新工科背景下高效焊接方法课程教学创新改革的思考与实践

蔡笑宇 董博伦 林三宝 黄陆军 朱慧

摘  要：基于对高效焊接方法课程定位、学情和课程问题的分析，梳理了该课程的教学短板问题，包括基础衔接、实践加强、创新培养、学用结合、知识延展和授课形式六方面；该文围绕教学短板问题，总结课程的教学创新思路，创新教学过程从而培养设计思维，加强思政建设从而引领思维培养；归纳适合于理论与实践相结合的教学方法，包括研讨式、案例式、双语式与场景式4类教学方法，并探索各类教学方法与教学过程的集成路径；建立基于教学成效与教学过程双重评价的学生考评机制，并以学生学习成效为引领进行教学创新不断优化；最后，分析教学创新成效，并探讨该课程教学创新成果对兄弟院校同门课程及专业内同类课程的推广价值。

关键词：焊接专业；高效电弧焊；教学短板；教学创新；改革成效

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）32-0137-05

Abstract： Based on the analysis of the course orientation， learning situation and course problems of  the course of Efficient Welding Method， this paper combs out the teaching shortcomings of the course， including six aspects： basic connection， practice strengthening， innovation training， combination of learning and application， knowledge extension and teaching form. Focusing on the problem of teaching shortcomings， it summarizes the teaching innovation ideas of the course， innovates the teaching process to cultivate design thinking， and strengthens the ideological and political construction to lead the cultivation of thinking. It also summarizes the teaching methods suitable for the combination of theory and practice， including four types of teaching methods： discussion， case， bilingual and multi-scene， and explores the integration path of various teaching methods and teaching process. The paper establishes a student evaluation mechanism based on the dual evaluation of teaching effectiveness and teaching process， and constantly optimizes teaching innovation guided by student learning effectiveness. Finally， it analyzes the effectiveness of teaching innovation， and discusses the promotion value of the teaching innovation results of this course to the same courses in other colleges and universities as well as the same courses in the major.

Keywords： welding discipline; arc welding with high efficiency; teaching shortcomings; teaching innovation; reform results

基金項目：黑龙江省高等教育教学改革项目“工科院校材料学科‘课程思政’全面推进的路径与对策探索”（SJGY20210260）；哈尔滨工业大学第八批课程思政教育教学改革项目（本科）“高效焊接方法”（XSZ2022016）

第一作者简介：蔡笑宇（1989-），男，汉族，黑龙江哈尔滨人，博士，副教授，博士研究生导师。研究方向为高效智能焊接与增材制造。

*通信作者：林三宝（1972-），男，汉族，黑龙江齐齐哈尔人，博士，教授。研究方向为高效智能焊接与增材制造。

目前，我国制造业结构正在转型升级，中国正在从制造大国向制造强国转变[1]，未来新兴产业和新经济需要的是实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型工科人才[2-3]，在此背景下，教育部引导国内高校积极推进新工科建设[4]，新工科概念的提出为高等工科教育的改革探索提供了一个全新的视角，是今后我国工程教育发展的新思维、新方式[5]，其不仅包括新兴工科专业的建设，也包括传统工科专业改革中新思想、新理念和新方法的运用[6]。

焊接与连接是我国“强基”和“智能制造”的基础关键工艺之一，焊接与连接技术标志着国家的工业技术水平，支撑国家建设及国防安全，是我国从制造大国向制造强国转型升级的重要支撑。焊接技术与工程专业作为传统工业中必不可少的应用型理工科专业，承担着为国家和社会培养输送焊接人才的任务[7]，在推进我国焊接与连接技术的长足发展上起着决定性作用。目前，全国共有近50所高校开设了焊接技术与工程专业，旨在为国家和社会培养焊接与连接技术人才，助力我国制造业水平提升。但是，随着制造业由原来的高速增长向高质量方向的转型升级，不但要求焊接人才具备扎实的焊接理论知识，更需要其具备丰富的实践能力、活跃的创新思维和高尚的价值理念。所以传统的焊接专业教学模式已无法满足培养高素质新型焊接人才的需求。可见，在新工科建设背景下，目前我国焊接专业教学模式的创新改革迫在眉睫[8-9]。

高效焊接方法是焊接专业本科三年级下学期开设的专业课程，是学生在学习了焊接专业基础课程后，通过讲授领域内新型高效化电弧焊接方法来拓宽学生视野、培养创造性思维、提高工程应用实践能力的专业课程。作为具有承上启下作用的专业课程，课程在进一步帮助学生巩固基本焊接方法理论同时，通过课堂教学、实验室实践、项目研究等环节培养学生的创新意识和理论联系实际的能力，在学生理论学习与毕业设计之间起到思维转换的作用。课程教学思路切合新工科建设思想，但传统的教学模式存在短板问题，使得课程没有充分发挥出培养综合型人才的作用，课程迫切需要实行教学创新改革。自2019年，课程切合新工科建设思想，以“培养创新思维，理论联系实践”为中心思想开展课程创新改革，初步取得了较为显著的效果，本文将教学改革过程中的思考与实践进行梳理总结，可为同类课程的改革提供参考思路。

一  高效焊接方法课程教学短板问题

从学情和课程两方面进行分析，该课程教学主要面临6个突出的短板问题。

（一）  学情分析

1  基础知识不牢

通过上一学期的基础理论课学习考试之后，再经过假期，学生在本门课程开始前对基本焊接方法理论知识已逐渐模糊，而本课程讲授的新型焊接方法均是基于基本焊接方法衍生的，学生对基础知识掌握得不牢将严重影响课程的教学效果。

2  实践认知缺乏

当前专业课程教学多集中于理论的讲授，焊接是一门偏重于应用类的学科，需要培养学生由理论走向实践，而目前专业学生多停留在书本理论学习，对实际焊接设备、实践操作没有具体的认知，往往只会“纸上谈兵”，缺乏工程实践能力。

3  创新思维禁锢

创新思维的培养是需要学生在掌握基本理论后结合实际工程问题，引导学生独立分析思考，论证并提出创新方案。但目前长期的课堂教学使学生过分依赖被动教学，思考的主观能动性下降，创新思维被禁锢，“拿来主义”亟需打破。

（二）  課程分析

1  理论应用脱节

传统的课堂教学注重基本原理的阐述，培养的学生多数局限于理论分析，而实际操作能力十分欠缺。而作为典型工科专业，高校焊接专业培养具有综合工程应用能力的焊接人才才是教学的最终目的，脱离实际应用的理论教学是本末倒置的。

2  书本知识局限

传统的课程设计建设中过分依赖教材体系，教学内容与授课逻辑受书面局限。随着科技进步与发展，课本中的内容难以保证学生的学习需求，学生学习面没有得到延展。同时，课堂教学以教师为主体，学生缺少思考与讨论，创新思维没有得到充分锻炼。

3  授课形式单一

传统课程授课方式为课堂讲授，且授课内容多偏重于理论，使得课程教学难以将理论与实践有机融合，导致学生只是在看与听，对实际焊接方法的设备、应用、生产过程缺乏认知，没有给学生建立真正的、完整的知识体系，提高工程应用实践能力的教学目标没有充分达到。

二  高效焊接方法课程创新实践

（一）  教学创新主体思路

1  温故知新，激发思考

在每个新方法和新技术讲解之前，要回顾之前基础课程的相关知识点，做到内容上的连贯衔接，然后结合焊接工程上具体问题，合理引入教学内容，引导学生分析问题，聚焦思考，使学生做到融会贯通，促进学生遇到工程问题能够主动思考，最后，利用所学理论知识解决工程实际问题。

2  突破局限，多维教学

课程教学过程要打破传统循规蹈矩的单一课堂讲授形式，充分利用信息技术展开教学，将相应知识点课本以外的实际生产图片、视频展示给学生，课后要带领学生走出课堂，走进实验室，对课程内容进行现场实践学习，从多个角度完善学生的知识体系。

3  思政融入，价值引领

结合教学内容充分挖掘思政元素，以显隐结合的方式融入教学过程，由实际应用案例入手，通过多媒体教学展示焊接技术在关键行业的生产应用现状。在习近平总书记致哈尔滨工业大学建校100周年贺信精神引领下，结合典型工业精神将思想政治教育与课程内容有机地融入到一起，培养学生家国情怀，激发学生技术创新开发热情。

教学创新方案如图1所示，旨在解决教学短板问题，围绕理论联系实践、激发创新思维和思政教学融入的需要，探索了4类适合有效的教学方法和教学过程，并将二者充分集成。

（二）  教学方法创新

1  研讨式教学

通过巧妙的研讨设计，在课程关键节点留有空白，安排问答、研讨、汇报、点评和互评等环节，引导学生从“被动”吸收信息到“主动”消化知识，培养学生运用学到的知识来进行独立思考、分析问题和解决问题，促进活学活用。同时，培养学生倾听他人并表达自己观点的能力，促进学生对知识点的深刻记忆。例如，在讲解引出变极性等离子焊接方法时，结合我国空间站建设任务，引出空间飞行器铝合金舱体焊接难点后，安排问答使学生回顾铝合金基本焊接理论，同时发动课堂讨论，使学生结合基础知识，思考针对焊接难题的对策。

2  案例式教学

通过引入实际工程应用案例，帮助学生具象地理解专业知识和技术内容，同时做到与时俱进，突破课本束缚，适当地引入最新文献报道，延伸知识面，扩宽学生眼界。在具体手段方面，结合图示与影像展示具体焊接方法的应用实例进行同步讲解。例如，在讲解变极性等离子焊接应用时，结合实际工程中现场焊接录像，使学生结合课程理论讲解直观地学习变极性等离子焊接过程。

3  双语式教学

在课程准备过程中，大量借鉴英文素材，并选取经典英文原文选段进行引入，同时搜集英文原声视频进行播放，做到课程内容与国际接轨，通过提问学生翻译，引领学生理解，辅助学生专业英语学习。例如，在讲解窄间隙焊接特点时，引用经典英文原文表述，进行现场提问学生朗读并翻译；同时讲解窄间隙焊接应用时，播放业内厂商英文原音宣传片视频，将实际工程应用与专业英文教学相结合。

4  场景式教学

在课堂教学之后，充分利用课余时间，借助实验室平台，将学生带出课堂，走进实验室，带领学生对所讲的焊接设备、焊接方法实操过程进行现场参观学习，使学生结合课堂知识点进一步切身领悟课程内容与思想，做到“眼见为实”，建立多场景教学体系，真正做到理论与实践相结合。例如，在变极性等离子和窄间隙课程讲解后，带领学生进入实验室，借助实验室平台设备，现场结合课堂讲解内容进行设备实物的参观学习，同时进行实际焊接试验演练，使学生进行操作与观察，加强知识点理解。

（三）  教学方法与教学过程的创新集成

针对各教学过程的实际情形和特殊需要选择适合的教学方法，并进行精细化的教学环节安排和教学设计，具体如下。

在“问题导向”环节，主要采用研讨式教学方法，辅以案例式教学方法，结合应用背景提出实际工程中焊接难题，启发学生思考分析问题；在“基础回顾”环节，主要采用研讨式教学，引导学生对基础理论知识进行回顾，并与提出的焊接难题相结合，分析传统焊接方法的局限性；在“内容引出”环节，主要采用研讨式教学方法，基于前述环节的分析与讨论，激发学生围绕基本理论针对具体问题进行创新思考，培养创新思维，并通过逐步引导引出授课内容；在“知识讲解”环节，以常规知识讲授为基础，合理搭配研讨式、案例式、双语式与场景式教学方法，帮助学生全面深入地理解新型焊接方法的原理、特点和应用；在“现场实践”环节，主要采用场景式教学方法，带领学生进入实验室，结合真实焊接设备进行讲解，同时通过实际焊接过程示范演练使学生更直观地理解课堂讲解的知识点。

同时，思政元素融入贯穿教学全过程，基于案例式和场景式教学方法，贴合重要国策与国家工程建设需求，结合“四个面向”的重要论述，将焊接专业的价值、精神、使命等要义以生动鲜活的方式传导给学生，将系列知识阐释与价值信仰阐发相结合，强化价值引领，厚植育人底色。

（四）  考评机制改革

1  能力培养型学习成效考评

课程考核方式不采用传统卷面考试，采用课程报告形式，要求学生面向国家重大工程中需要突破的关键性焊接问题，调研当前所用的焊接方法及技术“瓶颈”，根据课程所讲的高效焊接方法，从方法原理、特点论证某一种高效焊接方法在某一领域中的应用可行性。通过作业的完成，使学生在调研的过程中进一步梳理所学课程知识体系的同时，培养学生自主分析与解决问题的工程能力，基于课程知识点激发学生创新思维，将理论与实际相结合，真正做到举一反三，融会贯通。同时，能够更加深入地学习和了解我国大型工程的战略性意义，体会大国担当与大国自信，激发学生爱国情怀，加强课程思政教育。

2  加强教学过程评价

在教学过程中，建立课堂表现跟踪记录机制，选取课堂上若干重要的研讨环节，对学生表现进行记录和分析，从而考查学生的学习过程及成效，并及时总结教学中存在的问题。

3  学习成效引领教学创新

以学生需求引领教学创新，以学习成效检验教学创新。一方面，在课程作业中设置“课程感悟与意见”部分，使学生对课程提出建设性意见反馈，了解学生的学习困惑、需求和对课程教学的感受、评价，基于学生意见不断优化课程教学创新设计。另一方面，基于最终课程成绩，充分分析授课班级学生学习成效，通过整体分析与个人分析，检验教学创新的成效，反思教学各环节的优缺点，不断迭代优化教学创新设计。同时，定期在课程组内进行交流，形成统一的意见指导进一步的教学工作。

三  教学创新改革成效

在一个完整的课程周期内，学生普遍可以得到较明显的提升，学生普遍反馈感觉有较大收获，由此反映出目前的教学过程可以发挥比较令人满意的作用。同时，通过课上学生的积极反应和课下与学生的多次沟通发现，学生对课堂讨论、案例示范、双语教学、实践学习等创新方法都很接受，普遍反映这些方法非常直观、有效。学生在课程结课报告的课程感悟中说道：“提问与讨论环节吸引了同学们的注意力，减少了思绪的游离”“授课时图片和视频的穿插让课堂内容更具吸引力，英语翻译的环节也是本科学习以来首次看到，我感觉该环节对英语提高和培养阅读英文文献的习惯很有帮助”“通过走进实验室参观具体实验设备并进行了简单实际操作，进一步加深了知识点的学习，充分体会了焊接创新的魅力”。

从教学创新的持续成效来看，从2019年对该课程持续进行改革和优化以来，选课学生人数持续增加，同时学生评教分数持续上升，如图2所示，反映出学生对课程满意度上升，课程获得学生喜爱。其中与教学创新改革相关的“知识前沿”“启发创新”“学习成效”三方面评教成绩同样呈上升趋势，如图3所示（数据来自哈尔滨工业大学教务系统。其中由于2022年春季学期疫情影响学生没有返校，采用线上教学，无法进行课程创新式教学，故数据不具有有效性，没有采纳）。

四  课程创新改革实践推广价值

（一）  理论联系实践的教学方法

该课程探索了4类能够将理论与实践充分结合的教学方法，可应用于诸多专业课程。第一，研讨式教学可以帮助学生更好地消化理解专业知识，结合实际工程问题激发学生创新思考；第二，案例式教学可以生动直观地将知识理论与工程应用相结合，促进学以致用；第三，双语式教学可以扩宽学生知识面，多方面提升學生专业能力；第四，场景式教学可以使学生切实体会教学内容，强化知识点吸收，并促进学生由理论学习走向工程实践。

（二）  价值引领下循序渐进的教学过程

从培养学生的创新思维、提升工程实践能力的角度出发，结合教学方法设计了利于学生充分学习的教学过程，同时以课程思政为抓手对学生进行价值引领，该教学过程广泛适用于同类型专业课程，有助于培养高素质全面的新型焊接专业人才。

五  结束语

教学创新要以学生需求为导向，以达到更好的教学成效为目标，致力于积极培养学生对专业的热爱。对于工科类专业课程而言，教学创新应以思政为引领，以教学方法创新为着力点，以教学过程创新为推进，全面培养学生的创新性思维，提升学生理论联系实践的能力。

参考文献：

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