马天凤 冯振 李泽 杨平

1 河南工学院材料科学与工程学院 河南新乡 453003 2 河南师范大学化学化工学院 河南新乡 453007 3 延津县科工局 河南新乡 453200

0 引言

开展新工科建设是教育部深入学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神，打好提升质量、创新人才培养机制的重要举措。新工科以新技术、新产业、新业态和新模式进行建设，培养新兴领域工程科技人才，探索建立新工科建设的新理念、新模式、新方法，实现从学科导向转向产业需求导向、从专业分割转向跨界交叉融合、从适应服务转向支撑引领。金属连接方法是焊接机器人专业的核心专业课程，专业特点是智能制造和焊接技术的深度融合，培养具备行业竞争力的高素质复合型新工科人才。课程的目标是培养学生具备较强的实践能力和创新能力，强化智能制造技术在金属连接方法中的应用，实现产业需求导向[1]。

根据教育部《高等学校课程思政建设指导纲要》要求，课程思政建设是落实立德树人的根本任务，是全面提高人才培养质量的重要任务，发挥好课程的育人作用，提高人才培养质量，科学设计课程思政教学体系，是课程建设的重点。课程分模块化处理，分为电弧焊基础、熔焊方法、智能焊接技术、先进连接技术四个模块，根据模块内容融入思政案例进行教学，在学习焊接案例的同时掌握了专业知识，培养学生具备创新精神和工匠精神，激发学生的爱国情怀，树立科技强国的远大理想。课程进行新工科建设实施和分模块融入思政案例，通过学生的过程性考核反思教学效果，实时对教学环节进行优化。

1 课程建设理念

课程建设立足学生全方位发展的社会需求，既要满足专业知识需求，还要符合思政育人要求，通过相应的课程环节设置，形成课程建设与毕业需求如图1 所示。

图1 课程建设与毕业需求

1.1 智能连接技术

智能化是自动化制造的发展方向，在制造过程的各个环节几乎都广泛应用人工智能技术，金属连接领域也不例外，课程环节紧密结合智能焊接技术进行。在焊接技术讲解中突出智能焊接的重要性，将人工智能和焊接技术深度融合，是课程的建设重点。通过对焊接机器人的操作，使学生认识到智能制造带给人类社会的便利，并且根据不同的生产场景，编制相应的程序用于焊接制造，利用智能焊接技术可以大大减轻焊接操作者的劳动强度，改善焊接操作环境。

1.2 理实一体化教学

改变传统课堂教学模式，在焊接实训中心授课，通过讲练结合的方式加强学生对课程内容的掌握。课程内容涉及各种焊接方法操作、焊后检测等环节，对应各个环节进行理实一体化教学[2]。在焊接操作环节，通过对不同方法的焊接设备操作，掌握焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊接操作手法等对焊接质量的影响，进而掌握不同的焊接方法特点及应用范围。焊后质量检测反映了影响焊接质量的因素，通过焊后质量检测调整焊接工艺，从而掌握各个焊接工艺对焊缝成形的影响规律，达到掌握课程内容的学习目的。

1.3 仿真模拟训练

通过在线课程上传相应的焊接操作视频，学生在进行仿真焊接模拟之前先了解焊接工艺及操作技巧。学生利用仿真软件进行模拟操作，在不需要真实焊机的情况下，将焊接演练过程中焊枪的位置、焊接速度、焊接角度等工艺信息进行采集处理，并实时生成虚拟焊缝。在焊接仿真模拟过程中，可以看到焊接电弧、液态熔池的形成过程，这些是在真实的焊接操作过程中无法观察到的。通过焊接仿真模拟还可以节省焊接材料、避免真实焊接带来的环境污染，且很好地实现了掌握焊接工艺的目的。

1.4 课程思政育人

根据相应的教学内容适时融入思政育人案例，使学生认识到焊接在人类生产和生活中具有至关重要的作用。小到电子元器件的连接，大到“神舟”飞天、“北斗”组网、“嫦娥”落月，焊接都是关键核心技术。在各种工业制造中，都涌现出许多焊接领域的先进模范，通过学习他们在焊接领域的成就，学习他们的工匠精神和爱国情怀，正是源于对祖国的热爱，才使他们在自己的工作岗位上作出惊人的贡献。讲解具体的熔焊方法时，融入这些先进模范的事迹，将工匠精神和专业知识有机结合，潜移默化地感化学生。

2 新工科建设课程的实施

根据新工科建设和工程专业认证要求，对专业培养要求进行指标点分解，金属连接方法课程作为专业核心课程，教学目标对专业毕业要求的支撑如表1 所示。

表1 金属连接方法课程对专业毕业要求的支撑关系

根据以上对应要求，课程建设从实践能力、创新能力、智能制造能力等方面进行培养提升。

2.1 实践能力培养[3]

应用型本科注重理论和实践的有机结合，教学过程中强化理实一体化的授课方式。每个实验室配备授课黑板、活动白板和桌椅等教学辅具，将理论课堂搬到实训中心，通过边讲边练的方式进行。比如讲解TIG 焊方法，对照直流正接、直流反接、交流焊接等几种焊接模式，讲解理论的同时还可以与实际的焊接效果对比，这样学生就能够直观地理解并掌握TIG 焊工艺特点。焊完的试板可以直接在检测实验室通过力学性能检测、无损检测等实验进行对比，从而掌握影响焊缝质量的各个工艺因素。

2.2 创新能力训练

课程新工科建设旨在培养学生的创新能力，在不消耗原材料和保护环境的前提下，通过焊接仿真模拟将可能的工艺方案展示出来，同样达到了很好的学习效果。例如，对于给定的板厚和材料牌号，制定简单的焊接工艺，首先，根据所学的理论知识制定可行性焊接工艺，每个学生独立完成，固定的材料和板厚肯定有多种不同的工艺；其次，按照拟定的焊接工艺进行仿真模拟焊接，通过焊后变形情况、焊后检测技术判断工艺是否合理，将每位学生的结果进行对比，找出最佳的焊接工艺；最后，通过理论知识对仿真结果进行分析总结，实现理论—实践—理论的有机结合，同时，提高学生的专业创新能力。

2.3 智能制造能力提升

制造业的发展趋势是智能化，减轻劳动强度同时实现批量生产，作为制造业的支柱连接技术——焊接，也要满足智能自动化程度高的制造业发展。通过河南工学院实训中心的焊接机器人操作，可以提高学生运用智能机器人进行材料加工制造的能力。例如，对于型钢、圆筒、封头、管道、管—板焊等不同结构的焊接，可以通过焊接机器人编程，控制焊枪的位置走向、角度等完成各种位置和形状的焊接，实现高度自动化焊接的同时保证焊接质量。对于复杂形状部件和特殊位置的焊接，仅靠人工焊接难度非常大，且焊接质量难以保证，通过焊接机器人的编程可以很好地完成焊接操作。将不同形状和结构的工件焊接任务分组发给学生，学生进行编程并小组试焊，将焊接过程中遇到的问题进行反馈，并且不断调试编程，最终得到正确的工艺，完成学习任务。

3 分模块融入思政案例

3.1 电弧焊基础

焊接电弧的物理基础知识部分理论性较强，对于学懂悟透存在难度，如果只是讲解理论知识，则会枯燥乏味。所以，该部分知识从焊接电弧的发展历史入手，对电弧的发展阶段和背景进行学习，激发学生的学习兴趣。

我国古代拥有成熟的铸焊、钎焊和锻焊技术。商朝时期制造的铁刃铜钺，其表面铜与铁蜿蜒曲折的熔合线展现出良好的铸焊工艺；战国时期的刀剑，刀刃为钢，刀背为熟铁，经过加热锻焊而成；明朝宋应星所著《天工开物》记载：将铜和铁一起入炉加热，经锻打制造刀、斧；通过对我国古代焊接技术的学习，增强文化自信。19 世纪之后，相继出现了氧乙炔焰和电弧，从开始的简单热源到各种电极弧焊热源、从最初的手工操作到现代的自动化焊接，发展的过程中无不体现出创新给社会带来的进步。从电弧的发展历史引入创新理念，正是源源不断的创新，才促使人类文明进步。焊接专业的学生要做好工艺创新、技术创新，不仅要学习焊接电弧的发展历史，更要学习科学家对待科学的求实创新精神[4]。

3.2 熔焊方法[5]

熔焊包括焊条电弧焊、埋弧焊、二氧化碳气体保护焊、TIG 焊、等离子弧焊等焊接方法，在熔焊领域涌现了许多领袖人物值得学习，例如，焊接火箭心脏发动机的高凤林老师、单手焊接坦克装甲的卢仁峰老师、一身绝技的焊接行业领军人艾爱国老师、高铁焊接大师李万君老师、焊接高难度LNG 船0.7 mm 厚殷瓦钢的张冬伟技师、焊接核电站主管道的未晓鹏技师等。例如，观看《大国工匠》未晓鹏的视频时，核电站高压管道在阴雨天焊接时遇到了气孔问题，在这里暂停下来，与学生互动，思考为什么阴雨天焊接会出现气孔？对产品有什么危害？应该如何预防？结合之前所学的知识引导学生分析和解决实际问题，可以达到很好的专业育人效果。再比如，视频中大管径的容器焊接，需要两个人合作完成，两位技师的配合是焊接成功的关键，视频中提到了我国古代文化中“大匠运斤”的例子，强调团队合作的重要性，通过“大匠运斤”的道理，实现文化自信，达到思政育人的目的。

3.3 智能焊接技术

将普通焊接和智能机器人焊接视频对比，增强学生学习和发展智能焊接技术的热情。普通焊接操作劳动强度大，生产效率低，工作条件恶劣，例如压力容器筒体的焊接，利用传统的焊接操作，需要人工完成，遇到夏天天气炎热，在筒体内部密闭空间施焊的情况，人工操作就更加困难了，不到三十分钟，技工焊完出来浑身湿透，严重缺水，甚至在焊接过程中有可能遇到各种危险。采用智能机器人焊接操作以后，按照给定的焊接位置、施焊角度、施焊回路等进行编程设置，自动完成整个过程的焊接。两种不同的焊接操作视频带给学生的对比是很明显的，可以激发学生对智能焊接技术的学习兴趣，达到良好的学习效果。

3.4 先进连接技术

通过《一带一路乌克兰—探访巴顿焊接研究所》视频学习，了解世界顶尖焊接技术。中乌巴顿焊接研究院的组建标志着中乌科技合作进入了一个新的起点，具有国际一流水平的核心技术平台包括现代焊接装备与工艺、先进表面技术、先进焊接材料、激光与高能束技术、人体组织焊接技术、焊接过程模拟及智能控制基础等。视频学习带领学生走向世界，同时，学生也是世界的创造者，视频学习有助于学生正确把握焊接发展方向，通过专业课程的学习，掌握先进连接技术。

4 教学反馈

4.1 过程性考核

通过在线课程提前发放学习任务和操作练习，根据学习进度掌握每位学生的学习情况，对于存在拖沓懈怠的学生给予关怀，学习能力强的学生给予鼓励；课程采用理实一体化教学，授课过程中，学生进行了分组操作，在过程中的表现反映了知识的掌握程度，针对学生难以理解和操作的部分进行优化改进，不断提高教学效果；课后布置章节内容相关的知识加以巩固，通过答题情况掌握学生动态。

4.2 对标OBE 理念[6]

对照OBE 成果导向教育理念，学生取得的学习成果以及如何取得的，是检验教学效果的重要标准。通过理实一体化教学提高学生的实践操作能力，通过焊接机器人操作训练达到焊接编程智能制造能力、结合焊接仿真模拟达到了制定焊接工艺的创新能力，通过思政案例的融入增强学生的爱国情怀、提高志愿服务的频次。课程从以教师讲解为中心向以学生学习为中心转变，课程中以学生学习训练为主设置课程环节，学生进行分组式合作训练，通过团队合作、协同学习等方式进行，在这个过程中，学习能力强的学生带动学习能力弱的学生共同进步，共同提升。

4.3 学生志愿服务

通过班级学生参加校内外志愿服务的情况，掌握思政育人在课程中的作用。与课程思政建设之前相比，本届学生的志愿服务频次明显增加，学生参与共享单车有序摆放服务、养老院献爱心活动、上下班高峰时期道路指挥交通、社区庭院打扫等志愿服务，用实际行动践行社会主义核心价值观，彰显课程思政育人在教学中的重要性。