《金属材料焊接》课程应用案例教学法的探索

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  [摘要]为了在教学过程中更好地激发学生的学习兴趣、培养学生思考问题、解决问题的能力,达到培养高级应用型焊接技术与工程专业人才的目标,在《金属材料焊接》课程中实施了案例教学,探索了以学生为主体的互导式教学方法,在“合金结构钢的焊接”、“铝合金的焊接”和“异种钢焊接”等教学内容中选择了来自企业生产一线的技术资料作为案例教学内容,启发了学生的思维,提高了学生分析和解决实际生产问题的能力,增强了课程的特色,学生的学习兴趣和积极性明显提高、学习效果得到改善,提高了学生对教师授课质量的认可程度。
  [关键词]焊接 教学改革 案例教学 金属材料焊接
  
  南昌航空大学焊接技术与工程专业是继哈尔滨工业大学、江苏科技大学之后于2004年经教育部批准建立的国内第三个焊接本科专业,其前身是1952年创立的焊接工艺及设备专业,是学校创办最早的专业之一,具有悠久的历史。《金属材料焊接》是焊接专业一门重要的专业课程,也是本专业课程中综合性最强、知识点最多的一门课,教学目的是使学生掌握金属材料的焊接性及改善焊接性的途径,培养学生分析焊接性和正确制定焊接工艺的能力。因此,本门课程是学生专业课程学习和应用的最终落脚点,教学质量的好坏直接决定了学生将来在工作中能否正确运用所学知识解决实际问题。然而,该门课程长期以来和其它专业课程一样,采用传统的、以教师为主体的灌输式教学方法,,由于教学内容多且枯燥,学生学习兴趣低、只是被动的不加分析的接受,课堂气氛沉闷,其不足之处日益显现。如何运用科学的教学方法来实现专业课程的教学目标目标,为社会输送“适销对路”的人才,已成为高等工程教育所面临的重要课题[1]。因此,笔者在该门课程中实施了以案例教学法为主要特征的教学方法改革,探索以学生为主体的互导式教学方法,以启发学生思维,培养学生分析和解决实际生产问题的能力,提高课程的教学质量。
  一、《金属材料焊接》课程中应用案例教学的意义和可行性
  培养能在焊接技术与工程领域从事技术开发、工程设计、生产及经营管理等工作的高级应用型技术人才是我校焊接技术与工程专业的目标,这就要求学生不仅具有扎实的理论功底,还要具有很强的思考问题、解决问题的能力。因此,在教学过程中更好地激发学生的学习兴趣、培养学生思考问题、解决问题的能力,就成为专业课程应该达到的要求。
  “案例教学”最先由德国历史学家海姆佩尔提出,和“教学与发展实验”教学理论、“结构主义”教学理论成为三大新教学论流派,在全世界具有较大的影响[2]。该方法是通过教师介绍一个事件或相关几个事件,告知学生相关信息,引导学生思考,让学生开展讨论或独自研究案例,最后得出结论或提出解决问题方法的教学方式[3]。作为一种交互式探索过程的教学方式,它将理论与实践有机地结合起来,对激发学生学习兴趣,拓宽学生视野,培养和提高学生独立思考问题能力,尤其是分析、解决问题的能力和动手操作能力起到积极作用[4]。在《金属材料焊接》课程中应用案例教学具有如下意义:
  (1)由于案例的提出具有客观真实性,需要学生的积极思考和主动发言,能够使学生由被动变主动,调动学生学习的积极性和自主性,有利于提高教学质量。
  (2)选择来自于企业生产一线的案例教学内容,可以促进学生理论联系实际,了解实际生产所存在的问题和需求,有利于增强学生的实践能力,使其毕业后能尽快适应工作岗位的需要。
  (3)采用案例教学,教学内容形象、生动、具体,不再是教材上所讲授的抽象内容,可使学生对部分典型常用金属材料的焊接性、焊接工艺制定时应该注意的主要问题产生感性认识。
  由于《金属材料焊接》是一门实用性很强的应用型课程,其基本理论、知识点在工厂中广泛应用,航空航天、汽车、船舶、建筑、石油化工、机械制造等大多数工业领域均涉及到该课程所讲授的内容,因此案例教学的内容来源广泛,而且能够和课程的授课内容很好的结合,因而在该课程中尝试案例教学是切实可行的。
  二、《金属材料焊接》案例教学的实施
  (一)运用案例教学章节的确定
  根据我校的航空特色、本门课程的教学目标和教学重点,结合往届学生毕业后就业的主要行业领域,以及学校服务于航空航天工业和江西省地方经济的定位,确定如下章节中部分教学内容运用案例教学:
  (1)合金结构钢的焊接。由于合金结构钢具有优良的综合性能,经济效益显著,应用范围涉及到国民经济和国防建设的各个领域,比如长输管道、压力容器、工程机械、石油化工、桥梁、船舶制造和其他钢结构等,是焊接结构中用量最大的一类工程材料,在经济建设和社会发展中发挥着重要的作用。学生今后工作中接触这一类钢焊接的机会也较多,江西省内的一些大型企业如江西江联能源环保股份有限公司、江铃汽车等企业也大多涉及合金结构钢的焊接,因此在“合金结构钢的焊接”这一章中运用案例教学。
  (2)铝合金的焊接。我国铝资源丰富,铝合金的应用有很广阔的前景。特别是铝合金具有良好的耐蚀性、较高的比强度、良好的导电性和导热性以及在低温下能保持良好力学性能,因此在航空航天、国防等工业部门被广泛的采用。我校毕业生大多面向航空、航天系统就业,学生毕业后从事铝合金焊接的人数较多,因此铝合金的焊接一直是我校《金属材料焊接》课程的教学重点。同时,铝合金的焊接和钢的焊接相比,具有很多特殊性,而且铝合金的焊接在日常生活中并不象钢的焊接那样广泛,学生对铝合金焊接缺乏感性认识,使得该部分内容教授比较困难,往届考试的试卷分析表明,学生对铝合金焊接的掌握程度不是很理想。因而,在这一章结合航空企业常用铝合金构件的焊接运用案例教学具有重要意义。
  (3)异种钢焊接。用异种钢制造的焊接结构,不仅能满足不同工作条件对材质提出的不同要求,而且可节约大量的优质贵重材料,降低成本,充分发挥不同材料的性能优势。近年来,异种钢焊接结构在机械、化工、电力及核工业等行业得到广泛应用,对异种钢的焊接也越来越受到重视。另一面,异种钢焊接时,两种钢的物理、化学性能及化学成分等有显著差异,焊接性和操作技术都比同种材料难焊,采用不同的焊接工艺,焊接接头的组织和性能呈现不同的变化规律。已参加工作的毕业生也经常向授课教师咨询异种钢焊接的问题。在这一章中结合不锈钢-合金钢异种钢的焊接运用案例教学有利于启发学生积极思考和主动发言,能够调动学生学习的积极性和自主性。
  (二)案例内容的筛选
  案例内容是实施案例教学的前提条件之一。在明确教学目标的基础上,选择适度、适用的教学案例是成果实施案例教学的关键。在对企业生产实际情况和已毕业学生在单位对焊接技术的需求进行充分调研的基础上精心准备了如下内容作为案例教学内容,并制作了与案例教学内容相配套的实物模型、图片资料。
  (1)以液化石油器钢瓶的焊接作为合金结构钢焊接的教学案例。
  随着工程焊接技术的迅速发展,现代压力容器也已发展成典型的全焊结构,压力容器的焊接成为压力容器制造过程中最重要最关键的一个环节,焊接质量直接影响压力容器的质量。江西××公司生产的液化石油气钢瓶即是一种典型的日常生产、生活中用到的压力容器,其材质为16MnR(热轧钢)。通过实物图片对该公司试制该类产品时遇到的焊接问题进行介绍,引导学生运用所学知识分析16MnR制造的该类结构的焊接性,讨论所产生的焊接缺陷的原因和防止措施,并结合产品的技术要求、焊接生产时的实际工矿条件分组讨论焊接工艺的初步方案。最后,对几组代表性的焊接工艺方案进行点评,指出合理的焊接工艺,使得学生全过程参与材料焊接性的分析、焊接缺陷的解决方案和焊接工艺的制定,一改以前以叙述的方式教授热轧钢的焊接性和焊接工艺要点。
  (2)以运载火箭燃料储箱用2219铝合金的焊接作为铝合金焊接的教学案例。铝合金是运载火箭及各种航天器的主要结构材料。美国的阿波罗飞船的指挥舱、登月舱,航天飞机氢氧推进剂贮箱、乘务员舱等也都采用了铝合金作为结构材料。我国研制的各种大型运载火箭亦广泛选用了铝合金作为主要结构材料。以几种不同焊接工艺下2219铝合金熔化焊时接头的形貌、组织、性能等内容作为案例,启发学生讨论、分析铝合金焊接的特点、焊接时易出现的缺陷种类及其原因,总结出铝合金焊接性的特点和焊接工艺制定应该注意的问题,让学生对铝合金焊接性有更为深刻和直观的认识,加深其对铝合金焊接特点、焊接工艺的认识和掌握程度。
  (3)以甲醇分离器上不锈钢-高强钢的焊接作为异种钢焊接的教学案例。
  江西省×××公司生产的甲醇分离器需要将不锈钢加强管(材质为0Cr19Ni9)与筒体、封头(材质为高强钢13MnNiMoNbR)进行焊接,是一种典型的异种钢焊接结构。通过在该公司进行深入调研,掌握了该产品研制、生产过程中的详细资料,按照教学计划的安排将相关内容(如焊接缺陷资料、焊接工艺评定程序、焊接工艺卡等)整理成案例教学内容。首先,以该产品研制过程中0Cr19Ni9和13MnNiMoNbR焊接过程中产生的问题(如裂纹)为切入点,向学生展示焊接接头的组织性能特点,结合材料的成分特点引导学生分析裂纹形成原因和防止措施;然后让学生分组对该产品早期不合理焊接工艺进行讨论,指出不足之处和改进措施,并思考其原因;最后,在此基础上商讨合理焊接工艺,并向学生介绍工厂焊接工艺制定、评定的过程和程序、焊接工艺卡的主要内容、焊接施工的组织等内容,让学生提前了解实际生产中
  (三)案例教学的课堂实施
  (1)课前充分准备、认真设计教学内容、周密计划教学程序。设计好每一次案例教学的程序,并编写案例资料提前发给学生,让学生了解课堂教学的程序、明确质疑问题,并引导学生如何查阅文献资料和如何准备发言,获得学生的全力配合。根据每一个案例的特点设计好具有启发性的问题,反复推敲如何能使深奥抽象的理论既简明易记,又具有可操作性。对于案例教学中可能出现的问题,做到充分估计,作好答疑准备。而且,充分估计到学生在课堂上的可能反应和可能遇到的各种问题,并拟定多种相应的教学方案。
  (2)在案例教学过程中充当“引导者”和“组织者”的角色,组织课堂讨论。将整个班级分成4个小组进行学习讨论,教师调控时间、把握讨论的节奏。在讨论过程中引导学生主动认真阅读分析案例,通过复习课本或查阅资料来寻求解决问题的方法,对于出现的疑难问题,让学生提出质疑,充分调动学生学习的积极性和主动性,增强自学能力,培养分析问题和解决问题的能力。
  (3)在讨论过程中,认真倾听每个小组的意见,记录学生的重要观点、争议的焦点和尚未解决的疑点,并为进行下一步程序做好准备。
  (4)参照课堂记录,围绕教学目标,进行案例讨论的归纳总结。对于不能进行解答的疑难问题,师生可进一步探讨。
  (5)课后调研反馈。课堂教学完成并部代表教学活动的结束。一个案例教学内容完成后教师要及时深入到学生中间了解教学的效果,听取学生对教学的意见和建议,搜集反馈信息,总结经验,不断改进。
  三、《金属材料焊接》应用案例教学的效果
  在《金属材料焊接》课程中通过采用案例教学进行改革后,取得了如下效果:
  (1)案例教学过程中对学生晓之以理、动之以情,做到了既教书又育人;案例教学采用以学生为主体的启发式教学,提高了学生分析问题和解决问题的能力,改善了人才培养的质量。
  (2)采用的案例具有航空背景和实用价值,且符合企业的实际情况、目标明确,增强了本门课程的特色。
  (3)学生的学习兴趣和积极性明显提高,到课率、课堂讨论的热烈程度和回答问题的积极程度都得到了提高,学习效果得到改善。
  (4)提高了学生对教师授课质量的认可程度。学校教务处的每学期学生评教结果显示,采用案例教学后,学生对教师的打分均在94分以上。
  四、结论
  基于培养高级应用型焊接技术与工程专业人才的目标,在《金属材料焊接》课程中实施了以案例教学法为主要特征的教学方法改革,探索了以学生为主体的互导式教学方法,在“合金结构钢的焊接”、“铝合金的焊接”和“异种钢焊接”等教学内容中选择了来自企业生产一线的技术资料作为案例教学内容,启发了学生的思维,提高了学生分析和解决实际生产问题的能力,改善了人才培养的质量;增强了课程的特色;学生的学习兴趣和积极性明显提高、学习效果得到改善,提高了学生对教师授课质量的认可程度。
  基金项目:“焊接技术与工程专业教学团队”国家级教学团队建设项目;江西省高校省级教学改革研究课题(JXJG-09-7-24),江西省“焊接专业工程应用及国际化人才培养模式实验区”建设项目;南昌航空大学教学改革研究课题(JY0922)
  [参考文献]
  [1]蒋金友.案例教学初探[J].中国科教创新导刊,2010,(13):95
  [2]李磊.市场营销案例教学的流程设计[J]. 商业经济,2010,(4):116-117
  [3]郭友群.探讨案例教学的途径和方法[J].大众商务,2010,(3):173
  [4]陈辉,张磊.案例教学中的师生角色定位[J].中国轻工教育, 2010,(1):84-86
  (作者单位:南昌航空大学航空制造工程学院焊接工程系)
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