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        科教融合式航空航天類激光焊接實(shí)驗(yàn)課程探究與實(shí)踐

        2022-12-27 04:03:22王磊磊占小紅陶海軍李斌斌
        科教導(dǎo)刊 2022年31期
        關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合實(shí)驗(yàn)

        王磊磊,占小紅,陶海軍,李斌斌

        (南京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 江蘇 南京 211106)

        1 科教融合的內(nèi)涵與發(fā)展趨勢(shì)

        教學(xué)與科研這兩要素從緊密到松散的聯(lián)系構(gòu)成了一個(gè)連續(xù)譜系,如何整合教學(xué)與科研兩種活動(dòng)在高校系統(tǒng)中是一個(gè)問題。教學(xué)與科研的松散耦合是在保持教學(xué)和科研各自特殊性的同時(shí),努力實(shí)現(xiàn)立德樹人的共同目標(biāo)[1-2]。

        科教融合培養(yǎng)本科生,最基本的要求就是把最新的科研理念、方法、技術(shù)和成果融入本科生的課程體系和實(shí)踐教學(xué)中,為本科生提供真實(shí)的科研任務(wù)、科研環(huán)境和科研條件,使本科生能夠在創(chuàng)新實(shí)踐中培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和提升創(chuàng)新能力[3-4]。面對(duì)工程問題建設(shè)課程體系和實(shí)踐體系,強(qiáng)化本科生的技能培養(yǎng)。目前的研究現(xiàn)狀表明,科教融合式本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)滿足國家對(duì)創(chuàng)新性、復(fù)合型人才的培養(yǎng)需求。

        科教融合是世界本科教育變革的共同趨勢(shì),科教融合解決工程問題是科研育人的目標(biāo),科教融合式本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的戰(zhàn)略選擇[5-8]。研究型大學(xué)中教學(xué)科研并重的老師比重較高,很多教師同時(shí)承擔(dān)軍工集團(tuán)科研項(xiàng)目,科研實(shí)驗(yàn)室中的先進(jìn)設(shè)備并非常年使用,這使得科教融合在設(shè)備、時(shí)間和人員等維度都具有可行性。然而依托軍工集團(tuán)科研項(xiàng)目反哺本科實(shí)驗(yàn)教學(xué),在實(shí)踐中并不常見,可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)較少。

        2 科教融合式焊接實(shí)驗(yàn)課程的必要性

        以航空航天結(jié)構(gòu)激光焊接為例,當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)課程具有一定的局限性,主要表現(xiàn)在以下兩方面:

        ①傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程對(duì)工程問題的關(guān)注不足。以空間曲面結(jié)構(gòu)激光焊接為例,空間曲面薄壁結(jié)構(gòu)的焊縫路徑與位置復(fù)雜,此外,由于上一道工序加工精度的不足,對(duì)接結(jié)構(gòu)通常會(huì)出現(xiàn)兩側(cè)不等高、間隙不均勻等問題,導(dǎo)致激光焊接過程不穩(wěn)定,傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程難以關(guān)注到這樣的工程問題。

        ②傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程重視單一實(shí)驗(yàn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)體系關(guān)注不足。以航空大型結(jié)構(gòu)激光焊接為例,整個(gè)工藝過程涵蓋打磨、清洗、預(yù)熱、激光焊接、焊后熱處理、矯形等系列工序,不同的焊前狀態(tài)均會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響,傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程重視激光焊接工序而對(duì)其他工序關(guān)注不足。

        因此,開展科教融合式航空航天類激光焊接實(shí)驗(yàn)課程探究與實(shí)踐,形成科教融合式激光焊接實(shí)驗(yàn)課程新模式,改善本科基礎(chǔ)試驗(yàn)課程條件,提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力和思考能力,培養(yǎng)兼具創(chuàng)新性和技術(shù)性的激光焊接類復(fù)合型人才,是一項(xiàng)迫切的任務(wù)。

        3 科教融合式焊接實(shí)驗(yàn)課程改革思路與方向

        秉承“科教融合,學(xué)以致用”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念,遴選能夠與“材料開放實(shí)驗(yàn)”和“熔化焊工藝實(shí)驗(yàn)”有效融合的航空航天軍工集團(tuán)前沿科研項(xiàng)目,結(jié)合現(xiàn)有的教學(xué)大綱和學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)制訂科教融合式激光焊接實(shí)驗(yàn)教學(xué)的初步方案。

        3.1 課程改革的思路

        ①前沿的科研活動(dòng)為教學(xué)服務(wù)。“教學(xué)”是大學(xué)的本質(zhì)屬性與基礎(chǔ)功能,“科研”與“社會(huì)服務(wù)”作為大學(xué)現(xiàn)代性的基本體現(xiàn),大學(xué)組織中的科研必須以教學(xué)為基礎(chǔ)而存在,才能更完整地實(shí)現(xiàn)組織功能[9]。

        ②科教融合培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)處于知識(shí)和領(lǐng)會(huì)層面,若將科教融合理念引入本科實(shí)驗(yàn)課程,必將提升到運(yùn)用、分析、綜合、評(píng)價(jià)等深層學(xué)習(xí)層面,將有利于培養(yǎng)學(xué)生的批判能力和創(chuàng)新能力等高階思維,這種模式還為畢業(yè)生提供了獨(dú)特的團(tuán)隊(duì)合作能力[10-11]。

        3.2 課程改革的方向

        ①課程前沿化。依托前沿科研項(xiàng)目,實(shí)驗(yàn)的材料(鋁鋰合金、碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料)、結(jié)構(gòu)(輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)、仿生結(jié)構(gòu))、工藝(激光焊接)均處在國際前沿水平,全面提升學(xué)生的理論和技能水平。

        ②課程系統(tǒng)化。依托航空航天軍工集團(tuán)前沿科研項(xiàng)目和項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的科研實(shí)驗(yàn)室,開展涵蓋打磨、預(yù)熱、激光焊接、焊后熱處理、矯形等系列工序的激光焊接試驗(yàn)課程,形成以工程問題為導(dǎo)向的系列化理論和試驗(yàn)教學(xué)模式。

        4 科教融合式焊接實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)內(nèi)容

        4.1 科教融合式焊接實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的制訂

        依托本團(tuán)隊(duì)長期合作的中國航天科技集團(tuán)有限公司和中國航空工業(yè)集團(tuán)有限公司,利用項(xiàng)目出差、學(xué)生答辯、學(xué)術(shù)會(huì)議等契機(jī)與其工藝工程師開展面談,了解現(xiàn)有航空航天主機(jī)廠對(duì)學(xué)生的技能需求,分析學(xué)生實(shí)際能力之間的差距,明確學(xué)生的技能薄弱環(huán)節(jié)。把本團(tuán)隊(duì)現(xiàn)有軍工集團(tuán)科研項(xiàng)目內(nèi)容與《材料開放實(shí)驗(yàn)》和《熔化焊工藝實(shí)驗(yàn)》教學(xué)大綱進(jìn)行對(duì)比并發(fā)掘切入點(diǎn),形成科教融合式激光焊接實(shí)驗(yàn)教學(xué)初步方案如圖1所示。

        圖1 總體思路

        4.2 科教融合式焊接實(shí)驗(yàn)課程效果評(píng)估

        在“材料開放實(shí)驗(yàn)”和“熔化焊工藝實(shí)驗(yàn)”課程開展科教融合式課程教學(xué)。讓每個(gè)學(xué)生牽頭完成一次激光焊接試驗(yàn)并且保存試驗(yàn)樣件,邀請(qǐng)軍工集團(tuán)工藝工程師和資深實(shí)驗(yàn)教師,對(duì)焊接樣品開展包含成形形貌、表面缺陷等要素的歸一化評(píng)估,讓學(xué)生對(duì)自身的技能進(jìn)行自我評(píng)價(jià),最終形成基于內(nèi)部和外部兩個(gè)維度的科教融合式激光焊接實(shí)驗(yàn)課程效果評(píng)估。

        4.3 科教融合式焊接實(shí)驗(yàn)課程實(shí)施步驟

        科教融合式焊接實(shí)驗(yàn)課程實(shí)施步驟見表1。

        表1 科教融合式焊接實(shí)驗(yàn)課程實(shí)施步驟

        5 結(jié)論

        面對(duì)當(dāng)前航空航天主機(jī)廠對(duì)本科生技能和實(shí)踐水平越來越高的需求,針對(duì)軍工集團(tuán)科研項(xiàng)目的教學(xué)屬性尚未充分開發(fā)的問題,通過調(diào)研和訪談摸清航空航天主機(jī)廠對(duì)學(xué)生的技能需求,遴選能夠與當(dāng)前實(shí)驗(yàn)課程有效融合的軍工集團(tuán)科研項(xiàng)目,秉承“科教融合,學(xué)以致用”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念,結(jié)合現(xiàn)有的教學(xué)大綱和學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ),制訂科教融合式焊接實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革方案。

        ①解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程對(duì)工程問題和實(shí)驗(yàn)體系關(guān)注不足的問題,課程前沿化和系統(tǒng)化等特色鮮明。

        ②科研項(xiàng)目教學(xué)屬性被發(fā)掘,學(xué)生的工程實(shí)踐能力得到提升,巧妙整合現(xiàn)有的科研和教學(xué)資源,培養(yǎng)兼具合作性、創(chuàng)新性和技術(shù)性的航空航天類焊接方向復(fù)合型人才。

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