基于工程素质培养的焊接综合实验教学体系研究与实践

张德芬 陈孝文 黄本生 武 斌

（西南石油大学新能源与材料学院 四川成都 610500）

工程素质是从事工程实践类工作的专业技术人员面向所从事的工程实践活动时具有的能力和适应程度，是工程技术人员的一种能力素养。高校的实验与实践教学育人工作，对于增强学生勇于探索的创新精神、善于解决问题的实践能力，具有不可替代的重要作用。近10多年来全国很多高校对实践教学内容及教学体系进行了大量的探索和实践，尤其强调了实验教学项目的综合性和创新性设计。专业综合实验在高校人才培养中具有极其重要的地位，因为现在综合性实验已经成为我国工程教育专业认证和高校教学工作水平评估中的主要观测点，并且用来评价学校人才培养模式的效果。

专业综合实验是学生进入专业课程学习后的一门重要的实验与实践课程，在学生工程素质培养过程中具有非常重要的作用，我校的办学定位是以“工”为主，培养工程应用型、创新型人才。因此，有必要对焊接专业综合实验教学不断进行改革，紧紧围绕工程教育认证通用标准和机械类专业补充标准，结合历届人才培养方案中实验与实践教学体系中存在的问题，逐步形成了基于工程素质培养的焊接专业综合实验教学体系，在实验方案设计过程中做到学思结合，注重让学生“敢想敢创”，大胆实践，在亲身实践与实验参与过程中增强创新精神和创造意识，增强职业责任感，培养遵纪守法、爱岗敬业、无私奉献、诚实守信的职业品格和职业精神。做到如何既发挥传统实验教学的优点，又赋予它新的内容及理念，实验过程中既突出专业的核心技能，又与工程生产实际相联系，是设置专业综合实验教学内容时需要重点解决的问题。[1]

一、工程素质培养的焊接专业综合实验教学体系改革思路

（一）设计思路

本课题研究依托西南石油大学新能源与材料学院材料成型及控制工程专业以创新型焊接专业方向实验与实践教学为导向，充分结合工业企业和工程生产实际中的通用标准、行业标准以及焊接专业方向的自身特色，打破传统实验教学以“示教传授”和“走马观花”为特征的教学形式，构建起以创新能力培养为主线、以工程素养训练为载体，以强化学生解决工程生产实际问题能力为主要培养目标，专业理论知识与工程实践相结合的创新型焊接专业方向实验与实践教学内容及形式，坚持“以学生为中心、工程导向、服务工业生产、提升工程素质”的理念，在实验教学内容设置中加强对学生实践能力和创新意识的培养，坚持专业综合实验教学为工程生产实际服务。专业综合实验的教学过程可以分为以下三个方面。首先是实验过程，其主要目的是通过实验教学过程模拟工程生产实际过程，所以实验过程是以工业产品设计、制造及生产为主线进行的，体现了工程背景。其次是实验内容，以工业产品设计、制造及生产为依托，涉及了多门专业基础课和专业课程的知识，以及多种检测方法和操作技能，体现了工程教育的系统性和综合性。最后是教学目标和教学理念，本课程的教学目标和教学理念是培养学生的工程素质，要在教学过程中贯穿“学生为主体（中心），教师为主导”的教学理念，重点培养学生的创新精神、工程素养和工程实践能力。[2]

（二）专业综合实验教学体系及内容设计

专业综合实验课程的工程化、系统化、自主化特征可提高学生实验过程中的主动性和积极性，同时提高学生巩固及扩展专业理论知识、获取新知识的能力，包括对相关专业理论知识的查阅、理解和综合分析以及实际调查研究的能力。所以在实验教学中要强调理论联系工程实践，紧紧围绕典型工程生产实际开展实验教学，并对各个实验项目之间的联系进行加强，让学生从整体上把握每一个实验项目的内容，达到学生通过实验教学增强工程意识，在提高工程素养能力同时提高创新能力的目的。

焊接专业综合实验教学体系的设计关键是要选择与工程实际生产相关的实验内容，这些内容能将分散的专业实验项目有机联系起来，形成一个与焊接结构设计、制造及生产过程相关的实验教学体系。同时，这些内容既能突出专业内涵和专业核心技能，又能在学校的实验室里完成。经课程负责人和团队教师充分讨论和论证，最终选择了“焊接工艺数值模拟及优化设计、焊接结构设计和焊接工艺评定”三个综合实验项目。[3]

二、基于工程素质培养的焊接专业综合实验教学体系实践

（一）焊接专业综合实验教学内容及实践

焊接工艺数值模拟及优化设计综合实验项目利用焊接模拟软件对设定的焊接试板进行焊接工艺设计、模拟计算和分析，对其焊接工艺进行优化设计。学生通过模拟计算与分析，熟悉焊接模拟软件的应用，加深对焊接工艺设计合理性的分析和理解，提高学生对专业知识的运用能力，熟悉焊接工艺优化设计的方法和原则，为正确分析焊接结构产品质量、制定合理的焊接工艺文件及毕业后从事焊接技术工作奠定基础。实验分组进行，每组5人，小组成员针对指定的焊接结构进行焊接工艺设计、数值模拟计算与分析，但要求每人的具体工艺不能完全相同，并通过模拟至少3组工艺参数进行对比分析，最后在模拟结果的基础上对该结构的焊接工艺进行优化设计。

焊接结构设计综合实验的目的是要求学生熟悉焊接产品结构设计的方法和流程，包括选择合理的结构形式、接头形式、焊接方法、工艺参数、焊缝布置及施焊顺序，掌握焊接残余应力和残余变形测试方法和过程。具体内容包括：合理设计焊接结构、接头形式、焊接工艺参数，正确地进行焊缝布置及安排焊接顺序，施焊后对所焊结构的残余应力和残余变形进行检测和分析，对构件主要受力接头进行超声波无损检测。实验分组进行，每组5人，由小组成员共同按照实验内容通过查找资料完成结构的设计并进行实际焊接完成结构的制作、无损检测及残余应力和残余变形的检测和分析。[4]

焊接工艺评定综合实验项目的目的：了解焊接工艺评定的主要内容；熟悉焊接工艺评定的基本流程和实验方法；能够看懂和撰写焊接工艺评定报告书。具体实验内容包括：

1.根据给定的钢板和实验室的焊接条件，拟定焊接工艺规范；然后由实验室联系熟练的焊接操作人员根据拟定的焊接工艺进行试板的焊接。

2.对焊接得到的试板进行外观检测和无损检测，拟定理化检测方案、画出试板取样方案图和各种检测试样的加工尺寸图。

3.对从焊接试板上所取金相试样进行磨制、抛光、接头组织分析、接头显微硬度测试。

4.对从焊接试板上所取拉伸和冲击试样进行拉伸和冲击实验，然后综合分析和讨论全部的实验数据与结果，对所拟定的焊接工艺的合理性进行综合评定与分析。

实验分组进行，每组5人，由小组成员根据给定的焊接试板，通过查阅资料和文献共同完成焊接方法的选择和具体工艺方案及工艺参数的设计，然后对该工艺焊接得到的试板进行各项检测和分析，结合所有实验结果对该焊接工艺进行综合评定与分析。

（二）焊接专业综合实验教学的特点和效果

如前所述，焊接专业综合实验的过程基本就是焊接结构设计及制造过程，通过这样的整合，使专业综合实验具有以下特点：

1.系统性

利用专业综合实验把4门主干专业课的实验内容有机组织在三个实验项目中，该专业综合实验中的各种检测实验正是焊接专业课程的主要实验内容，通过与工程生产实际的结合使原来为理论课程的分散实验形成了围绕焊接结构设计与制作、焊接工艺数值模拟和工艺评定来进行，最终为保证焊接结构质量的实验教学内容体系。

2.工程性

三个专业综合实验项目不仅与专业课程紧密相关，同时又都是当前工程生产实际中使用的常规手段和方法。专业综合实验项目的选择和编排以工程生产实际为背景，设计并解决了一个小小的工程问题，重在强调和体现工程应用。

3.工程素质培养

通过专业综合实验使学生不仅了解了“焊接结构设计、焊接工艺数值模拟和焊接工艺评定”的目的、过程和常用的实验及检测方法，还进一步理解和掌握了焊接专业理论课程中讲到的焊接冶金基本原理、焊接工艺、焊接结构设计、焊接数值模拟、无损检验以及各种理化检测方法的特点、操作和应用。这对于学生进一步全面理解和掌握课内专业知识、实验操作技能，将课内专业理论知识与工程生产应用实际紧密结合，对培养学生的工程素质方面起到了非常重要的作用。另外三个实验项目都是分组进行，在完成实验的过程中小组成员相互沟通，分工合作，让他们充分认识到团队合作对解决复杂工程问题的重要性，通过团队合作提高团队合作意识、共同提高和解决困难的理念，能够在团队中根据各自的角色特点发挥各自的优势和特长，每个同学的工作能力都得到充分体现。通过三届学生的教学实践表明，学生具备了认真负责的敬业精神、友善的讨论沟通能力、理论和实践相结合的能力和勇于探索的创新精神、善于解决问题的工作素质。[5-7]

三、结束语

专业综合实验的实践性教学内容的设计，实施的具体教学过程和教学方法，均符合我国工程教育专业认证综合性和设计性等要求。针对我校材料成型及控制工程专业焊接方向的学生，为了加深对专业理论知识的理解，提高焊接工程实践技能，在其专业综合实验课程中，结合工程实际情况开设了的“焊接结构设计、焊接工艺数值模拟及优化设计和焊接工艺评定”三个大型综合型实验项目，收到了良好的教学效果。三个综合实验项目的成功开设，既加深了学生对各门专业课程知识之间联系的认识和理解，提高了学生对焊接质量控制的工程意识，同时还学到了“焊接结构设计、焊接工艺优化设计及焊接工艺评定的方法与要求”。在专业综合实验教学中运用了参与式教学的方式，以学生自主性、创造性学习为主，提高了学生运用所学专业理论知识去分析问题和解决实验中遇到的实践问题的能力，达到了以“教师为中心”转向以“学生为中心”，从“教给学生知识”转向“教给学生学习能力”的目的。此外，通过专业综合实验课程的教学进一步加强了对焊接数值模拟计算、焊接接头的无损检测、外观检测、接头的金相检测、硬度检测、拉伸和冲击试验等技能的应用。[8]根据该专业综合实验课程的良好效果，我们将不断总结教学中存在的问题，在此基础上补充和充实实验项目内容，不断完善和提高。同时在其他课程中多开设综合设计型、综合型实验项目，最终为我校培养具有工程素养的焊接技术人才作出贡献。