机械工程专业焊接实训教学改革

2023-02-22 15:23陈顺洪张豪杰王薛龙
时代汽车 2023年2期
关键词:机械工程实训效果

陈顺洪 张豪杰 王薛龙

成都大学 四川省成都市 610106

1 引言:焊接是机械连接中重要的连接方式

金属焊接是把两个金属零件或多个金属零件连接成一个部件的一种连接方式,得到的部件通常在各个方向都具有很高的强度,被誉为金属材料成型的裁缝[1]。随着焊接技术的发展,焊接已经从最初的相同金属或合金的连接发展到了不同的金属或合金之间的连接[2],对国民经济发展和国家建设均有重要意义。据不完全统计,美国50%以上的国民生产总值均和焊接有直接或间接的关系。而焊接也是最经济、有效的连接方式。焊接最初只是一种简单的维修手段,但发展到目前,已然成为了一种重要的制造方法之一,也是最基本的制造方法。毫不夸张的说,如果没有焊接,有没有我们今天的幸福生活。小到自行车车架,大到航空母舰,无不有着焊接的身影,如果没有焊接,这些东西都是很难被制造出来的。特别是在机械加工领域,焊接技术的出现和发展极大的提高了机械加工生产的效率,推动了我国的经济发展,同时在一定程度上改善了人们的生活,焊接技术是工业发展的核心和基础[3]。同时,焊接也与新材料科学、电子工程及先进制造工程等领域密切相关[4]。随着焊接专业的不断发展,应用范围也愈加广泛,为了满足学生的课程实践和就业需要,大部分高校开设的金工实训课程都包含了焊接课程。开展焊接实训能让学生对焊接这种特种加工方式产生良好的认知和理解[5]。但是,现阶段的焊接教学课程依然存在着不小的问题。例如教学方式、教学环境、教学设备的落后,尤其是在教学现阶段的焊接教学和后期学生的岗位上的实际存在着不小的差距,这些问题一定程度上阻碍了焊接教学乃至整个焊接技术的进步。

2 焊接实训教学对机械工程专业的意义

对于实训教学而言,都是将学过的理论知识付诸于实践,同时针对某些重难点进行针对性的练习,从而更加充分、透彻的掌握理论知识,使理论和实际紧密的结合。焊接实训一方面是为了机械工程专业的学生掌握焊接理论知识,另一方面是在透彻的掌握理论知识之后,将理论知识用于以后的设计中,学生在理解了焊接的应用情况和优缺点之后,才能在后续的机械设计过程中做出最优的方案。在理论知识和实践知识结合的基础上,也更能锻炼学生的创新能力[6]。

随着社会的发展和各个职能部门的完善,各个高校在社会中所扮演的角色也日趋固定。有的高校定位于培养科研人才,有的高校定位于培养应用型人才,还有的高校定位于职业教育。对于定位于应用型人才和职业教育的这部分高校的机械工程专业学生而言,如何有机的将理论知识和实际操作紧密结合,对于学生后期的发展,大有裨益。机械工程专业焊接实训改革,能够更好的适应高校教育的需要,更好的适应学生学习的需要。

培养学生的实践操作能力,进一步让学生透彻理解焊接的理论知识,符合学生学习的需要,符合工作岗位的需要,让学生在就业中具备一定的优势,有利于为我国的现代化建设输送应用型机械工程专业人才。

3 机械工程专业焊接实训存在的问题

焊接是一门实践性较强的课程,在焊接课程的教学过程中,学生主要通过实训的方式将理论知识理解透彻。但是现阶段的焊接教学过程存在着一些问题,阻碍了教学的成果。通过笔者的调研和总结,以下问题亟待解决:

1.教学方式较为落后。现阶段实训教学的方式还依然和以前师傅带徒弟的方式一样,需要教师对学生进行单独的指导,通常情况下,一位教师需要面对20 到30 位学生,学生学习和实操练习的时间都十分有限,极大影响了学生学习和实践效果[7]。就成都大学机械工程学院而言,金工实训教师中只有一位是焊接专业教学教师,上课过程中经常面临的问题是一名教师需要面对四五十位学生,在这种师生比极低的情况下,教师不能充分的对每位同学练习过程中出现的问题进行及时的指导,导致学生练习的积极性差、效果差。

2.教学环境太差,导致部分学生出现不适应的情况。和其他传统的加工方式相比较,焊接还有许多其他加工方式所没有的缺点,比如焊接过程中释放的浓烟、大量的光、大量的热以及辐射等。很多学生适应不了这样嘈杂燥热的环境,加上浓烟、热和光辐射容易对学生造成伤害,即使在普通防护用品的保护下,一部分学生还是表现出不愿意练习的意愿。较差的教学环境难以保证学生的学习效果,也天然的打消了学生的积极性。

3.教学设备落后。焊接是一门需要大量练习的技术,所以焊接教学需要大量的焊接材料(母材和焊材)供学生练习,同时,在技术相同的条件下,更加新型的设备有助于焊接效果的提升。就目前的教学状况而言,学校提供的实验维持费需要供许多工种同时使用,难以保证焊接教学实验的材料和设备的用量,还不足以达到焊接练习所需要的量。就笔者所在的成都大学机械工程学院而言,学校提供的实验维持费需要供车、铣、线切割、焊接、铸造等几个工种同时使用,难以保证所有学生焊接所需的材料的量。目前,成都大学机械工程学院仅有380V 交流弧焊机3 台供学生进行焊接练习,而这三台交流弧焊机已经有10 多年历史了,其中有一台设备使用过程中还存在一些问题,偶尔不能正常开机。这三台设备在学生实训期间每台设备每天需要供应20 至30 人次的练习,学生数量远大于设备数量,导致学生练习效果差,效率低。设备更新的速度远远跟不上时间的发展和技术发展。这也是对焊接教学过程中亟待解决的问题。

4.整体课程设置结构不合理。就笔者调研的多所兄弟院校的情况来看,或多或少都存在着课程设置不合理的情况。主要表现为理论教学和实践教学自成体系,互不干扰[8],同时焊接理论学习和实操学习没有做好分配。很多学校为了统一学生的实训时间,将实训放在了学生刚入学的一两个学期,而理论课程却在此之后。则会导致学生在进行实操学习的时候,并不能清楚的知道焊接的原理、各种类型焊接的优缺点,导致学生不能很好的上手练习,也不能在联系过程中通过温习理论知识来改进自己的操作方式,也就很难有助于学生整体水平的提高了。

4 机械工程专业焊接实训教学改革的措施探讨

针对以上提出的各种问题,有以下改进措施。

1、改善教学的方式。

现有的教学方式是以师傅带徒弟的方式,这种方式下,学生缺乏自主学习、练习的动力,教师需要对学生一对一的进行指导,在师生比例不能更改的情况下,发挥学生的主观能动性,有助于提高练习的效果。首先,应当在机械工程专业学生的焊接实训教学过程中,应当建立以工作任务为目标导向的练习方式。通过目标的驱动,学生更加明白需要达成的效果,这样练习的目的性更强,效果也更好。

通过目标导向的引入,教师在指导学生的过程中,只需要先对学生进行基本操作的指导,剩下的可以让学生在追求目标的过程中摸索前进。诚然,学生练习过程中还会出现许多意料之外的问题,但是这不会是普遍的现象,教师只需要对个别的学生进行指导即可。同时,学生在追求同一个目标的同时还可以相互交流学习,教学相长更有利于学生技术水平的提高。

例如,学生在学习“平角焊”的过程中,教师应当先给学生教授一定的操作技巧,包括平角焊焊接的位置、焊接设备的调试、焊材的选择、电流大小的选择、送丝的速度、焊接的角度、焊接的手法等基础操作,然后让学生自主练习平角焊。在学生掌握一定的平角焊焊接操作技巧之后,教师应当对布置相对应的平角焊焊接任务,如焊接一个方形的容器或者焊接一个小凳子,学生在完成任务的同时,焊接的技巧练习也跟上来了。让学生在实际应用的过程中,充分掌握焊接的理论和实操知识。就成都大学机械工程学院而言,在教师给学生讲解了基本的操作之后,教师给学生制定的教学目标为:学院破损圆凳的维修作业。具体操作情况为:学院有一大批损坏的铁质圆凳,均为底座和支撑杆之间连接断裂导致不能使用,教师则安排学生通过焊接的方式对这批圆凳进行维修,并告知学生,维修好的圆凳将会在教室里重新和大家见面。这极大的激发了学生的兴趣,学生都积极的参与到圆凳的维修过程中,体会维修圆凳给自己带来的成就感。虽然圆凳维修的效果并不是百分百的理想,但是在此过程中,学生已经将平角焊的操作都掌握了。

2、改善实训环境

目前而言,教学环境差,对学生练习的积极性有一定的挫伤。相较于其他加工方式,焊接加工存在更多的不利因素,如加工过程中存在大家的烟雾、粉尘、辐射和热量。这些不利因素对学生练习积极性的影响很大。可以通过引入部分辅助设备和穿戴设备以解决此问题。如在烟雾方面,可以引入如图-所示的排烟设备,阻止过多的烟雾停留在房间里面;在粉尘方面,可以引入带过滤网的呼吸面罩,防止粉尘吸入学生身体;在光辐射和热辐射方面,可以引入隔离效果更好的防护面罩和防护服,确保学生在实训过程中的安全问题。就成都大学机械工程学院而言,学院在实训大楼的侧面搭建了一间通风良好的焊接房。相较于以前在大楼内部操作而言,焊接房具有通风效果良好的优点;专门的通风设备更有利于烟雾和粉尘的排放。加上给学生订制的劳保装备,在保证学生实训安全的前提下,进一步改善了学生的实训状态,有利于学生将精力都集中到焊接的联系过程中而不是过多的考虑外部的环境,学生自然更愿意参与到实训过程中来。

3、通过多种途径引入先进的设备

焊接教学设备在笔者看来可以体现在两个方面,一方面是焊接机器设备,这类型设备决定了焊接效果的下限;另一方面是焊接用到的母材,这类设备决定了焊接效果的上限。对于焊接机器设备而言,可以通过和学科竞赛结合的方式获取资金和设备。学校对于学科竞赛每年会投入一定的资金支持,而学科竞赛又会用到焊接的设备和材料。所以在实验维持费不改变的情况下,可以尝试和学科竞赛的归口部门合作,提供部分设备资金,最终提高设备的利用率。对于材料而言,目前焊接购买的是裁切好的钢片,可以将原材料钢片改为整块的钢板,再由学生自行分割。一方面节约了成本,另一方面也锻炼了学生,整体能够购买的材料量就增加了。最后,学生学习最终的目标还是到企业中去,可以通过校企合作的方式,让企业预先提供部分的资金,学生在学校提高了技术,后期可以迅速的投身到工作岗位中,相当于帮企业做了预先的员工培训,对企业的发展也大有裨益。通过以上方式,能够增加机器设备的数量和种类,也能增加焊接材料的数量,能够有效做到每位同学均有好的设备练习,有足够的时间练习。在设备投入方面,成都大学机械工程学院通过和学科竞赛相结合的方式,在原有普通电弧焊的基础上,引入了一台无气二保焊机器,丰富了设备的多样性,让学生能够更多的了解各种焊接设备。因为无气二保焊不涉及到频繁的更换焊条,提高了学生练习的效率,所以学生对焊接的兴趣也大大提高。在焊接材料的投入上,将以前使用的裁切好的板材更换为整块的废旧钢板,通过等离子切割的方式对钢板进行加工,提供足够量的母材供学生练习,保证学生练习过程中不会有材料的短缺,学生也不会有材料供应不足导致的积极性下降的问题了。

4、改善课程的设置

改善课程的设置需要从理论和实践相结合的方向来着手。就笔者所调研的兄弟院校和自身情况来看,主要的矛盾点在于学生在进行实训操作学习之前,大部分的情况都还未进行理论的学习,不能深刻的理解操作过程中的做法以及带来的效果,导致实训的成果不理想。通过将实训环节穿插在理论教学过程中,可以有效的防止此类情况的出现。就成都大学机械工程学院而言,通过试点进行,在部分学生理论课的间隙中,插入实训教学,取得了良好的效果。接下来需要将此类手段推而广之,以期取得更好的效果。比如在基础教学完成之后,可以将实训场地全天开放,安排少量的教师在实训场地值守,保证学生任何时间到实训场地都可以练习操作。这样,能够取得更好的效果。

5 结语

以上的教学改革措施在成都大学机械工程学院的应用,很大程度的提升了学生学习的积极性,也取得了较为良好的学习效果。通过新设备的引入和练习流程的优化,学生的平均练习时长增加了50%,练习项目从以前的单纯的平敷焊增加到了平角焊、立角焊等,而这些技能都是在后期的工作中能够直接应用。很多学生在一天的课程完成之后,都主动要求加班练习,以期取得良好的练习效果,后期能够直接应用。

对于机械工程专业的学生而言,掌握各种理论知识的同时也必须要掌握一定的实操技能,才能将二者有机的结合。针对焊接教学,理论和实训教学应当并重。本文对焊接实训教学过程中存在的一些问题进行了探讨,通过以目标为导向、改善教学环境、进行针对性训练等措施,提高了学生学习的效率,有效的掌握相关技能,同时也确保了实训过程的安全。

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