《焊接冶金学》实验教学改革初探

2014-07-21秦优琼任江伟

教育教学论坛 2014年28期

关键词：熔滴焊条实验教学

秦优琼，任江伟

（上海工程技术大学材料工程学院，上海 201620）

《焊接冶金学》实验教学改革初探

秦优琼，任江伟

（上海工程技术大学材料工程学院，上海 201620）

焊接冶金学实验课程加深了学生对理论知识及实践应用的理解和认识。针对焊接冶金学课程的性质和内容，结合学校自身条件，设计实验内容，并对实验教学进行了改革。

焊接冶金学；实验教学；教学改革

《焊接冶金学》是其他焊接专业课的基础，主要介绍了焊接温度场，焊接热循环，焊接化学冶金特点，气相、熔渣对金属的作用，焊接材料，熔池凝固及焊缝固态相变，焊缝热影响区的组织及性能，裂纹的形成机理、影响因素及控制措施。因此，课程理论性较强，内容枯燥，知识点多且抽象，学习起来比较吃力。为了解决这个问题，大多数高校都设立了焊接冶金学的实验课程，而这些实验的开设就成为了学生进入焊接专业学习阶段的入门专业实验课。各个学校也根据自身的条件选择实验，目的是为了让学生更透彻地掌握理论基础知识，同时让学生学会观察实验现象，分析实验数据，为后续专业课学习打下基础。然而，大多数院校开设的焊接冶金学实验课都是一些验证性的实验课，缺乏一些创新思想和学生自身的动手思考能力的培养内容，因此，有必要对实验课的内容进行改进，巧设综合性试验，培养综合型的高素质人才。

本人根据《焊接冶金学》的教学大纲以及现有实验条件，设计了以下几个实验内容：（1）焊接接头金相组织分析实验；（2）焊接热循环测定实验；（3）焊条配置及其工艺性能实验；（3）高能束焊接制备技术实验；（4）氩弧焊工艺参数对焊缝成形的影响实验；（5）焊接电弧和熔滴过渡的观察与分析实验；（6）焊接裂纹、气孔的特征分析实验。

一、验证型实验教学改革及措施

验证性实验是指对研究对实验对象有了一定了解，并形成了某种假说，为了验证这种假说是否正确而进行的一种实验，其实验的目的不是为了收集事实材料，而是把研究工作引向深入，从而对研究对象的某些性质和规律的认识。焊接冶金学主要设立的实验为这类实验，在实验教学中，通过学生对基础知识的学习，设立了一些验证性实验，通过验证性的实验可以加深学生对理论基础知识的理解，掌握基本的实验技能，实现认识质的飞跃。然而，传统的验证性实验内容单一，教学模式陈旧，学生按老师既定的步骤一步一步机械操作，甚至一些学生不动手，而是由其他同学或老师代替完成实验内容，导致了学生思维固定，动手能力不强，不利于学生的积极性的培养，因此，有必要对验证性的实验教学进行改革。主要从以下几个方面进行：（1）改进实验内容和实验手段。传统的验证性实验内容比较单一，通常限于验证某个结论或某种操作技能，不利于学生综合能力的培养，比如焊接接头的金相组织分析实验，一般是让学生在显微镜下观察某一种焊接或某几种接头的组织特点，学生可以粗略了解某一种和某几种接头的组织特点。在对这个实验的改革中，课程负责人及实验室准备了大量接头的金相照片，在实验课程教学中学生可以集中加以对比、鉴别，使学生在短时间内通过对比不同焊接接头组织的形貌特点，对焊接接头的组织有深入的认识及掌握。实验手段的改革也很重要，比如对于焊接电弧和熔滴过渡的观察与分析实验，该实验通过观察电弧形态和熔滴过渡特征，认识各种电弧和熔滴过渡过程，了解特点，同时可以熟悉常见焊接方法的电弧形态及熔滴过渡条件。通过高速摄影方法可以以每秒几百到几万幅的拍摄速度，记录整个熔滴过渡的形态及电弧状态。同时，高速摄影机与电脑、投影仪配套，可以在线的观察到整个过程，且对整个过程进行回放等。（2）改进实验教学方法。首先实验前要求学生在实验前在实验室开放的时间到实验室进行预习，熟悉相关的实验设备的使用，认识实验器材，同时查阅相关的文献资料。其次，要精心讲授实验相关知识。讲授时间不宜太长，控制在15～20分钟，主要让学生更好地明白实验的目的，与本实验的相关原理及理论，如何分析实验结果等。教师在实验过程中起到引导的作用。再者，学生实验过程一般5～7人一组，控制每次学生的人数。实验过程中鼓励学生分析问题、解决问题。最后，在撰写实验报告时，除要求学生按常规的方式撰写实验目的、实验步骤、数据记录及处理以及获得相应结论，还应强调让学生分析实验，记录实验中的心得体会等。

二、开放型实验教学改革及措施

开放型实验教学主要包含实验时间、实验内容和实验主体的开放。实验教学可以是单维度的开放，如对于一些验证性的实验，一般规定每个学生在十几分钟完成实验内容，此时，可以从时间维度上对学生开放，即通过开放学生的实验时间，学生可以想做多长时间就做多长时间。但这个时间来自于在实验室设定的时间段（比如平时课程之余、节假日、周末等），学生可以反复进行实验练习。另外实验教学也可以是二维的。比如实验时间和实验内容可以开放，而实验主体不开放，即学生必须参加并完成实验，学生可以自行设计题目，也可以是老师提供的实验内容，在开放的实验时间内反复进行实验，得到实验结果。还有一种实验教学是三维开放，即实验时间、实验内容及实验主体都是开放的。如氩弧焊工艺参数及对焊缝成形的影响这个实验。学生可以自己拟定题目，选择实验母材、实验工艺参数等，也可以是老师指定的实验材料和实验工艺参数。实验时间可以自己选择，不限制学生的时间，由学生联系实验室工作人员，预约实验，进行相关的实验内容学习以及后续的实验完成实验报告。另外，此种实验不但焊接专业的同学可以参加，焊接外其他专业也可以参加，实现了教学资源的共享以及技术、场地、设备的综合利用。然而需注意，实验教师或实验工作人员在整个开放过程中应准备好实验材料、实验指导书以及实验设备的调试等。

三、设计研究型实验教学改革及措施

当学生学习《焊接冶金学》课程接近尾声的时候，对基础课的学习与掌握达到一定程度，可以开始进行设计研究型实验，如焊条配置及其工艺性能实验。学生根据所学的焊接材料知识，以及焊条工艺性能要求，结合长三角焊条生产厂商产品研发需求，根据企业产品研发目标，拟定焊条配方，学生自主测试焊条的工艺性能及各类焊接缺陷，分析焊条成分与焊条工艺性能之间的关系，最后配置出企业需求的焊条成分。因此，学生需要自己设计试验，提出自己的创新思想并付诸于实验过程中，发扬学生的创新精神，训练学生的操作技能，使工艺和焊接操作技能相互促进，提高学生的焊接工艺能力。最后把实验总结成实验论文。此类实验中学生的积极性都较高。然而，此类实验对教师的要求较高，一方面需进行精心的前期准备，同时，为了协同学生完成实验论文，会占用教师较多的时间，从而增加了实验老师的工作强度。