馬天鳳 馮振 李澤 楊平

1 河南工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 河南新鄉(xiāng) 453003 2 河南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 河南新鄉(xiāng) 453007 3 延津縣科工局 河南新鄉(xiāng) 453200

0 引言

開展新工科建設(shè)是教育部深入學(xué)習(xí)貫徹習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想和黨的十九大精神，打好提升質(zhì)量、創(chuàng)新人才培養(yǎng)機(jī)制的重要舉措。新工科以新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式進(jìn)行建設(shè)，培養(yǎng)新興領(lǐng)域工程科技人才，探索建立新工科建設(shè)的新理念、新模式、新方法，實(shí)現(xiàn)從學(xué)科導(dǎo)向轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)需求導(dǎo)向、從專業(yè)分割轉(zhuǎn)向跨界交叉融合、從適應(yīng)服務(wù)轉(zhuǎn)向支撐引領(lǐng)。金屬連接方法是焊接機(jī)器人專業(yè)的核心專業(yè)課程，專業(yè)特點(diǎn)是智能制造和焊接技術(shù)的深度融合，培養(yǎng)具備行業(yè)競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。課程的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生具備較強(qiáng)的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，強(qiáng)化智能制造技術(shù)在金屬連接方法中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)需求導(dǎo)向[1]。

根據(jù)教育部《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》要求，課程思政建設(shè)是落實(shí)立德樹人的根本任務(wù)，是全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要任務(wù)，發(fā)揮好課程的育人作用，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，科學(xué)設(shè)計課程思政教學(xué)體系，是課程建設(shè)的重點(diǎn)。課程分模塊化處理，分為電弧焊基礎(chǔ)、熔焊方法、智能焊接技術(shù)、先進(jìn)連接技術(shù)四個模塊，根據(jù)模塊內(nèi)容融入思政案例進(jìn)行教學(xué)，在學(xué)習(xí)焊接案例的同時掌握了專業(yè)知識，培養(yǎng)學(xué)生具備創(chuàng)新精神和工匠精神，激發(fā)學(xué)生的愛國情懷，樹立科技強(qiáng)國的遠(yuǎn)大理想。課程進(jìn)行新工科建設(shè)實(shí)施和分模塊融入思政案例，通過學(xué)生的過程性考核反思教學(xué)效果，實(shí)時對教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化。

1 課程建設(shè)理念

課程建設(shè)立足學(xué)生全方位發(fā)展的社會需求，既要滿足專業(yè)知識需求，還要符合思政育人要求，通過相應(yīng)的課程環(huán)節(jié)設(shè)置，形成課程建設(shè)與畢業(yè)需求如圖1 所示。

圖1 課程建設(shè)與畢業(yè)需求

1.1 智能連接技術(shù)

智能化是自動化制造的發(fā)展方向，在制造過程的各個環(huán)節(jié)幾乎都廣泛應(yīng)用人工智能技術(shù)，金屬連接領(lǐng)域也不例外，課程環(huán)節(jié)緊密結(jié)合智能焊接技術(shù)進(jìn)行。在焊接技術(shù)講解中突出智能焊接的重要性，將人工智能和焊接技術(shù)深度融合，是課程的建設(shè)重點(diǎn)。通過對焊接機(jī)器人的操作，使學(xué)生認(rèn)識到智能制造帶給人類社會的便利，并且根據(jù)不同的生產(chǎn)場景，編制相應(yīng)的程序用于焊接制造，利用智能焊接技術(shù)可以大大減輕焊接操作者的勞動強(qiáng)度，改善焊接操作環(huán)境。

1.2 理實(shí)一體化教學(xué)

改變傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，在焊接實(shí)訓(xùn)中心授課，通過講練結(jié)合的方式加強(qiáng)學(xué)生對課程內(nèi)容的掌握。課程內(nèi)容涉及各種焊接方法操作、焊后檢測等環(huán)節(jié)，對應(yīng)各個環(huán)節(jié)進(jìn)行理實(shí)一體化教學(xué)[2]。在焊接操作環(huán)節(jié)，通過對不同方法的焊接設(shè)備操作，掌握焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊接操作手法等對焊接質(zhì)量的影響，進(jìn)而掌握不同的焊接方法特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。焊后質(zhì)量檢測反映了影響焊接質(zhì)量的因素，通過焊后質(zhì)量檢測調(diào)整焊接工藝，從而掌握各個焊接工藝對焊縫成形的影響規(guī)律，達(dá)到掌握課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)目的。

1.3 仿真模擬訓(xùn)練

通過在線課程上傳相應(yīng)的焊接操作視頻，學(xué)生在進(jìn)行仿真焊接模擬之前先了解焊接工藝及操作技巧。學(xué)生利用仿真軟件進(jìn)行模擬操作，在不需要真實(shí)焊機(jī)的情況下，將焊接演練過程中焊槍的位置、焊接速度、焊接角度等工藝信息進(jìn)行采集處理，并實(shí)時生成虛擬焊縫。在焊接仿真模擬過程中，可以看到焊接電弧、液態(tài)熔池的形成過程，這些是在真實(shí)的焊接操作過程中無法觀察到的。通過焊接仿真模擬還可以節(jié)省焊接材料、避免真實(shí)焊接帶來的環(huán)境污染，且很好地實(shí)現(xiàn)了掌握焊接工藝的目的。

1.4 課程思政育人

根據(jù)相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容適時融入思政育人案例，使學(xué)生認(rèn)識到焊接在人類生產(chǎn)和生活中具有至關(guān)重要的作用。小到電子元器件的連接，大到“神舟”飛天、“北斗”組網(wǎng)、“嫦娥”落月，焊接都是關(guān)鍵核心技術(shù)。在各種工業(yè)制造中，都涌現(xiàn)出許多焊接領(lǐng)域的先進(jìn)模范，通過學(xué)習(xí)他們在焊接領(lǐng)域的成就，學(xué)習(xí)他們的工匠精神和愛國情懷，正是源于對祖國的熱愛，才使他們在自己的工作崗位上作出驚人的貢獻(xiàn)。講解具體的熔焊方法時，融入這些先進(jìn)模范的事跡，將工匠精神和專業(yè)知識有機(jī)結(jié)合，潛移默化地感化學(xué)生。

2 新工科建設(shè)課程的實(shí)施

根據(jù)新工科建設(shè)和工程專業(yè)認(rèn)證要求，對專業(yè)培養(yǎng)要求進(jìn)行指標(biāo)點(diǎn)分解，金屬連接方法課程作為專業(yè)核心課程，教學(xué)目標(biāo)對專業(yè)畢業(yè)要求的支撐如表1 所示。

表1 金屬連接方法課程對專業(yè)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系

根據(jù)以上對應(yīng)要求，課程建設(shè)從實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、智能制造能力等方面進(jìn)行培養(yǎng)提升。

2.1 實(shí)踐能力培養(yǎng)[3]

應(yīng)用型本科注重理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，教學(xué)過程中強(qiáng)化理實(shí)一體化的授課方式。每個實(shí)驗(yàn)室配備授課黑板、活動白板和桌椅等教學(xué)輔具，將理論課堂搬到實(shí)訓(xùn)中心，通過邊講邊練的方式進(jìn)行。比如講解TIG 焊方法，對照直流正接、直流反接、交流焊接等幾種焊接模式，講解理論的同時還可以與實(shí)際的焊接效果對比，這樣學(xué)生就能夠直觀地理解并掌握TIG 焊工藝特點(diǎn)。焊完的試板可以直接在檢測實(shí)驗(yàn)室通過力學(xué)性能檢測、無損檢測等實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對比，從而掌握影響焊縫質(zhì)量的各個工藝因素。

2.2 創(chuàng)新能力訓(xùn)練

課程新工科建設(shè)旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，在不消耗原材料和保護(hù)環(huán)境的前提下，通過焊接仿真模擬將可能的工藝方案展示出來，同樣達(dá)到了很好的學(xué)習(xí)效果。例如，對于給定的板厚和材料牌號，制定簡單的焊接工藝，首先，根據(jù)所學(xué)的理論知識制定可行性焊接工藝，每個學(xué)生獨(dú)立完成，固定的材料和板厚肯定有多種不同的工藝；其次，按照擬定的焊接工藝進(jìn)行仿真模擬焊接，通過焊后變形情況、焊后檢測技術(shù)判斷工藝是否合理，將每位學(xué)生的結(jié)果進(jìn)行對比，找出最佳的焊接工藝；最后，通過理論知識對仿真結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)，實(shí)現(xiàn)理論—實(shí)踐—理論的有機(jī)結(jié)合，同時，提高學(xué)生的專業(yè)創(chuàng)新能力。

2.3 智能制造能力提升

制造業(yè)的發(fā)展趨勢是智能化，減輕勞動強(qiáng)度同時實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，作為制造業(yè)的支柱連接技術(shù)——焊接，也要滿足智能自動化程度高的制造業(yè)發(fā)展。通過河南工學(xué)院實(shí)訓(xùn)中心的焊接機(jī)器人操作，可以提高學(xué)生運(yùn)用智能機(jī)器人進(jìn)行材料加工制造的能力。例如，對于型鋼、圓筒、封頭、管道、管—板焊等不同結(jié)構(gòu)的焊接，可以通過焊接機(jī)器人編程，控制焊槍的位置走向、角度等完成各種位置和形狀的焊接，實(shí)現(xiàn)高度自動化焊接的同時保證焊接質(zhì)量。對于復(fù)雜形狀部件和特殊位置的焊接，僅靠人工焊接難度非常大，且焊接質(zhì)量難以保證，通過焊接機(jī)器人的編程可以很好地完成焊接操作。將不同形狀和結(jié)構(gòu)的工件焊接任務(wù)分組發(fā)給學(xué)生，學(xué)生進(jìn)行編程并小組試焊，將焊接過程中遇到的問題進(jìn)行反饋，并且不斷調(diào)試編程，最終得到正確的工藝，完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

3 分模塊融入思政案例

3.1 電弧焊基礎(chǔ)

焊接電弧的物理基礎(chǔ)知識部分理論性較強(qiáng)，對于學(xué)懂悟透存在難度，如果只是講解理論知識，則會枯燥乏味。所以，該部分知識從焊接電弧的發(fā)展歷史入手，對電弧的發(fā)展階段和背景進(jìn)行學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

我國古代擁有成熟的鑄焊、釬焊和鍛焊技術(shù)。商朝時期制造的鐵刃銅鉞，其表面銅與鐵蜿蜒曲折的熔合線展現(xiàn)出良好的鑄焊工藝；戰(zhàn)國時期的刀劍，刀刃為鋼，刀背為熟鐵，經(jīng)過加熱鍛焊而成；明朝宋應(yīng)星所著《天工開物》記載：將銅和鐵一起入爐加熱，經(jīng)鍛打制造刀、斧；通過對我國古代焊接技術(shù)的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)文化自信。19 世紀(jì)之后，相繼出現(xiàn)了氧乙炔焰和電弧，從開始的簡單熱源到各種電極弧焊熱源、從最初的手工操作到現(xiàn)代的自動化焊接，發(fā)展的過程中無不體現(xiàn)出創(chuàng)新給社會帶來的進(jìn)步。從電弧的發(fā)展歷史引入創(chuàng)新理念，正是源源不斷的創(chuàng)新，才促使人類文明進(jìn)步。焊接專業(yè)的學(xué)生要做好工藝創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新，不僅要學(xué)習(xí)焊接電弧的發(fā)展歷史，更要學(xué)習(xí)科學(xué)家對待科學(xué)的求實(shí)創(chuàng)新精神[4]。

3.2 熔焊方法[5]

熔焊包括焊條電弧焊、埋弧焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊、TIG 焊、等離子弧焊等焊接方法，在熔焊領(lǐng)域涌現(xiàn)了許多領(lǐng)袖人物值得學(xué)習(xí)，例如，焊接火箭心臟發(fā)動機(jī)的高鳳林老師、單手焊接坦克裝甲的盧仁峰老師、一身絕技的焊接行業(yè)領(lǐng)軍人艾愛國老師、高鐵焊接大師李萬君老師、焊接高難度LNG 船0.7 mm 厚殷瓦鋼的張冬偉技師、焊接核電站主管道的未曉鵬技師等。例如，觀看《大國工匠》未曉鵬的視頻時，核電站高壓管道在陰雨天焊接時遇到了氣孔問題，在這里暫停下來，與學(xué)生互動，思考為什么陰雨天焊接會出現(xiàn)氣孔？對產(chǎn)品有什么危害？應(yīng)該如何預(yù)防？結(jié)合之前所學(xué)的知識引導(dǎo)學(xué)生分析和解決實(shí)際問題，可以達(dá)到很好的專業(yè)育人效果。再比如，視頻中大管徑的容器焊接，需要兩個人合作完成，兩位技師的配合是焊接成功的關(guān)鍵，視頻中提到了我國古代文化中“大匠運(yùn)斤”的例子，強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作的重要性，通過“大匠運(yùn)斤”的道理，實(shí)現(xiàn)文化自信，達(dá)到思政育人的目的。

3.3 智能焊接技術(shù)

將普通焊接和智能機(jī)器人焊接視頻對比，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)和發(fā)展智能焊接技術(shù)的熱情。普通焊接操作勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，工作條件惡劣，例如壓力容器筒體的焊接，利用傳統(tǒng)的焊接操作，需要人工完成，遇到夏天天氣炎熱，在筒體內(nèi)部密閉空間施焊的情況，人工操作就更加困難了，不到三十分鐘，技工焊完出來渾身濕透，嚴(yán)重缺水，甚至在焊接過程中有可能遇到各種危險。采用智能機(jī)器人焊接操作以后，按照給定的焊接位置、施焊角度、施焊回路等進(jìn)行編程設(shè)置，自動完成整個過程的焊接。兩種不同的焊接操作視頻帶給學(xué)生的對比是很明顯的，可以激發(fā)學(xué)生對智能焊接技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果。

3.4 先進(jìn)連接技術(shù)

通過《一帶一路烏克蘭—探訪巴頓焊接研究所》視頻學(xué)習(xí)，了解世界頂尖焊接技術(shù)。中烏巴頓焊接研究院的組建標(biāo)志著中烏科技合作進(jìn)入了一個新的起點(diǎn)，具有國際一流水平的核心技術(shù)平臺包括現(xiàn)代焊接裝備與工藝、先進(jìn)表面技術(shù)、先進(jìn)焊接材料、激光與高能束技術(shù)、人體組織焊接技術(shù)、焊接過程模擬及智能控制基礎(chǔ)等。視頻學(xué)習(xí)帶領(lǐng)學(xué)生走向世界，同時，學(xué)生也是世界的創(chuàng)造者，視頻學(xué)習(xí)有助于學(xué)生正確把握焊接發(fā)展方向，通過專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，掌握先進(jìn)連接技術(shù)。

4 教學(xué)反饋

4.1 過程性考核

通過在線課程提前發(fā)放學(xué)習(xí)任務(wù)和操作練習(xí)，根據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)度掌握每位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，對于存在拖沓懈怠的學(xué)生給予關(guān)懷，學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生給予鼓勵；課程采用理實(shí)一體化教學(xué)，授課過程中，學(xué)生進(jìn)行了分組操作，在過程中的表現(xiàn)反映了知識的掌握程度，針對學(xué)生難以理解和操作的部分進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，不斷提高教學(xué)效果；課后布置章節(jié)內(nèi)容相關(guān)的知識加以鞏固，通過答題情況掌握學(xué)生動態(tài)。

4.2 對標(biāo)OBE 理念[6]

對照OBE 成果導(dǎo)向教育理念，學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果以及如何取得的，是檢驗(yàn)教學(xué)效果的重要標(biāo)準(zhǔn)。通過理實(shí)一體化教學(xué)提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力，通過焊接機(jī)器人操作訓(xùn)練達(dá)到焊接編程智能制造能力、結(jié)合焊接仿真模擬達(dá)到了制定焊接工藝的創(chuàng)新能力，通過思政案例的融入增強(qiáng)學(xué)生的愛國情懷、提高志愿服務(wù)的頻次。課程從以教師講解為中心向以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心轉(zhuǎn)變，課程中以學(xué)生學(xué)習(xí)訓(xùn)練為主設(shè)置課程環(huán)節(jié)，學(xué)生進(jìn)行分組式合作訓(xùn)練，通過團(tuán)隊(duì)合作、協(xié)同學(xué)習(xí)等方式進(jìn)行，在這個過程中，學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生帶動學(xué)習(xí)能力弱的學(xué)生共同進(jìn)步，共同提升。

4.3 學(xué)生志愿服務(wù)

通過班級學(xué)生參加校內(nèi)外志愿服務(wù)的情況，掌握思政育人在課程中的作用。與課程思政建設(shè)之前相比，本屆學(xué)生的志愿服務(wù)頻次明顯增加，學(xué)生參與共享單車有序擺放服務(wù)、養(yǎng)老院獻(xiàn)愛心活動、上下班高峰時期道路指揮交通、社區(qū)庭院打掃等志愿服務(wù)，用實(shí)際行動踐行社會主義核心價值觀，彰顯課程思政育人在教學(xué)中的重要性。