舰员级维修技能实训课目教法改革研究——以钢料加工课程为例

方清明，王新

（武警海警学院机电管理系，浙江 宁波 315801）

1 前言

船用钢料加工是船舶建造的重要环节之一，其质量的好坏直接影响随后的焊接质量和装配的工艺性。同时，也是舰员维修技能的重要组成部分。在船舶运行过程中，钢料零件的加工、修复和更换是保证船体结构完整性和安全性的基本保障。船用钢料加工课程是很多船舶类院校的重要课程之一。该课程的核心内容是把钢材加工成船体构件所需形状的工艺方法和设备。课程具有工艺方法灵活，同一类型的构件可以选用多种工艺方法和设备进行加工，并且实践性强的特点。仅仅通过课堂教学，会使学生感到枯燥乏味，工艺方法和设备操作方法难以理解，学习的积极性下降，从而使得教学效果不佳。

此外，由于船体构件庞大，船用钢料加工设备复杂且体积巨大，高校无法像建设普通机械加工实验室一样建设和造船厂一样的钢料加工实验室，为了满足教学需求，很多高校通过校企合作的方式或者虚拟仿真实验的教学方法进行实验课程，但是目前这些方法都存在各自的缺点，校企合作由于船舶建造周期长，时间上很难和实验课程相协调，虚拟仿真实验与实际钢料加工过程还存在较大差距。

针对以上问题，本文提出了以项目为导向的船用钢料加工实验课程改革方案，通过选取具有典型代表的船体部件，并按比例进行缩小，选取小型的加工设备，设计加工路线，学生按照设计加工路线，完成项目所需部件的加工。本文以舭部为例，设计舭部各个构件的工艺路线，选取对应加工设备，完成各个构件的加工，整个过程要体现不同类型构件的钢料加工工艺过程，覆盖所需各类型加工设备。

2 相关理论和实践

2.1 项目导向教学法概述

项目教学法（PBL）是一种以解决实际问题为导向的学习方式，它将理论知识与实践技能相结合，让学生在真实的情境中进行自主探究和学习，培养学生的问题意识、创新精神和团队合作能力，使学生能够更好地适应未来的职业发展。

PBL 教学模式的核心是项目。项目是一个具体的任务或问题，它能够引起学生的兴趣和关注，并激发他们的思考和创造力。在PBL教学中，学生需要通过独立思考、信息收集、数据分析、解决方案设计等环节，完成项目的各个阶段，最终呈现出一个完整的成果。

PBL 教学法强调学生在整个学习过程中的自主性和合作性，学生需要积极参与到项目的各个环节中，负责自己的学习和工作，并与其他同学共同协作完成项目。这样的学习方式可以促进学生的学习动机和主动性，增强学生的学习兴趣和信心，同时也可以提高学生的社会交往能力和团队协作能力。

在实践中，PBL 教学法可以适用于各种学科领域和教育阶段，包括基础教育、高等教育和职业教育等。在实验课程教学中，采用PBL 教学法可以使学生更好地掌握实践技能和解决问题的能力，从而提高教学效果和学生的综合素质。

2.2 船用钢料加工相关知识和技术

船舶建造是一个复杂的过程，涉及许多不同的领域和技术。其中，船用钢料加工是船舶建造的重要环节之一，其质量直接影响船舶的性能和安全。

船舶板材通常具有较大的厚度和尺寸，因此，需要使用大型化的加工设备对其进行预处理、边缘加工和成形加工。预处理通常包括将钢板和型材进行矫正、表面清理和防腐处理等工序，以确保加工后的构件具有良好的质量。为了提高生产效率和质量稳定性，现代船坞中采用自动流水线来实现钢材预处理的自动化作业。这些流水线通常由矫正、除锈、喷漆、烘干等工序组成，通过连续的工艺流程完成钢材的预处理。其中矫平机和抛丸机是预处理中最重要的两种设备。

边缘加工是将经过号料的零件从钢板上切割分离和焊接坡口的加工。机械切割、化学切割和物理切割是常用的边缘加工方式。机械切割的常用设备包括龙门剪刀、压力剪切机和刨边机等，可以用于对钢板进行横向、纵向切割和坡口成形等加工；化学切割主要采用气割技术，可以实现高精度的切割和坡口成形；而物理切割主要包括等离子切割、水切割和激光切割等技术，可以实现各种形状的切割和坡口成形。

船舶的成形加工通常涉及肋骨冷弯机、三辊弯板机和数控三位弯板机等设备。这些设备的作用是将经过边缘加工的构件进行弯曲或压制成所需的形状和角度。大型龙门剪床的高度可达5m，由于船用钢板的厚度通常很厚，在90 ～110mm，一些关键部位的钢板厚度甚至达到200 ～300mm。因此，需要高度精密的加工设备来完成复杂的成形加工。

总之，船舶建造是一个高度复杂和多样化的过程，需要涉及许多不同的领域和技术。在船用钢料加工中，预处理、边缘加工和成形加工是非常重要的环节，它们直接决定了船舶构件和整体性能的质量和稳定性。因此，需要使用高度精密和大型化的加工设备来满足船舶建造的需求。

2.3 实验课程教学现状和存在的问题

由于船体构件普遍比较庞大，相应的钢料加工的设备也很庞大，这使得学校难以提供与船厂相同的大型钢材加工设备。虽然少数院校设置了船舶建造实验室，但是这种实验室主要用于加强学生对船舶结构和船舶各分段装配过程的理解，缺乏对钢料加工过程的实践操作。

因此，很多学校通过视频播放的教学手段让学生了解整个钢料加工流程，但是这种方法学生无法身临其境地感受船体构件的加工过程，学生容易感到枯燥乏味，对钢料加工设备的操作方法也无法理解；有些学校是通过校企合作，带领学生参观船厂的方式进行实践教学，但是，由于船舶建造的过程非常复杂，周期很长，很难与学校实践课程相协调，而且，由于考虑到学生操作不当导致的安全问题，一般不允许学生在工厂参观过程中实际操作仪器设备，因此，学生无法在参观教学中真实感受船体构件加工的过程；还有些学校是借助三维虚拟仿真软件进行教学，通过这种方式，学生只需要操作计算机就可以完成已经设计好的工艺任务，不过，这些软件也主要适用于三维浏览船体结构、干涉检查和船体装配等过程，对仪器设备的使用方面很少涉及，而且，这种模拟操作的过程与船厂实际操作仍然由较大差距。

总之，目前高校船用钢料加工实验课程存在设备庞大、实践操作难度大，企校合作模式周期长、存在安全隐患等问题。

3 课程改革设计与实施

3.1 以项目为导向的教学设计

本文教学设计的思路是缩小比例设计船体结构某个部件，以加工这个部件为导向，使用相关设备，让学生在实际加工这个部件的过程中可以直观体验钢料加工的方法，还可以直接动手操作仪器设备，解决只能看不能用的问题。此外，通过这种项目导向式的教学方法，还可以激发学生的学习热情。

本文的教学设计分为两个部分：一是挑选出适合实验室使用的小型加工设备，比如，等离子切割机、小型剪板机等；二是选取适合初学者加工的船体部件，同时，加工这个部件的过程能完整地表现整个钢料加工的过程。

本文一共挑选出了七种加工工具和设备，包括钣金锤、介子机、小型剪板机、等离子切割机、液压折弯机、角钢弯曲机和火工矫正炬。其中钣金锤和介子机可以对生锈或变形的钢板进行修复，实现对钢材进行预处理；小型剪板机和等离子切割机分别从机械加工和物理加工两种方式对构件进行边缘加工；液压折弯机、角钢弯曲机和火工矫正炬可以对边缘加工后的构件进行成形加工，其中前两种是用冷加工方法，火工矫正炬则应用的是热弯工艺。通过选取以上的加工设备，能基本覆盖船用钢料加工的整个工艺过程和方法。

选完工具和设备后，我们重点选取了几个典型部件，提供给学生进行制作，学生在制作过程中理解整个钢料加工的工艺过程。本文选取加工构件的原则一是难度适当，适合初学者制作；二是要具有典型代表性，能充分反映出整个钢料加工工艺过程，并最大化使用所选加工设备。

我们初步选取了内底舭部和主横舱壁作为加工项目，本文以舭部为例进行说明。舭部是指船舷侧板与船底板的弯曲部分，包括舭部外板、舭龙骨和舭肘板。舭部外板呈现出的弧形结构可以通过液压弯曲机冷弯成形或者火工矫正炬进行热弯，外板边缘可以使用剪板机和等离子切割机进行切割和坡口加工；舭肘板可以使用剪板机和等离子切割机进行加工；舭龙骨可以体现出型材的加工方法，通过使用等离子切割机进行边缘加工，使用角钢弯曲机和火工矫正炬进行成形加工。

3.2 教学内容的重构和调整

船用钢料加工课程分为理论部分和实践部分，理论部分先从宏观上讲解钢料加工的工艺流程和加工方法，再分别讲述钢材预处理、边缘加工和成形加工所使用的仪器设备的工作原理和操作方法，适当拓展到新型加工设备，比如，智能数控弯板机，用以拓宽学生视野，增强学生学习积极性。

教学内容的重构的重点在实践部分。教学内容的设计以项目为引导，比如，本文中以内底舭部结构为例设计教学内容，在舭部制作过程中贯穿实验设备的使用方法。由于不同连接方式，舭部结构有所不同，通常分为如图1 所示的三种结构，图1(a)是单底舭部的连接，这种是用舭肘板将普通肋骨与船底肋板连接。舭肘板有面板或折边；图1(b)是纵骨架式单底无肋板的肋位处的舭部连接,用舭肘板将肋骨或最下一根舷侧纵骨与最边上的一根船底纵骨连接；图1(c)双层底舭部的连接，用舭肘板将普通肋骨与内底边板连接。

图1 不同连接方式的舭部结构

教学内容的安排可以按照项目来安排，比如，以舭部加工为例，按照三种连接方式可以安排三个实验项目，实际教学中，可以将学生分为三组，每组选择一个实验任务进行加工。以图1（a）中所示的单底舭部连接结构为例，图中所涉及的构件分别是舭部外板、船侧外板、船底外板、肋骨、肋板和舭肘板。

船侧外板和船底外板由于没有弧度，所以加工相对简单，可以使用直边扁平件的加工工艺流程，如图2所示。

图2 直边扁平件加工工艺流程

板材经过预处理和号料后，船侧外板和船底外板可以分别使用剪板机和等离子体切割机进行切割。在操作过程中，学生能掌握切割设备的连接、工艺参数的选择与调整，以及设备的维护方法，在做好个人安全防护的前提下，能独立完成直边扁平件的加工。

舭外板属于直边折边件，舭部外板属于曲面件，因而可以结合了解直边折边和曲面件的加工工艺流程，如图3 所示。

图3 直边折边、曲面件加工工艺流程图

舭肘板在经过预处理、号料和直边切割后，使用液压折弯机进行折边。舭部外板是加工难度最大的构件，可以使用火工矫正炬进行水火弯板。在这个过程中，学生掌握液压折弯机和水火弯板的加工原理和设备使用方法。

3.3 教学方法和评价体系改革

本文主要使用的是项目导向教学法，通过设定具有典型代表的实验项目，引导学生进行自主探究和学习，学生在完成实验项目的过程中熟练掌握钢料加工设备的工作原理和使用方法。

项目导向教学法的核心是项目，所以选取一个好的项目尤为重要，这个项目应该尽可能多地覆盖船用钢料加工的工艺方法，同时又可以在实验室完成加工任务。本文通过选取内底舭部这一涉及直边扁平构件、直边折边构件和曲面件的部位，可以覆盖各种类型构件的钢料加工工艺流程，同时也可以使用所选设备进行加工。

在整个实验项目进行过程中，可以很好体现学生的自主性和合作性，每个学生都需要完成自己所分配部件的加工任务，同时，又需要与其他同学进行合作完成部件之间的焊接装配。

本文所使用的是项目导向教学法，相应的教学评价体系要与之适应。教学评价分为形成性考核和终结性考核，终结性考核主要是对理论知识进行考核，主要通过理论考试检测学生对理论知识的掌握水平，一般采用闭卷考试的方式进行；形成性考核分为两个部分：一是教师对学生操作过程进行打分；二是对小组的作品进行打分，通过检测学生制作的工件可以直观地检验实验课程的教学效果。

4 结语

针对院校船用钢料加工课程教学中存在的问题，本文采用项目导向教学法对船用钢料加工课程内容进行了调整和重构。以能反映整个钢料加工过程为原则选取典型船体部件，并按比例缩小构件体积，进行加工项目设计。学生根据设计项目，选取加工工艺路线和加工设备，完成部件加工任务。采用项目导向教学法，可以充分发挥学生的主观能动性，提高学生学习的热情，学生在完成加工项目的过程中通过直接操作设备，可以直观理解钢料加工的工艺方法，掌握相关设备操作技术，为以后的职业生涯打下基础。但是，目前相关评价体系建立还不够系统，如何打分才能公正客观地反映学生的学习成果，还是后期需要进一步研究的内容。此外，课程还需继续挖掘更多典型部件进行项目设计，以便学生在选择项目时有更高的自由度。