将焊接工程案例引入《焊接结构》课程教学的实践与探讨

牟取晗+侯继军+董俊慧

摘要：针对《焊接结构》课程特点，在课堂教学中引入某些焊接工程典型案例进行教学，取得了良好的教学效果。并在教学实践的基础上提出了利用工程案例进行教学的作用及案例选择原则。

关键词：焊接结构;工程案例;实践;选择原则

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）42-0125-02

《焊接结构》是焊接技术与工程专业学生必修的一门主干课程，主要讲授焊接结构的特点、焊接热过程、焊接应力与变形、焊接接头、焊接结构的脆性断裂、焊接接头和结构的疲劳强度、焊接结构类型及其力学特点、焊接结构设计等内容。

案例教学是围绕一定教学目的把实际中真实的情景加以典型化处理，形成供学生思考分析和决断的案例（通常为书面形式），再通过独立研究和相互讨论的方式来提高学生的分析和解决问题的能力的一种方法[1]。

由于《焊接结构》课程具有很强的实践性、应用性，所以在该课程的课堂教学中有意引入一些生产制造中焊接工程典型案例对于课程的教学会起到良好的作用;将焊接工程应用典型案例引入教学也是《焊接结构》课程性质的要求，同时也是教学内容与方法的优化和改善。为此，近些年作者在《焊接结构》的教学中，在引入焊接工程典型案例进行理论教学方面进行了一些有益的尝试。

一、焊接工程典型案例在《焊接结构》教学中的实践

焊接技术作为材料的一种重要连接方法，在我国国民经济建设中占有越来越重要的地位。焊接结构是焊接技术应用于工程实际产品的主要表现形式，也是许多工业部门中应用最为广泛的金属结构[2]。能够用于《焊接结构》教学的焊接工程典型案例不胜枚举，作者在此仅选择几例典型案例进行叙述。

1.“鸟巢”钢结构工程。国家体育场“鸟巢”是2008年北京奥运会主场馆，场馆主体结构为100%全焊异型空间钢结构;“鸟巢”设计用钢4.2万吨，实际用钢5.3万吨所耗焊材2100吨以上，为国内之最;设计要求几乎全部焊缝为全熔透一级焊缝，焊缝的总长超过了31万米，现场焊缝超过6万米（不含角焊缝），100%超声波探伤，一次合格率高达99.5%以上，质量指标之好为全国之最。在进行《焊接结构》绪论部分焊接结构的特点这部分内容的教学时，作者向学生介绍了以上几组数字以后，立刻就引起了学生的注意，表现出极大的兴趣。用具体的数字做佐证取得的教学效果要远优于教材单调枯燥的叙述。“鸟巢”主体结构由桁架柱、平面主桁架、立体桁架和立面次结构组成，该结构板件间相互约束显著，焊缝集中，焊接应力较大。在建造的过程中，施工技术人员采取了许多行之有效的措施来控制结构的应力。在课堂教学中讲到焊接顺序对应力和变形的影响时，作者以“鸟巢”主结构焊接顺序为例进行阐述。首先将主结构的结构特点分析清楚，然后让学生结合理论知识，探讨该结构的焊接顺序。学生们反映积极踊跃，纷纷提出自己的方案并进行论证，如同自己就是该结构的设计者。课堂讨论气氛热烈，学生兴趣浓厚，教学效果良好。并针对“鸟巢”焊接时的一些特殊方法如“分段跳焊”、“单杆双焊，双杆单焊[3]”提问，让学生从《焊接结构》中探寻这些方法的理论依据。出乎意料的是，许多学生在课后利用网络和图书馆资源查阅相关文献资料，通过分析比较，归纳出了不同焊接方法的优缺点，学生理解深入、感受深刻。说明这种教学方式使得抽象枯燥的理论知识变得形象生动，学生在主动思考中掌握了知识，收到寓教于乐的效果。

2.船舶制造。船舶制造的发达程度，不仅是衡量着一个国家制造业水平的一个标志，而且具有重要的战略意义。焊接作为一种重要的制造技术在20世纪20年代开始用于造船，如今已逐渐成为现代船舶建造工程的关键技术。在船体建造中，焊接工时约占船体建造总工时的30%～40%，焊接成本约占船体建造总成本的30%～50%[4]。由于船舶甲板特别是上层建筑往往板厚较薄，结构较多，局部位置焊接热输入量较大，焊接应力使薄板容易产生失稳，因此很容易出现波浪变形[5]。如果船舶甲板及上层建筑焊接变形过大，将直接影响船舶外观质量。为控制甲板的焊接变形，采取刚性固定、分段退焊等焊接工艺措施可有效地减小焊接变形。借助这样的工程案例进行教学，不仅能提高学生理论知识的掌握程度，还是理论知识同工程实践的一次完美结合，有助于理论知识向实践的转化。作者将我国“瓦良格”航母改装制造引入课堂，并以时事热点为背景分析航母以及造船工业对我国国防的战略意义，立即引起了学生浓厚的兴趣。通过该例不仅讲明白课程知识点，而且还间接地进行了一次爱国主义教育。

3.汽车制造。焊接技术是现代化制造业中一项重要的加工技术，而汽车制造业是焊接应用最广的行业之一。随着我国家庭生活水平的提高，汽车变得越来越普及，以学生日常生活中可见的东西为教学素材阐述某些问题，可收到事半功倍的效果。如计算接触焊接接头的静载强度时，主要计算对象是点焊接头，而点焊是汽车制造中最常用的焊接方法，所以该方面例子对于学生掌握接触焊接接头静载强度的计算方法帮助甚大。

焊接作为现代机械制造重要手段之一，应用的领域非常广泛。在一些其他领域焊接也起到了重要作用，如航空航天、石油、化工、电力等部门。由于文章篇幅所限，不一一累述。

二、工程典型案例教学的作用

引入焊接工程典型案例对于《焊接结构》课堂教学的教学效果提升具有明显作用，典型案例教学的具体作用主要体现在以下几方面。

1.激发学生的学习热情与兴趣。《焊接结构》课程有些内容比较抽象难以理解，如焊件内应力的产生、分布及调整措施，但是该内容又是《焊接结构》课程的教学重点、难点。以往在讲解这部分内容时，学生的学习兴趣不足、热情不高，教学目的难以达到。

工程案例教学结合典型的具体实例，可以使抽象理论融入到具体的工程典型案例中，可使抽象问题形象化。这样就可以极大地激发学生们的学习热情，显著提高教学效果。endprint

2.促进理论知识向实践转化。《焊接结构》课程具有较强的实践性，课程特点决定了理论知识向实践转化的重要性。然而，我国高校学生在这方面的能力往往不足，理论知识掌握欠扎实以及缺少理论知识向实践转化的情景是制约转化的主要因素。通过在《焊接结构》课堂教学中进行焊接工程典型案例教学不仅可以夯实课程理论知识，还可以提供理论知识向实践转化的情景与背景，从根本上促进了这种转化的可能性。这对于培养具有工程实践能力的焊接技术与工程专业人才具有重要现实意义。

3.培养学生创新精神。由于利用工程典型案例教学强调学生利用已有理论知识自主分析、解决问题，寻求解决问题的途径，案例教学目标的丰富性、教学案例的复杂性、教学过程的互动性、教学方式的启发性[6]等特点都有助于培养学生的创新精神。

三、工程案例选择原则

选择一个好的工程案例对于教学目的的实现和教学效果的提升可起到事半功倍的效果。工程典型案例的选择要遵循以下原则。

1.真实性。焊接工程典型案例是焊接技术在工程实践中的具体应用，因此它应该具有真实性，工程典型案例必须具有明确的工程应用背景，切不可由教师主观臆测，虚构而作。一个真实的工程典型案例具有极强的说服力，由典型案例说明的问题可信度高，对教学效果的提升作用也最行之有效。

2.针对性。《焊接结构》课堂教学选择的典型案例必须要针对所讲授的理论知识，典型案例与具体教学目标的切合度将直接影响典型案例教学的效果[7]。典型案例的针对性还体现在授课对象上，教师可以选取学生较为感兴趣的案例来进行教学，使教学取得较为理想的效果。

3.难度适中。工程典型案例的选择还要考虑学生已有知识构成及认知能力。难度较大的案例会打击学生主动学习的积极性，而难度较小的案例又不能有效地培养学生分析、解决问题的能力。因此，选择难易程度适中的典型案例在一定程度上可以保证焊接工程典型案例教学的顺利进行。

四、结语

《焊接结构》是一门基本理论与工程实际紧密结合的课程。课程有些基本理论比较抽象难懂，这就对师生提出较高的要求。尤其对于学生来说，由于知识结构的构成及缺乏一定的工程实践能力，这些理论知识接受起来就比较困难。课堂教学引入一些具有工程背景的典型案例，不仅可以激发学生的学习兴趣，还可以使得理论课教学变得生动且容易接受，有助于学生掌握基本理论知识。把以课堂讲授为主的教育模式与工程实践有机结合起来，贯穿于课程教学的各个环节中，有助于提高学生的综合素质。

通过改变教学模式，引入工程典型案例进行《焊接结构》课程课堂教学不仅使学生学到了基础的理论知识，又与生产的实际和本学科的前沿动态相结合，扩大了学生的视野，能够更深入地理解专业课的内容，对所学知识起到融会贯通的作用，为今后更好地学习先进理论和生产实践知识打下坚实的基础。

参考文献：

[1]尹立孟，周进，姚宗湘，等.工程案例教学法在焊接专业教学中的应用研究[J].重庆科技学院学报：社会科学版，2010，（14）：165-166.

[2]方洪渊.焊接结构学[M].北京：机械工业出版社，2008.

[3]戴为志，黄明鑫，芦广平，等.国家体育场（鸟巢）钢结构安装工程焊接技术[J].电焊机，2008，38（4）：51-76.

[4]张守信.我国造船行业焊接技术：沿革与流变[J].现代金属加工，2005，（5）：58.

[5]舒先庆，黄新明，代国文.钢结构制造中焊接变形的控制方法[J].电焊机，2007，37（6）：127-129.

[6]陈福松.案例教学与创新型人才培养[J].扬州大学学报：高教研究版，2009，13（5）：81-83.

[7]陈万明.案例教学的针对性原则及其运用要领探讨[J].中国大学教育，2006，（11）：23-24.endprint