方清明，王新

（武警海警學(xué)院機(jī)電管理系，浙江 寧波 315801）

1 前言

船用鋼料加工是船舶建造的重要環(huán)節(jié)之一，其質(zhì)量的好壞直接影響隨后的焊接質(zhì)量和裝配的工藝性。同時，也是艦員維修技能的重要組成部分。在船舶運(yùn)行過程中，鋼料零件的加工、修復(fù)和更換是保證船體結(jié)構(gòu)完整性和安全性的基本保障。船用鋼料加工課程是很多船舶類院校的重要課程之一。該課程的核心內(nèi)容是把鋼材加工成船體構(gòu)件所需形狀的工藝方法和設(shè)備。課程具有工藝方法靈活，同一類型的構(gòu)件可以選用多種工藝方法和設(shè)備進(jìn)行加工，并且實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。僅僅通過課堂教學(xué)，會使學(xué)生感到枯燥乏味，工藝方法和設(shè)備操作方法難以理解，學(xué)習(xí)的積極性下降，從而使得教學(xué)效果不佳。

此外，由于船體構(gòu)件龐大，船用鋼料加工設(shè)備復(fù)雜且體積巨大，高校無法像建設(shè)普通機(jī)械加工實(shí)驗(yàn)室一樣建設(shè)和造船廠一樣的鋼料加工實(shí)驗(yàn)室，為了滿足教學(xué)需求，很多高校通過校企合作的方式或者虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程，但是目前這些方法都存在各自的缺點(diǎn)，校企合作由于船舶建造周期長，時間上很難和實(shí)驗(yàn)課程相協(xié)調(diào)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)際鋼料加工過程還存在較大差距。

針對以上問題，本文提出了以項(xiàng)目為導(dǎo)向的船用鋼料加工實(shí)驗(yàn)課程改革方案，通過選取具有典型代表的船體部件，并按比例進(jìn)行縮小，選取小型的加工設(shè)備，設(shè)計加工路線，學(xué)生按照設(shè)計加工路線，完成項(xiàng)目所需部件的加工。本文以舭部為例，設(shè)計舭部各個構(gòu)件的工藝路線，選取對應(yīng)加工設(shè)備，完成各個構(gòu)件的加工，整個過程要體現(xiàn)不同類型構(gòu)件的鋼料加工工藝過程，覆蓋所需各類型加工設(shè)備。

2 相關(guān)理論和實(shí)踐

2.1 項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)法概述

項(xiàng)目教學(xué)法（PBL）是一種以解決實(shí)際問題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)方式，它將理論知識與實(shí)踐技能相結(jié)合，讓學(xué)生在真實(shí)的情境中進(jìn)行自主探究和學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識、創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)合作能力，使學(xué)生能夠更好地適應(yīng)未來的職業(yè)發(fā)展。

PBL 教學(xué)模式的核心是項(xiàng)目。項(xiàng)目是一個具體的任務(wù)或問題，它能夠引起學(xué)生的興趣和關(guān)注，并激發(fā)他們的思考和創(chuàng)造力。在PBL教學(xué)中，學(xué)生需要通過獨(dú)立思考、信息收集、數(shù)據(jù)分析、解決方案設(shè)計等環(huán)節(jié)，完成項(xiàng)目的各個階段，最終呈現(xiàn)出一個完整的成果。

PBL 教學(xué)法強(qiáng)調(diào)學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中的自主性和合作性，學(xué)生需要積極參與到項(xiàng)目的各個環(huán)節(jié)中，負(fù)責(zé)自己的學(xué)習(xí)和工作，并與其他同學(xué)共同協(xié)作完成項(xiàng)目。這樣的學(xué)習(xí)方式可以促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)和主動性，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和信心，同時也可以提高學(xué)生的社會交往能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

在實(shí)踐中，PBL 教學(xué)法可以適用于各種學(xué)科領(lǐng)域和教育階段，包括基礎(chǔ)教育、高等教育和職業(yè)教育等。在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中，采用PBL 教學(xué)法可以使學(xué)生更好地掌握實(shí)踐技能和解決問題的能力，從而提高教學(xué)效果和學(xué)生的綜合素質(zhì)。

2.2 船用鋼料加工相關(guān)知識和技術(shù)

船舶建造是一個復(fù)雜的過程，涉及許多不同的領(lǐng)域和技術(shù)。其中，船用鋼料加工是船舶建造的重要環(huán)節(jié)之一，其質(zhì)量直接影響船舶的性能和安全。

船舶板材通常具有較大的厚度和尺寸，因此，需要使用大型化的加工設(shè)備對其進(jìn)行預(yù)處理、邊緣加工和成形加工。預(yù)處理通常包括將鋼板和型材進(jìn)行矯正、表面清理和防腐處理等工序，以確保加工后的構(gòu)件具有良好的質(zhì)量。為了提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量穩(wěn)定性，現(xiàn)代船塢中采用自動流水線來實(shí)現(xiàn)鋼材預(yù)處理的自動化作業(yè)。這些流水線通常由矯正、除銹、噴漆、烘干等工序組成，通過連續(xù)的工藝流程完成鋼材的預(yù)處理。其中矯平機(jī)和拋丸機(jī)是預(yù)處理中最重要的兩種設(shè)備。

邊緣加工是將經(jīng)過號料的零件從鋼板上切割分離和焊接坡口的加工。機(jī)械切割、化學(xué)切割和物理切割是常用的邊緣加工方式。機(jī)械切割的常用設(shè)備包括龍門剪刀、壓力剪切機(jī)和刨邊機(jī)等，可以用于對鋼板進(jìn)行橫向、縱向切割和坡口成形等加工；化學(xué)切割主要采用氣割技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高精度的切割和坡口成形；而物理切割主要包括等離子切割、水切割和激光切割等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)各種形狀的切割和坡口成形。

船舶的成形加工通常涉及肋骨冷彎機(jī)、三輥彎板機(jī)和數(shù)控三位彎板機(jī)等設(shè)備。這些設(shè)備的作用是將經(jīng)過邊緣加工的構(gòu)件進(jìn)行彎曲或壓制成所需的形狀和角度。大型龍門剪床的高度可達(dá)5m，由于船用鋼板的厚度通常很厚，在90 ～110mm，一些關(guān)鍵部位的鋼板厚度甚至達(dá)到200 ～300mm。因此，需要高度精密的加工設(shè)備來完成復(fù)雜的成形加工。

總之，船舶建造是一個高度復(fù)雜和多樣化的過程，需要涉及許多不同的領(lǐng)域和技術(shù)。在船用鋼料加工中，預(yù)處理、邊緣加工和成形加工是非常重要的環(huán)節(jié)，它們直接決定了船舶構(gòu)件和整體性能的質(zhì)量和穩(wěn)定性。因此，需要使用高度精密和大型化的加工設(shè)備來滿足船舶建造的需求。

2.3 實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題

由于船體構(gòu)件普遍比較龐大，相應(yīng)的鋼料加工的設(shè)備也很龐大，這使得學(xué)校難以提供與船廠相同的大型鋼材加工設(shè)備。雖然少數(shù)院校設(shè)置了船舶建造實(shí)驗(yàn)室，但是這種實(shí)驗(yàn)室主要用于加強(qiáng)學(xué)生對船舶結(jié)構(gòu)和船舶各分段裝配過程的理解，缺乏對鋼料加工過程的實(shí)踐操作。

因此，很多學(xué)校通過視頻播放的教學(xué)手段讓學(xué)生了解整個鋼料加工流程，但是這種方法學(xué)生無法身臨其境地感受船體構(gòu)件的加工過程，學(xué)生容易感到枯燥乏味，對鋼料加工設(shè)備的操作方法也無法理解；有些學(xué)校是通過校企合作，帶領(lǐng)學(xué)生參觀船廠的方式進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，但是，由于船舶建造的過程非常復(fù)雜，周期很長，很難與學(xué)校實(shí)踐課程相協(xié)調(diào)，而且，由于考慮到學(xué)生操作不當(dāng)導(dǎo)致的安全問題，一般不允許學(xué)生在工廠參觀過程中實(shí)際操作儀器設(shè)備，因此，學(xué)生無法在參觀教學(xué)中真實(shí)感受船體構(gòu)件加工的過程；還有些學(xué)校是借助三維虛擬仿真軟件進(jìn)行教學(xué)，通過這種方式，學(xué)生只需要操作計算機(jī)就可以完成已經(jīng)設(shè)計好的工藝任務(wù)，不過，這些軟件也主要適用于三維瀏覽船體結(jié)構(gòu)、干涉檢查和船體裝配等過程，對儀器設(shè)備的使用方面很少涉及，而且，這種模擬操作的過程與船廠實(shí)際操作仍然由較大差距。

總之，目前高校船用鋼料加工實(shí)驗(yàn)課程存在設(shè)備龐大、實(shí)踐操作難度大，企校合作模式周期長、存在安全隱患等問題。

3 課程改革設(shè)計與實(shí)施

3.1 以項(xiàng)目為導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計

本文教學(xué)設(shè)計的思路是縮小比例設(shè)計船體結(jié)構(gòu)某個部件，以加工這個部件為導(dǎo)向，使用相關(guān)設(shè)備，讓學(xué)生在實(shí)際加工這個部件的過程中可以直觀體驗(yàn)鋼料加工的方法，還可以直接動手操作儀器設(shè)備，解決只能看不能用的問題。此外，通過這種項(xiàng)目導(dǎo)向式的教學(xué)方法，還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

本文的教學(xué)設(shè)計分為兩個部分：一是挑選出適合實(shí)驗(yàn)室使用的小型加工設(shè)備，比如，等離子切割機(jī)、小型剪板機(jī)等；二是選取適合初學(xué)者加工的船體部件，同時，加工這個部件的過程能完整地表現(xiàn)整個鋼料加工的過程。

本文一共挑選出了七種加工工具和設(shè)備，包括鈑金錘、介子機(jī)、小型剪板機(jī)、等離子切割機(jī)、液壓折彎機(jī)、角鋼彎曲機(jī)和火工矯正炬。其中鈑金錘和介子機(jī)可以對生銹或變形的鋼板進(jìn)行修復(fù)，實(shí)現(xiàn)對鋼材進(jìn)行預(yù)處理；小型剪板機(jī)和等離子切割機(jī)分別從機(jī)械加工和物理加工兩種方式對構(gòu)件進(jìn)行邊緣加工；液壓折彎機(jī)、角鋼彎曲機(jī)和火工矯正炬可以對邊緣加工后的構(gòu)件進(jìn)行成形加工，其中前兩種是用冷加工方法，火工矯正炬則應(yīng)用的是熱彎工藝。通過選取以上的加工設(shè)備，能基本覆蓋船用鋼料加工的整個工藝過程和方法。

選完工具和設(shè)備后，我們重點(diǎn)選取了幾個典型部件，提供給學(xué)生進(jìn)行制作，學(xué)生在制作過程中理解整個鋼料加工的工藝過程。本文選取加工構(gòu)件的原則一是難度適當(dāng)，適合初學(xué)者制作；二是要具有典型代表性，能充分反映出整個鋼料加工工藝過程，并最大化使用所選加工設(shè)備。

我們初步選取了內(nèi)底舭部和主橫艙壁作為加工項(xiàng)目，本文以舭部為例進(jìn)行說明。舭部是指船舷側(cè)板與船底板的彎曲部分，包括舭部外板、舭龍骨和舭肘板。舭部外板呈現(xiàn)出的弧形結(jié)構(gòu)可以通過液壓彎曲機(jī)冷彎成形或者火工矯正炬進(jìn)行熱彎，外板邊緣可以使用剪板機(jī)和等離子切割機(jī)進(jìn)行切割和坡口加工；舭肘板可以使用剪板機(jī)和等離子切割機(jī)進(jìn)行加工；舭龍骨可以體現(xiàn)出型材的加工方法，通過使用等離子切割機(jī)進(jìn)行邊緣加工，使用角鋼彎曲機(jī)和火工矯正炬進(jìn)行成形加工。

3.2 教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)和調(diào)整

船用鋼料加工課程分為理論部分和實(shí)踐部分，理論部分先從宏觀上講解鋼料加工的工藝流程和加工方法，再分別講述鋼材預(yù)處理、邊緣加工和成形加工所使用的儀器設(shè)備的工作原理和操作方法，適當(dāng)拓展到新型加工設(shè)備，比如，智能數(shù)控彎板機(jī)，用以拓寬學(xué)生視野，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)的重點(diǎn)在實(shí)踐部分。教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計以項(xiàng)目為引導(dǎo)，比如，本文中以內(nèi)底舭部結(jié)構(gòu)為例設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，在舭部制作過程中貫穿實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用方法。由于不同連接方式，舭部結(jié)構(gòu)有所不同，通常分為如圖1 所示的三種結(jié)構(gòu)，圖1(a)是單底舭部的連接，這種是用舭肘板將普通肋骨與船底肋板連接。舭肘板有面板或折邊；圖1(b)是縱骨架式單底無肋板的肋位處的舭部連接,用舭肘板將肋骨或最下一根舷側(cè)縱骨與最邊上的一根船底縱骨連接；圖1(c)雙層底舭部的連接，用舭肘板將普通肋骨與內(nèi)底邊板連接。

圖1 不同連接方式的舭部結(jié)構(gòu)

教學(xué)內(nèi)容的安排可以按照項(xiàng)目來安排，比如，以舭部加工為例，按照三種連接方式可以安排三個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)際教學(xué)中，可以將學(xué)生分為三組，每組選擇一個實(shí)驗(yàn)任務(wù)進(jìn)行加工。以圖1（a）中所示的單底舭部連接結(jié)構(gòu)為例，圖中所涉及的構(gòu)件分別是舭部外板、船側(cè)外板、船底外板、肋骨、肋板和舭肘板。

船側(cè)外板和船底外板由于沒有弧度，所以加工相對簡單，可以使用直邊扁平件的加工工藝流程，如圖2所示。

圖2 直邊扁平件加工工藝流程

板材經(jīng)過預(yù)處理和號料后，船側(cè)外板和船底外板可以分別使用剪板機(jī)和等離子體切割機(jī)進(jìn)行切割。在操作過程中，學(xué)生能掌握切割設(shè)備的連接、工藝參數(shù)的選擇與調(diào)整，以及設(shè)備的維護(hù)方法，在做好個人安全防護(hù)的前提下，能獨(dú)立完成直邊扁平件的加工。

舭外板屬于直邊折邊件，舭部外板屬于曲面件，因而可以結(jié)合了解直邊折邊和曲面件的加工工藝流程，如圖3 所示。

圖3 直邊折邊、曲面件加工工藝流程圖

舭肘板在經(jīng)過預(yù)處理、號料和直邊切割后，使用液壓折彎機(jī)進(jìn)行折邊。舭部外板是加工難度最大的構(gòu)件，可以使用火工矯正炬進(jìn)行水火彎板。在這個過程中，學(xué)生掌握液壓折彎機(jī)和水火彎板的加工原理和設(shè)備使用方法。

3.3 教學(xué)方法和評價體系改革

本文主要使用的是項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)法，通過設(shè)定具有典型代表的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探究和學(xué)習(xí)，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的過程中熟練掌握鋼料加工設(shè)備的工作原理和使用方法。

項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)法的核心是項(xiàng)目，所以選取一個好的項(xiàng)目尤為重要，這個項(xiàng)目應(yīng)該盡可能多地覆蓋船用鋼料加工的工藝方法，同時又可以在實(shí)驗(yàn)室完成加工任務(wù)。本文通過選取內(nèi)底舭部這一涉及直邊扁平構(gòu)件、直邊折邊構(gòu)件和曲面件的部位，可以覆蓋各種類型構(gòu)件的鋼料加工工藝流程，同時也可以使用所選設(shè)備進(jìn)行加工。

在整個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行過程中，可以很好體現(xiàn)學(xué)生的自主性和合作性，每個學(xué)生都需要完成自己所分配部件的加工任務(wù)，同時，又需要與其他同學(xué)進(jìn)行合作完成部件之間的焊接裝配。

本文所使用的是項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)法，相應(yīng)的教學(xué)評價體系要與之適應(yīng)。教學(xué)評價分為形成性考核和終結(jié)性考核，終結(jié)性考核主要是對理論知識進(jìn)行考核，主要通過理論考試檢測學(xué)生對理論知識的掌握水平，一般采用閉卷考試的方式進(jìn)行；形成性考核分為兩個部分：一是教師對學(xué)生操作過程進(jìn)行打分；二是對小組的作品進(jìn)行打分，通過檢測學(xué)生制作的工件可以直觀地檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果。

4 結(jié)語

針對院校船用鋼料加工課程教學(xué)中存在的問題，本文采用項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)法對船用鋼料加工課程內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和重構(gòu)。以能反映整個鋼料加工過程為原則選取典型船體部件，并按比例縮小構(gòu)件體積，進(jìn)行加工項(xiàng)目設(shè)計。學(xué)生根據(jù)設(shè)計項(xiàng)目，選取加工工藝路線和加工設(shè)備，完成部件加工任務(wù)。采用項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)法，可以充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，學(xué)生在完成加工項(xiàng)目的過程中通過直接操作設(shè)備，可以直觀理解鋼料加工的工藝方法，掌握相關(guān)設(shè)備操作技術(shù)，為以后的職業(yè)生涯打下基礎(chǔ)。但是，目前相關(guān)評價體系建立還不夠系統(tǒng)，如何打分才能公正客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，還是后期需要進(jìn)一步研究的內(nèi)容。此外，課程還需繼續(xù)挖掘更多典型部件進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計，以便學(xué)生在選擇項(xiàng)目時有更高的自由度。