朱海洋 汪曉勇 蔡嘯濤 謝杰 鄭傳波

摘要“焊接結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”是焊接技術(shù)與工程專業(yè)的一門(mén)專業(yè)必修課程，涉及傳熱學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)以及數(shù)學(xué)等多門(mén)學(xué)科，同時(shí)具有很強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性。文章總結(jié)分析了獨(dú)立學(xué)院焊接專業(yè)“焊接結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”教學(xué)過(guò)程中遇到的一些問(wèn)題，結(jié)合課程知識(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及學(xué)生情況，從加強(qiáng)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)、豐富課堂教學(xué)模式、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、優(yōu)化成績(jī)考評(píng)方式等方面進(jìn)行了改革嘗試與探索。

關(guān)鍵詞 焊接結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)；教學(xué)改革；探索

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.13.041

焊接結(jié)構(gòu)是焊接技術(shù)應(yīng)用于工程實(shí)際產(chǎn)品的主要表現(xiàn)形式，也是在許多工業(yè)部門(mén)應(yīng)用最為廣泛的金屬結(jié)構(gòu)[1]。研究焊接結(jié)構(gòu)的原理，是焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造、使用與維護(hù)、安全評(píng)定的基礎(chǔ)?！昂附咏Y(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”課程作為焊接技術(shù)與工程專業(yè)的一門(mén)必修課，是一門(mén)涉及傳熱學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)以及數(shù)學(xué)等多門(mén)學(xué)科的交叉學(xué)科課程[2]。課程主要從焊接殘余應(yīng)力和變形產(chǎn)生的機(jī)理及影響因素入手，分析焊接應(yīng)力及焊接接頭的不均勻性對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)合材料脆性斷裂、疲勞斷裂的理論知識(shí)分析焊接結(jié)構(gòu)疲勞和脆斷的特點(diǎn)及預(yù)防措施，以及分析不同工況條件下焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造的合理性、安全性和經(jīng)濟(jì)性[3-4]。作為焊接專業(yè)一門(mén)重要的專業(yè)主干課程，“焊接結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”課程目前的教學(xué)中還存在一些問(wèn)題亟待解決。本文針對(duì)江蘇科技大學(xué)蘇州理工學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“我?！保┖附訉I(yè)在該課程開(kāi)設(shè)過(guò)程中遇到的一些問(wèn)題進(jìn)行了分析、歸納與總結(jié)，并針對(duì)性地采取了一些教學(xué)改革措施，旨在為其他獨(dú)立學(xué)院同類課程的教學(xué)提供一些參考。

1課程特點(diǎn)

目前我校焊接技術(shù)與工程專業(yè)“焊接結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”課程選用的教材是哈爾濱工業(yè)大學(xué)方洪淵教授主編的《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》（第2版）?！昂附咏Y(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”課程內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)多、覆蓋面廣、專業(yè)性強(qiáng)，內(nèi)容包括焊接熱場(chǎng)、焊接應(yīng)力及變形、接頭性能、脆性和疲勞斷裂、安全評(píng)價(jià)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，其中，焊接應(yīng)力變形是課程的教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)[5-6]。課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生能夠掌握焊接應(yīng)力與變形、焊接結(jié)構(gòu)力學(xué)特點(diǎn)、焊接接頭強(qiáng)度與斷裂等基礎(chǔ)理論知識(shí)，從而能夠進(jìn)行焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和解決焊接結(jié)構(gòu)施工的問(wèn)題[7]。該課程兼具很強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性。

2教學(xué)中存在的問(wèn)題

2.1部分知識(shí)點(diǎn)理論性較強(qiáng)，學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)薄弱

“焊接結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”課程涉及的主要知識(shí)點(diǎn)有焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、焊接熱過(guò)程、焊接應(yīng)力與變形、焊接接頭、焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂、焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度、焊接結(jié)構(gòu)類型及其力學(xué)特點(diǎn)、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。知識(shí)點(diǎn)多，各知識(shí)點(diǎn)難度不一。焊接熱過(guò)程、焊接應(yīng)力與變形、焊接接頭等章節(jié)理論性強(qiáng)，焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂、焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度、焊接結(jié)構(gòu)類型及其力學(xué)特點(diǎn)、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等章節(jié)實(shí)踐性強(qiáng)。部分章節(jié)涉及較多高等數(shù)學(xué)、材料力學(xué)、彈塑性力學(xué)、材料斷裂力學(xué)等方面的基礎(chǔ)理論知識(shí)。學(xué)生要想學(xué)好這些內(nèi)容，就需要有良好的基礎(chǔ)理論知識(shí)儲(chǔ)備。以第二章焊接熱過(guò)程為例，該章焊接熱源及溫度場(chǎng)解析，求解公式多而復(fù)雜，涉及較多高等數(shù)學(xué)中導(dǎo)熱微分方程的推導(dǎo)。高等數(shù)學(xué)作為公共基礎(chǔ)課程一般開(kāi)設(shè)在大一年級(jí)，“焊接結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”作為專業(yè)課開(kāi)設(shè)在大四上學(xué)期，前后時(shí)間跨度較大，此時(shí)學(xué)生的高數(shù)知識(shí)已忘記得差不多了，再加上獨(dú)立學(xué)院學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)相對(duì)薄弱，因此學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容時(shí)比較吃力。其次，以第三章焊接應(yīng)力與變形為例，該章內(nèi)容涉及了較多材料力學(xué)、彈塑性力學(xué)方面的理論計(jì)算知識(shí)，而力學(xué)知識(shí)又是很多學(xué)生的短板，從近年上課的情況來(lái)看，學(xué)生理解困難，特別是力學(xué)基礎(chǔ)差的學(xué)生，從頭至尾更是不知所云，最后只能死記硬背公式，不能真正掌握知識(shí)。再者，第五章焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂、第六章焊接結(jié)構(gòu)疲勞涉及了一些材料科學(xué)和材料斷裂力學(xué)方面的知識(shí)，比如解理斷裂、裂紋張開(kāi)位移、J積分、疲勞斷裂等基本概念，部分學(xué)生早期在學(xué)習(xí)這類材料基礎(chǔ)課時(shí)沒(méi)有足夠地重視，以致現(xiàn)在學(xué)習(xí)困難。

2.2課堂教學(xué)模式單一，學(xué)生學(xué)習(xí)枯燥乏味

受傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響，“焊接結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”課程采用以教師講授為主的教學(xué)方法，課堂講授以PPT為主。教學(xué)模式形式單一，側(cè)重于教，不注重學(xué)生學(xué)，忽視了學(xué)生的主體地位，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中被動(dòng)接受知識(shí)，不能積極參與到課堂學(xué)習(xí)中。學(xué)生聽(tīng)課感覺(jué)枯燥、乏味，特別是一些實(shí)踐性章節(jié)，如第七章焊接結(jié)構(gòu)類型及其特點(diǎn)，該章節(jié)介紹了框架焊接結(jié)構(gòu)、桁架焊接結(jié)構(gòu)、板殼焊接結(jié)構(gòu)等一系列典型焊接結(jié)構(gòu)，列舉的實(shí)例有起重機(jī)主梁、焊接容器、機(jī)床機(jī)身、焊接旋轉(zhuǎn)體等。這些結(jié)構(gòu)學(xué)生平時(shí)生活中難以直接接觸，若仍采用PPT式的講解，學(xué)生就難以在大腦中形成立體思維，無(wú)法培養(yǎng)其焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力。

2.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式化，學(xué)生參與度不高

“焊接結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”課程教學(xué)計(jì)劃學(xué)時(shí)數(shù)40學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為盲孔法測(cè)量焊接殘余應(yīng)力。實(shí)驗(yàn)對(duì)象為低碳鋼手工電弧焊對(duì)接試板，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘箤W(xué)生理解焊接殘余應(yīng)力機(jī)械鉆孔法的測(cè)試原理，掌握測(cè)試步驟，了解焊接構(gòu)件焊接殘余應(yīng)力分布的特征。由于實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)有限，實(shí)驗(yàn)設(shè)備較昂貴，目前實(shí)驗(yàn)室只購(gòu)置了一套測(cè)試設(shè)備。實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)學(xué)生通常分4批，每批約15人，這導(dǎo)致了實(shí)踐教學(xué)時(shí)通常只能由實(shí)驗(yàn)老師測(cè)試演示，學(xué)生在旁邊觀看，不能真正參與到實(shí)驗(yàn)中來(lái)，大大降低了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果大打折扣。

2.4授課計(jì)劃有待優(yōu)化

“焊接結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”課程安排在大四上學(xué)期，授課計(jì)劃時(shí)間為一周2次課，一周4學(xué)時(shí)。由于教學(xué)期間有國(guó)慶放假一周，課程結(jié)束時(shí)間一般在11月下旬。而大四上學(xué)期恰逢學(xué)生考研期，研究生考試時(shí)間一般在12月下旬。筆者所授專業(yè)的學(xué)生繼續(xù)升學(xué)深造意愿強(qiáng)烈，專業(yè)里有一半學(xué)生報(bào)名了研究生考試。這導(dǎo)致該課程授課后期認(rèn)真聽(tīng)課的學(xué)生逐漸減少，主要原因是越來(lái)越臨近研究生考試沖刺階段，學(xué)生精力都放在考研課程的復(fù)習(xí)上了，而忽視了本專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，部分學(xué)生上課時(shí)特意坐在教室后排復(fù)習(xí)考研課程。因此，排課時(shí)間有待根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化。

3課程教學(xué)改革與探索

3.1補(bǔ)充學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)

如上所述，焊接結(jié)構(gòu)涉及高等數(shù)學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科的一些基礎(chǔ)知識(shí)，為了便于學(xué)生理解原理及公式的推導(dǎo)過(guò)程，筆者適當(dāng)采取了一些措施補(bǔ)充基礎(chǔ)知識(shí)，具體做法如下：①建立課程QQ群。在涉及較多理論基礎(chǔ)知識(shí)的新章節(jié)授課前，教師在群里布置學(xué)習(xí)任務(wù)，通知學(xué)生翻閱以前的相關(guān)教材，溫習(xí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，或者推薦一些網(wǎng)上好的學(xué)習(xí)資料、視頻資源供學(xué)生學(xué)習(xí)。②授課中多提問(wèn)，了解學(xué)生復(fù)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)的情況，引導(dǎo)學(xué)生多思考，講解中突出重點(diǎn)、難點(diǎn)。③課后若有少數(shù)同學(xué)仍未聽(tīng)懂，成立班級(jí)互助小組，由基礎(chǔ)知識(shí)較好的學(xué)生踴躍報(bào)名。先后成立了高等數(shù)學(xué)互助小組、力學(xué)互助小組、材料學(xué)互助小組等?；ブ〗M課下一對(duì)一復(fù)習(xí)指導(dǎo)，不僅及時(shí)進(jìn)行了輔導(dǎo)，而且實(shí)現(xiàn)了課堂內(nèi)外教學(xué)相融合，確保了學(xué)生同步前進(jìn)。

3.2豐富課堂教學(xué)模式

課堂講授中多引入視頻、動(dòng)畫(huà)等新穎資源來(lái)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，助力學(xué)生深入理解難點(diǎn)知識(shí)。以焊接溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)知識(shí)點(diǎn)為例，這些內(nèi)容抽象，難以理解，但又是課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)，若僅用PPT文字式講解，就難以講解清楚，學(xué)生興趣也不高。教師可利用數(shù)值計(jì)算方法，將計(jì)算結(jié)果通過(guò)彩色云圖、視頻動(dòng)畫(huà)展示，讓學(xué)生直觀形象地看到焊接件焊接時(shí)整體、某截面或某一點(diǎn)溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的變化及演變過(guò)程，提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)，拓寬了學(xué)生的思維。

對(duì)于實(shí)踐性強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)?？梢匝?qǐng)生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地企業(yè)的工程師輔助講解。如講到焊接結(jié)構(gòu)的類型章節(jié)時(shí)，輔助學(xué)習(xí)的企業(yè)焊接工程師可以就本企業(yè)典型的焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)講解錄制的視頻。由于企業(yè)工程師對(duì)自身產(chǎn)品比較熟悉，可以把握產(chǎn)品的關(guān)鍵點(diǎn)，所以講解得更透徹。這樣不但發(fā)揮了企業(yè)工程師實(shí)踐方面的特長(zhǎng)和優(yōu)勢(shì)，而且與高校教師理論知識(shí)較強(qiáng)而實(shí)踐不足的劣勢(shì)形成了良好的互補(bǔ)，學(xué)生更容易學(xué)好該門(mén)課程。例如，我們分別邀請(qǐng)了起重機(jī)行業(yè)、壓力容器儲(chǔ)罐行業(yè)、船舶制造行業(yè)等企業(yè)的一線工程師就他們的產(chǎn)品進(jìn)行視頻講解錄制。講解內(nèi)容不局限于焊接結(jié)構(gòu)的分析，還包含產(chǎn)品原材料、焊接方法與焊接工藝、焊接檢測(cè)等方面的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了焊接材料、工藝、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)四大塊內(nèi)容的融合學(xué)習(xí)。學(xué)生不但直觀了解了不同類型焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，而且加深了解了所學(xué)專業(yè)以后的工作方向，學(xué)習(xí)由被動(dòng)向主動(dòng)轉(zhuǎn)變，學(xué)習(xí)興趣和熱情得以提高。

3.3創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，從傳統(tǒng)的集中大組示教模式轉(zhuǎn)變?yōu)樾〗M開(kāi)放模式。具體做法為：首先，由早期的15人一大組減少至9人，實(shí)驗(yàn)老師對(duì)大組授課，講解實(shí)驗(yàn)原理、示范測(cè)試步驟、提醒實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等，學(xué)生觀摩實(shí)驗(yàn)過(guò)程。其次，測(cè)試實(shí)驗(yàn)室實(shí)行對(duì)外開(kāi)放模式，9人大組細(xì)分為3人小組。在接下來(lái)的一周，每小組選擇時(shí)間來(lái)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，完成試板表面打磨、粘貼應(yīng)變片、錫焊應(yīng)變片與導(dǎo)線、連接導(dǎo)線與應(yīng)變儀、固定鉆孔支架、鉆孔、記錄數(shù)據(jù)等一系列實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中若遇到問(wèn)題可聯(lián)系實(shí)驗(yàn)老師指導(dǎo)。通常情況下該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目需要3人配合完成，確保每位學(xué)生都參與了實(shí)驗(yàn)，而且自主完成了實(shí)驗(yàn)，達(dá)到了良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。此外，為了讓學(xué)生對(duì)課堂講授的焊接殘余應(yīng)力調(diào)控方法有更好的認(rèn)識(shí)，教師另外準(zhǔn)備了退火態(tài)、超聲沖擊態(tài)焊接試板各一塊，感興趣的同學(xué)還可以對(duì)比測(cè)試焊態(tài)、熱處理態(tài)、超聲沖擊態(tài)三種不同狀態(tài)試板的殘余應(yīng)力，更進(jìn)一步了解不同焊接殘余應(yīng)力調(diào)控方法的特點(diǎn)及效果，從而加深對(duì)書(shū)本知識(shí)的理解。

3.4合理安排授課計(jì)劃

鑒于“焊接結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”課程部分章節(jié)理論性強(qiáng)，部分章節(jié)實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，從學(xué)生接受知識(shí)到消化知識(shí)的過(guò)程考慮，授課計(jì)劃優(yōu)化為理論知識(shí)點(diǎn)多的章節(jié)一周內(nèi)排2次課，留給學(xué)生多些時(shí)間課后復(fù)習(xí)消化，如第二章焊接熱過(guò)程、第三章焊接應(yīng)力與變形、第四章焊接接頭的理論知識(shí)點(diǎn)較多，每周安排2次課。而實(shí)踐性強(qiáng)的章節(jié)一周內(nèi)安排3次課，如第五章焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂、第六章焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度、第七章焊接結(jié)構(gòu)類型及其力學(xué)特點(diǎn)、第八章焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)章節(jié)的實(shí)踐性內(nèi)容較多，每周安排3次課。調(diào)整后課程結(jié)束時(shí)間一般在11月上旬，這樣距離研究生考試還有較長(zhǎng)的一段時(shí)間，學(xué)生前期可以安心學(xué)習(xí)本專業(yè)課程。從改革后的課堂效果來(lái)看，學(xué)生上課明顯比以往注意力集中，前排座位已無(wú)空缺。

3.5優(yōu)化成績(jī)考評(píng)方式

“焊接結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”課程是一門(mén)考試課程，以往總評(píng)成績(jī)=平時(shí)成績(jī)（15%）+實(shí)驗(yàn)成績(jī)（15%）+考試成績(jī)（70%）。其中，平時(shí)成績(jī)由出勤率、課堂表現(xiàn)以及平時(shí)作業(yè)成績(jī)構(gòu)成。由于期末考試成績(jī)占比較高，部分學(xué)生不注重平時(shí)學(xué)習(xí)，臨考前死記硬背知識(shí)也能考個(gè)不錯(cuò)的成績(jī)，但這種臨門(mén)抱佛腳的方式導(dǎo)致學(xué)生不能深刻理解知識(shí)，普遍出現(xiàn)了考后就忘的現(xiàn)象。為了注重平時(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程，加深學(xué)習(xí)印象，提高課堂積極性，課程組適當(dāng)降低了期末考試成績(jī)占比，提高了平時(shí)成績(jī)及實(shí)驗(yàn)成績(jī)比例，優(yōu)化后的總評(píng)成績(jī)=平時(shí)成績(jī)（20%）+實(shí)驗(yàn)成績(jī)（20%）+考試成績(jī)（60%）。避免了“一考定成績(jī)”的現(xiàn)象，學(xué)生也真正掌握了知識(shí)。

4結(jié)語(yǔ)

獨(dú)立學(xué)院人才培養(yǎng)目標(biāo)定位是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的應(yīng)用型人才，“焊接結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”課程作為獨(dú)立學(xué)院焊接專業(yè)的一門(mén)專業(yè)主干課程，課程的改革和創(chuàng)新對(duì)于提高教學(xué)效果、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用理念等具有重要的意義和作用。針對(duì)該課程采取的一系列改革措施不僅強(qiáng)化了學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識(shí)，提高了其學(xué)習(xí)興趣與積極性，還讓學(xué)生深入了解了企業(yè)焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)一線的情況，擴(kuò)大了學(xué)生的視野，激發(fā)了學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)熱情，為成為滿足社會(huì)需求的創(chuàng)新型工程技術(shù)人才奠定了基礎(chǔ)。

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