是指船舷側板與船底板的彎曲部分，包括舭部外板、舭龍骨和舭肘板。舭部外板呈現出的弧形結構可以通過液壓彎曲機冷彎成形或者火工矯正炬進行熱彎，外板邊緣可以使用剪板機和等離子切割機進行切割和坡口加工；舭肘板可以使用剪板機和等離子切割機進行加工；舭龍骨可以體現出型材的加工方法，通過使用等離子切割機進行邊緣加工，使用角鋼彎曲機和火工矯正炬進行成形加工。

3.2 教學內容的重構和調整

船用鋼料加工課程分為理論部分和實踐部分，理論部分先從宏觀上講解鋼料加工的工藝流程和加工方法，再分別講述鋼材預處理、邊緣加工和成形加工所使用的儀器設備的工作原理和操作方法，適當拓展到新型加工設備，比如，智能數控彎板機，用以拓寬學生視野，增強學生學習積極性。

教學內容的重構的重點在實踐部分。教學內容的設計以項目為引導，比如，本文中以內底舭部結構為例設計教學內容，在舭部制作過程中貫穿實驗設備的使用方法。由于不同連接方式，舭部結構有所不同，通常分為如圖1 所示的三種結構，圖1(a)是單底舭部的連接，這種是用舭肘板將普通肋骨與船底肋板連接。舭肘板有面板或折邊；圖1(b)是縱骨架式單底無肋板的肋位處的舭部連接,用舭肘板將肋骨或最下一根舷側縱骨與最邊上的一根船底縱骨連接；圖1(c)雙層底舭部的連接，用舭肘板將普通肋骨與內底邊板連接。

圖1 不同連接方式的舭部結構

教學內容的安排可以按照項目來安排，比如，以舭部加工為例，按照三種連接方式可以安排三個實驗項目，實際教學中，可以將學生分為三組，每組選擇一個實驗任務進行加工。以圖1（a）中所示的單底舭部連接結構為例，圖中所涉及的構件分別是舭部外板、船側外板、船底外板、肋骨、肋板和舭肘板。

船側外板和船底外板由于沒有弧度，所以加工相對簡單，可以使用直邊扁平件的加工工藝流程，如圖2所示。

圖2 直邊扁平件加工工藝流程

板材經過預處理和號料后，船側外板和船底外板可以分別使用剪板機和等離子體切割機進行切割。在操作過程中，學生能掌握切割設備的連接、工藝參數的選擇與調整，以及設備的維護方法，在做好個人安全防護的前提下，能獨立完成直邊扁平件的加工。

舭外板屬于直邊折邊件，舭部外板屬于曲面件，因而可以結合了解直邊折邊和曲面件的加工工藝流程，如圖3 所示。

圖3 直邊折邊、曲面件加工工藝流程圖

舭肘板在經過預處理、號料和直邊切割后，使用液壓折彎機進行折邊。舭部外板是加工難度最大的構件，可以使用火工矯正炬進行水火彎板。在這個過程中，學生掌握液壓折彎機和水火彎板的加工原理和設備使用方法。

3.3 教學方法和評價體系改革

本文主要使用的是項目導向教學法，通過設定具有典型代表的實驗項目，引導學生進行自主探究和學習，學生在完成實驗項目的過程中熟練掌握鋼料加工設備的工作原理和使用方法。

項目導向教學法的核心是項目，所以選取一個好的項目尤為重要，這個項目應該盡可能多地覆蓋船用鋼料加工的工藝方法，同時又可以在實驗室完成加工任務。本文通過選取內底舭部這一涉及直邊扁平構件、直邊折邊構件和曲面件的部位，可以覆蓋各種類型構件的鋼料加工工藝流程，同時也可以使用所選設備進行加工。

在整個實驗項目進行過程中，可以很好體現學生的自主性和合作性，每個學生都需要完成自己所分配部件的加工任務，同時，又需要與其他同學進行合作完成部件之間的焊接裝配。

本文所使用的是項目導向教學法，相應的教學評價體系要與之適應。教學評價分為形成性考核和終結性考核，終結性考核主要是對理論知識進行考核，主要通過理論考試檢測學生對理論知識的掌握水平，一般采用閉卷考試的方式進行；形成性考核分為兩個部分：一是教師對學生操作過程進行打分；二是對小組的作品進行打分，通過檢測學生制作的工件可以直觀地檢驗實驗課程的教學效果。

4 結語

針對院校船用鋼料加工課程教學中存在的問題，本文采用項目導向教學法對船用鋼料加工課程內容進行了調整和重構。以能反映整個鋼料加工過程為原則選取典型船體部件，并按比例縮小構件體積，進行加工項目設計。學生根據設計項目，選取加工工藝路線和加工設備，完成部件加工任務。采用項目導向教學法，可以充分發揮學生的主觀能動性，提高學生學習的熱情，學生在完成加工項目的過程中通過直接操作設備，可以直觀理解鋼料加工的工藝方法，掌握相關設備操作技術，為以后的職業生涯打下基礎。但是，目前相關評價體系建立還不夠系統，如何打分才能公正客觀地反映學生的學習成果，還是后期需要進一步研究的內容。此外，課程還需繼續挖掘更多典型部件進行項目設計，以便學生在選擇項目時有更高的自由度。