科教融合式航空航天类激光焊接实验课程探究与实践

王磊磊，占小红，陶海军，李斌斌

（南京航空航天大学材料科学与技术学院 江苏 南京 211106）

1 科教融合的内涵与发展趋势

教学与科研这两要素从紧密到松散的联系构成了一个连续谱系，如何整合教学与科研两种活动在高校系统中是一个问题。教学与科研的松散耦合是在保持教学和科研各自特殊性的同时，努力实现立德树人的共同目标[1-2]。

科教融合培养本科生，最基本的要求就是把最新的科研理念、方法、技术和成果融入本科生的课程体系和实践教学中，为本科生提供真实的科研任务、科研环境和科研条件，使本科生能够在创新实践中培养创新意识和提升创新能力[3-4]。面对工程问题建设课程体系和实践体系，强化本科生的技能培养。目前的研究现状表明，科教融合式本科实验教学满足国家对创新性、复合型人才的培养需求。

科教融合是世界本科教育变革的共同趋势，科教融合解决工程问题是科研育人的目标，科教融合式本科实验教学是培养创新型人才的战略选择[5-8]。研究型大学中教学科研并重的老师比重较高，很多教师同时承担军工集团科研项目，科研实验室中的先进设备并非常年使用，这使得科教融合在设备、时间和人员等维度都具有可行性。然而依托军工集团科研项目反哺本科实验教学，在实践中并不常见，可以借鉴的经验较少。

2 科教融合式焊接实验课程的必要性

以航空航天结构激光焊接为例，当前的实验课程具有一定的局限性，主要表现在以下两方面：

①传统实验课程对工程问题的关注不足。以空间曲面结构激光焊接为例，空间曲面薄壁结构的焊缝路径与位置复杂，此外，由于上一道工序加工精度的不足，对接结构通常会出现两侧不等高、间隙不均匀等问题，导致激光焊接过程不稳定，传统实验课程难以关注到这样的工程问题。

②传统实验课程重视单一实验而对实验体系关注不足。以航空大型结构激光焊接为例，整个工艺过程涵盖打磨、清洗、预热、激光焊接、焊后热处理、矫形等系列工序，不同的焊前状态均会对焊接质量产生影响，传统实验课程重视激光焊接工序而对其他工序关注不足。

因此，开展科教融合式航空航天类激光焊接实验课程探究与实践，形成科教融合式激光焊接实验课程新模式，改善本科基础试验课程条件，提升学生的工程实践能力和思考能力，培养兼具创新性和技术性的激光焊接类复合型人才，是一项迫切的任务。

3 科教融合式焊接实验课程改革思路与方向

秉承“科教融合，学以致用”的实验教学理念，遴选能够与“材料开放实验”和“熔化焊工艺实验”有效融合的航空航天军工集团前沿科研项目，结合现有的教学大纲和学生的专业基础制订科教融合式激光焊接实验教学的初步方案。

3.1 课程改革的思路

①前沿的科研活动为教学服务。“教学”是大学的本质属性与基础功能，“科研”与“社会服务”作为大学现代性的基本体现，大学组织中的科研必须以教学为基础而存在，才能更完整地实现组织功能[9]。

②科教融合培养学生的创新能力。传统的实验教学处于知识和领会层面，若将科教融合理念引入本科实验课程，必将提升到运用、分析、综合、评价等深层学习层面，将有利于培养学生的批判能力和创新能力等高阶思维，这种模式还为毕业生提供了独特的团队合作能力[10-11]。

3.2 课程改革的方向

①课程前沿化。依托前沿科研项目，实验的材料（铝锂合金、碳纤维增强热塑性复合材料）、结构（轻质高强结构、仿生结构）、工艺（激光焊接）均处在国际前沿水平，全面提升学生的理论和技能水平。

②课程系统化。依托航空航天军工集团前沿科研项目和项目团队的科研实验室，开展涵盖打磨、预热、激光焊接、焊后热处理、矫形等系列工序的激光焊接试验课程，形成以工程问题为导向的系列化理论和试验教学模式。

4 科教融合式焊接实验课程建设内容

4.1 科教融合式焊接实验课程内容的制订

依托本团队长期合作的中国航天科技集团有限公司和中国航空工业集团有限公司，利用项目出差、学生答辩、学术会议等契机与其工艺工程师开展面谈，了解现有航空航天主机厂对学生的技能需求，分析学生实际能力之间的差距，明确学生的技能薄弱环节。把本团队现有军工集团科研项目内容与《材料开放实验》和《熔化焊工艺实验》教学大纲进行对比并发掘切入点，形成科教融合式激光焊接实验教学初步方案如图1所示。

图1 总体思路

4.2 科教融合式焊接实验课程效果评估

在“材料开放实验”和“熔化焊工艺实验”课程开展科教融合式课程教学。让每个学生牵头完成一次激光焊接试验并且保存试验样件，邀请军工集团工艺工程师和资深实验教师，对焊接样品开展包含成形形貌、表面缺陷等要素的归一化评估，让学生对自身的技能进行自我评价，最终形成基于内部和外部两个维度的科教融合式激光焊接实验课程效果评估。

4.3 科教融合式焊接实验课程实施步骤

科教融合式焊接实验课程实施步骤见表1。

表1 科教融合式焊接实验课程实施步骤

5 结论

面对当前航空航天主机厂对本科生技能和实践水平越来越高的需求，针对军工集团科研项目的教学属性尚未充分开发的问题，通过调研和访谈摸清航空航天主机厂对学生的技能需求，遴选能够与当前实验课程有效融合的军工集团科研项目，秉承“科教融合，学以致用”的实验教学理念，结合现有的教学大纲和学生的专业基础，制订科教融合式焊接实验课程教学改革方案。

①解决了传统实验课程对工程问题和实验体系关注不足的问题，课程前沿化和系统化等特色鲜明。

②科研项目教学属性被发掘，学生的工程实践能力得到提升，巧妙整合现有的科研和教学资源，培养兼具合作性、创新性和技术性的航空航天类焊接方向复合型人才。