陳 龍，朱玉斌，孫曉凱

（江蘇師范大學，江蘇 徐州 221116）

0 引言

2020年，新冠疫情席卷全國，這場可以稱之為“災難”的疫情直到今日，仍然刻骨銘心。為了全國人民的健康安全，教育部要求全國高校推遲開學?！蛾P于中小學延期開學期間“停課不停學”有關工作安排的通知》被印發(fā)出來后，引起了社會的熱烈反響，同時在教育行業(yè)中引發(fā)了熱烈討論?！锻ㄖ穼τ谥行W延期開學期間“停課不停學”有關工作進行了全面而且細致的部署，并提出全覆蓋的工作措施和具體要求。停課不停學，算是去年高校老師口中的高頻詞匯了，而且在疫情常態(tài)化管理后，“停課不停學”應該算是應對這一情況的有效方法。在疫情這個特殊時間節(jié)點，停課不停學，意味著對于高校教師在教學條件發(fā)生變化的前提下，利用現(xiàn)實中科技有利條件，去完成任務，這無疑對高校教師要求更加嚴格?！巴Ｕn不停學”的政策其首要完成的任務就是必須要保證教學任務不會減少，其次的任務就是還要保證教學質(zhì)量不能因為教學方式的改變而不降。教學任務不減是指，與以往一樣，在規(guī)定的學期內(nèi)要完成與之前一樣的教學任務。而質(zhì)量不降，則是必須通過更好的辦法，利用更為先進的現(xiàn)代技術教育手段，促進學生學習積極性，將知識點融會貫通，讓他們更好地理解并接受知識，不是敷衍地機械地進行教學步驟。經(jīng)過全國人民，尤其是醫(yī)護人員的努力，我國人民的生產(chǎn)和生活已經(jīng)基本恢復正常，大中小學秋季學期全面復課。但是由于疫情的復雜性和國外輸入性病例的影響，散發(fā)病例時有發(fā)生，疫苗大面積接種尚需時日。疫情常態(tài)化背景下如何開展實踐型課程的教學，是新時期需要探索的問題。

1 焊接實訓課程教學改革的必要性

焊接實訓課程是全國各高校機械工程等專業(yè)的必修課程，也是相關專業(yè)，如電氣工程、軌道交通等專業(yè)重要選修課之一，因此，焊接實訓課程是相當重要的。與機械工程學科的其他基礎課程不同的是，焊接實訓課程是一門實踐型課程，必須讓學生去感受，從實踐中去總結(jié)經(jīng)驗，從經(jīng)驗中去驗證客觀規(guī)律。傳統(tǒng)的“填鴨式”式的課堂教學沒有辦法有效地激發(fā)學生對于機械課程的學習興趣，長此以往，很大程度上也影響了學生對機械專業(yè)課程基礎知識的掌握[1]。因此，該類課程的教學需考慮其特殊性，教學方式不能局限于傳統(tǒng)課堂，實驗、實習等實踐型教學方法對于花卉學課程的學習至關重要。

但是在疫情常態(tài)化情況下，如何開展這一類課程的教學，實現(xiàn)高效的教學互動是必須解決的問題。同時，“中國制造2025”對高等院校培養(yǎng)高端技術復合型人才提出更高的要求，但是，在目前條件下，尤其學校場地、疫情及其他方面的影響，確實在培養(yǎng)人才方面也受到了很大的制約。在焊接實訓課程中引入虛擬仿真技術，使平臺的設計實現(xiàn)更自然的人機交互，能使學生更好地理解機械生產(chǎn)全過程，提高學生在整體上把握新產(chǎn)品的加工過程的能力。

2 基于虛擬仿真的焊接實訓教學優(yōu)勢

2.1 克服焊接路徑選擇教學難點

焊接工藝在當代機械加工中應用十分廣泛，因此焊接技術是當代工業(yè)生產(chǎn)最基本的加工制造技術之一，不僅如此，其重要性也再不斷地提高。在實際生產(chǎn)中，具有多年經(jīng)驗的焊接工人在焊接加工時，焊接路徑選擇是相當講究的，如何用相當短的焊接加工路徑，如何花費最少的焊接加工時間，并且可以獲得比別人還要好的整體焊接加工效果。而在實訓教學過程中，學生則對焊接路徑的選擇總是存有疑問的，自己認為自己設計的焊接路徑可以出色地完成加工任務，但是很多時候是沒有考慮到時間成本與焊后效果。學生的焊接路徑的選擇五花八門，其焊接結(jié)果也是不盡相同的。而利用虛擬仿真的焊接實訓后，學生可以利用虛擬仿真技術將其設計的焊接路線模擬出來，這樣就可以大致的模擬出焊接后的最終效果，如曲翹變形等，從而節(jié)省教學成本，更是以最小的代價去使得學生獲得最大的生產(chǎn)經(jīng)驗，有利于后續(xù)多重多道焊的教學展開。

2.2 加深學生焊接的感性認識

基于虛擬仿真焊接實訓教學是利用現(xiàn)代科技，產(chǎn)生更真實的焊接加工環(huán)境，從而強調(diào)學生在整個焊接加工學習過程中的主導地位。如圖1所示，學生能通過鍵盤+鼠標+顯示屏等外在輸入輸出設備與加工系統(tǒng)所營造的焊接加工環(huán)境進行多維度信息交流發(fā)生交互作用。三維虛擬焊接加工環(huán)境使學員沉浸其中，并且產(chǎn)生身臨其境的感覺，可以直觀地感受焊接過程。

圖1 基于虛擬仿真焊接實訓教學基本特征

正所周知，焊接的加工過程是伴隨著高溫或者高壓的，同時會產(chǎn)生強刺激的光線[2]，學生在焊接時，勢必要全副武裝，這樣無法更好地認識焊接的基本概念。而基于虛擬仿真焊接實訓教學則通過虛擬仿真技術帶領學生去認識焊接過程，了解基本概念，比如母材、熱影響區(qū)及余高等。而系統(tǒng)的構(gòu)想特征則體現(xiàn)在學生可以自主地在虛擬環(huán)境中設計焊接路徑，按照其所設想的進行動態(tài)模擬焊接仿真加工，使得學生從虛擬的加工過程，檢驗加工效果，從而鞏固其基礎知識，并根據(jù)模擬出的曲翹變形量及殘余應力，進行路徑修正，加強其加工工藝知識的相關學習。

2.3 保證學生實習安全

焊接過程除了上述所說，伴隨著高溫、高壓等比較危險的特征，同時，焊條塵煙中也是有害的，比如會產(chǎn)生氧化鐵、氧化錳微粒等，如果不做好防護，會影響學生[3]。更重要的是，焊接弧光包括紫外線、紅外線，在無防護的情況下，可能損傷視覺器官，導致電光性眼炎、白內(nèi)障和視網(wǎng)膜灼傷。所以，在進行焊接實訓的過程中，指導教師不斷地強調(diào)焊接的正確操作步驟及合理的安全保證措施。當實施基于虛擬仿真焊接實訓教學時，利用虛擬現(xiàn)實設備，可以先使得學生適應焊接環(huán)境及熟悉焊接基本操作，進而更好的理解焊接過程及其基本概念。當學生經(jīng)過虛擬仿真教學后，再進行實訓教學操作，這樣可以從學生心理上減輕壓力負擔，更好地使學生集中精力在焊接過程中，而不是分散精力在焊接工具及焊接環(huán)境上。

3 加強基于虛擬仿真焊接實訓教學的措施

3.1 加大投入虛擬仿真建設

高校必須持續(xù)加大對虛擬仿真設備的投入，而且設備還需緊跟時代技術進步。同時，不同實訓課程有著不同的特點，所以高校要有針對性的購買側(cè)重點不同的虛擬仿真設備。比如焊接實訓課程，必須緊跟市場特點及用人單位的要求，補充VR等能讓學生可以真切體會的虛擬現(xiàn)實設備。而如果是數(shù)控加工實訓課程，則需要補充虛擬仿真加工系統(tǒng)，讓學生能夠自主進行編程等相關操作并進行模擬加工，從而進行自檢程序。

3.2 針對虛擬仿真設備重塑教學計劃

在機械專業(yè)基礎課程中，所制定的教學計劃，必須堅持“學生為主體，教師為主導”的原則，那么在實踐課程，一樣也要堅持原則，而且由于兩者的差別，針對實踐課程，不能生搬硬套，必須重塑教學計?；玖鞒淌鞘煜どa(chǎn)環(huán)境—任務設置—仿真虛擬實訓—真實實訓—總結(jié)反饋[4]，而且每一個步驟都必須以學生為中心，尤其在任務設置階段及仿真實訓階段，必須將焊接的種類、工藝參數(shù)等基礎概念完整地展示給學生，讓其感性認識焊接過程。

4 教學實施案例

對于焊接實習，最基本的就是先讓學生熟悉手工電弧焊。通過手工電弧焊，可以幫助學生更好的理解焊接過程中的概念，比如熱影響區(qū)、母材及焊接參數(shù)等基本概念。所以，在進行焊接實習時，首先通過焊接模擬軟件，根據(jù)焊接工藝向?qū)В╓elding Advisor）設置各項工藝參數(shù)，如焊接電流、焊接電壓及焊接速度等。

當完成工藝參數(shù)設置后，系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)進行焊接模擬，并可以重現(xiàn)整個焊接過程，如圖2所示。通過這個圖片，學生對焊接過程的溫度場變化等會有了更加直觀的認識，也有利于后續(xù)焊接實踐操作的教學。

圖2 焊接過程的實時溫度場變化

5 結(jié)束語

突如其來的疫情確實打亂了學生的學習節(jié)奏，尤其對于實踐操作課程。為了達到原有的教學效果，必須更新教學理念、更新教學設備及更新教學方法才能創(chuàng)造性地完成教學任務。通過合理利用虛擬仿真設備，做好實踐課程的“虛實結(jié)合”，以及根據(jù)實際情況制定合理的教學計劃，才能最小化疫情對實訓教學的影響，進一步提高實踐課程教學效果。