工程教育模式在焊接实验教学中的应用

史强，陈革新，马欣

（新疆工程学院，新疆乌鲁木齐 830023）

在现代社会，不但商品供应转为了需求侧，而且人才供应也转为了需求侧，这有助于供应的人力或商品顺利转化为价值。对于焊接类专业技术人才的培养而言，应当充分围绕人才需求来组织教学，使院校相关专业的学生能够接受目标明确且足够系统化的知识讲授、能力培养。工程教育模式为焊接类技术人才培养提供了较为清晰的框架，也在学界和相关行业内广受欢迎。本文选择将工程教育模式作为指导焊接实验教学的立足点，并展开相关研究，具有现实意义。

1.1 OBE模式

OBE模式也被称作成果导向教育理念，在越来越多的应用实践中受到认可，被认为是推动教学改革升级的科学方法。我国教育界关注该教育理念的时间略晚，所以，该理念在我国还有较大的研讨、实践空间。

OBE理念将教学设计的重点置于学生身上，强调把教学目标设定为学生可以在具体教学中取得的学习成果。该成果不应只由课业分数来衡量,而应该反映为学生参与学习全过程后所获得的知识与能力。而且，在成果导向下，学生在学习过程中代入社会职业角色，去模拟对综合性问题的解决，能够带来不同于传统教学模式的能力增长体验；
其理念指导下的教学坚持持续改进原则，通过系统化的课程活动设计、学习成果评价等来促进相应的人才培养体系的形成。总体来看，OBE教育理念是将解答以下几个问题作为教育实施的核心要求：其一，通过教学想让学生获取什么样的学习成果；
其二，取得这样的学习成果有什么用；
其三，怎样引导、辅助学生顺利获取学习成果；
其四，如何验证学生已经取得的学习成果。这些核心问题是基于逆向设计原则产生的，能够满足人才培养的需求侧要求。

结合OBE理念的阐述可以看出，其重学生、重过程、重体验、重评价的教学设计内在要求与焊接类专业教学培养应用型技术人才的基础目标一致，能够找到与焊接实验教学的衔接点。

1.2 CDIO模式

CDIO教育理念是对发达国家几十年来工程教育改革经验的总结、继承和发展。该理念最关键的价值在于系统性地提出12条教育标准，主要涉及教学中的能力培养、过程实施、检验测评几方面，可操作性很强。国际上曾有国家（瑞典）利用这些标准针对本国的数个工程学位计划展开评估，并取得了理想的结果，也证明了相关标准的广泛应用性。截至2013年，国际上形成了专门的CDIO组织，吸引了几十所来自世界各国的著名高校加入。该组织的成员高校在办学中，在航空航天系、机械系都贯彻执行CDIO教育理念，并以此制定教学目标、教学大纲，成功地培养出CDIO模式人才。

CDIO模式为教育界提供了三方面的价值性参考，即愿景、大纲和上述中的12条标准。愿景方面，它一边强调工程基础，一边要求学生在真实世界的产品、系统基础上去进行合理的构思、设计，继而去实现和尝试运行。它是一个突出了真实过程体验的工程教育模式。大纲方面，它系统、细致地罗列出现代工程师应当掌握的能力或进步的方向（涉及3级、70条、400余款），包括工程基础知识、个人能力、团队能力和整个CDIO全过程能力几方面。这也为工程教育相关专业的教学改革提供了明确的方向指引，使其结合指引来构建教学框架。12条标准方面，它给予了整个教育模式以细化的指标，使相关专业的教学实施和成果检验更加容易操作，变得可具体化、可量化。

结合CDIO理念可以看出，其强调教学的系统性、标准性，使得教育改革不再是宏观理论，而是转化为可执行的细致的框架、指标。因此，无论是其提供的愿景、大纲，还是标准，都能够很好地融入焊接实验教学，成为指导焊接实验教学过程的具体化要求。

工程训练作为高校工程实践能力培养的主要环节，在新建或发展过程中应根据服务区域、行业发展需求，优化人才培养机制，科学制定以满足社会需求和学生就业为导向的多样化培养方案[1-2]。焊接技术应用范围广，实践性强，贯穿在机械制造业、航空航天、船舶制造等关系国计民生的工业企业生产中[3-4]。用人企业对焊接技术人才的操作能力有刚性要求，所以，体现在人才培养阶段，也就是教学阶段，把焊接实验教学作为学生能力培养的一个关键的手段和方式。许多院校的焊接专业课程已经开设多年，所以其焊接实验教学已经形成较为固定和相对系统化的模式。其实验教学方式保守、陈旧，教学应用的设备也落后于时代发展。对比之下，行业市场中，焊接技术迭代更新快，且相应的新设备也不断产出、得以应用[5]。这些都要求焊接类专业学生对设备不但能操作、会操作，而且要高效率操作；
对技术不但要了解、掌握，还要能应用、创新。由此看来，一些院校的实验教学条件达不到行业市场对焊接人才培养的要求。其实验教学条件的不足具体表现为：

2.1 实验教学理念上的不足

一些院校在工程教育方面，更侧重于科研成果的获取，不断加大科研投入，而对实验教学的关注度偏低。由此，其焊接类专业的实验教学长期处于旧模式、方法下，未得到及时而有效的改革。这些院校忽视实验教学的原因，主要在于科研投入能够更快、更高质量地获取成效，而教学改革则是一项较为漫长、系统的工程。

2.2 实验教学设备上的不足

焊接专业的实验室往往仅有类型单一的少量实验设备，难以支持大批次学生同时进行独立的实验；
一些院校的焊接专业实验室没有及时引进新设备，一些涉及先进技术应用的实验无法开展。先进焊接实验设备的引进，需要院校投入更多的经费，而且还涉及后续的维修经费支出。因而，一些院校缺乏对实验设备更新的主动性，导致其实验室设备不足、不全、不新。

2.3 实验教学内容和方式上的不足

一些院校的焊接实验教学内容过于按部就班，将教材作为主要依据，而缺乏对焊接相关的学术发展内容的补充，也没有对当前先进的焊接工程应用进行拓展，使实验教学内容较为滞后。同时，焊接实验指导教师仍习惯于应用以往的实验教学方式，即让学生被动地跟随教材和教师的指示，一步步操作实验、记录结果、填写报告。在教师的指导下，学生在实验前已经知道实验结论，实验过程缺乏创新，更谈不上学生能力的培养。

2.4 实验教学师资上的不足

一些院校的焊接专业教师，虽然在学历上、教学经验上都较有优势，但是却缺乏与行业市场的接触和融合。他们更多地处于校园的“封闭式”教学研究状态下。其中，缺乏实验教学创新意识的教师会安于教学现状，习惯式执行传统实验教学方式方法；
有实验教学创新意识的教师，虽然在积极了解焊接行业状态、焊接实验热点，但却依赖于间接性渠道，例如进行书刊资料收集、网络信息查阅等。这些都使得焊接实验教学创新、改革的推动力不足。

3.1 加大焊接实验教学准备方面的投入

基于工程教育模式对教学成果型导向、过程性体验、系统性评价等的要求，各院校可加大对焊接实验的教学准备投入，夯实实验教学改革的后盾：补充焊接实验室设备类型、补足数量，并结合资金情况适当引进先进设备，以打造设施齐全的先进实验室，其增购设备可包括常规焊机、等离子切割机、搅拌摩擦焊机、电阻点焊机等，甚至可以引进焊接机器人；
适时革新本校的教学理念，掌握好科研投入与教学投入二者之间的关系，必要时应当适当对教学投入加以倾斜，以体现出作为教育机构的以人为本的理念和社会责任感；
拓宽本校焊接专业教师知识的进步提升渠道，使他们能够持续学习。其中，在增强师资力量方面，院校可投入一定经费，资助教师远赴焊接专业的知名国际培训班参加培训，从而拓宽其专业视野、增强其技术实操能力、使其掌握更多、更灵活的实验教学方式方法。除了培训班渠道，院校还可以和焊接技术应用相关企业形成联动，定期组织焊接专业教师队伍入企学习体验，以使其直观、切实地接触和了解最新的焊接技术及先进设备，进而对自身的实验教学提供启发。

3.2 综合运用OBE和CDIO模式开展焊接实验

工程教育模式为焊接实验教学带来了OBE和CDIO两种思路，所以各院校要注意在实验教学中融入这两种理念，探索综合性的焊接实验教学。相关综合实验的基础思路是，结合两种先进理念，让学生有机会独立完成过程性的焊接项目实验，从而突出其在项目实验过程中的体验感，使其更深刻地受到启发，并掌握应用基础理论的能力、实操能力，进而在启发引导下激发出创新思维，并进行创新实践。在具体的综合性实验设计中，所包含的实验教学内容应当有专业基础实验、专业技能实验、材料科学基础实验、专业综合实验等不同类型。而且，相关实验可不限焊接方法的运用，且能够对焊接专业内容融会贯通。例如，在一个实验中可同时涉及焊接接头硬度测定、焊接热影响区模拟、焊接评定、焊缝金相组织等内容，从而促使学生灵活运用知识与技能，并形成综合能力。在具体的实践中，教师可基于OBE成果导向原则，出于既定的培养目标，围绕开放性的综合实验题目展开教学，可以让学生练习焊接一个生活用品、工艺摆设，抑或是尝试修复有裂痕的成品等；
在综合实验过程中，教师再把CDIO模式引入，结合其大纲、标准要求，列出与焊接实验相对应的具体的指导框架和指标，继而有序引导学生独立完成项目实验；
在实验得出成果后，教师则要综合利用OBE和CDIO两种模式标准的检测评估指标来评价学生，使他们的实验操作获得客观评定。

3.3 搭建虚拟焊接实验教学平台

由于焊接实验教学本身是存在风险性的，也涉及各方面的成本投入。对于许多院校来说，想要高标准、高质量实现基于工程教育模式的焊接专业实验室建设是有困难的。为此，院校可以开辟补充性途径，即利用智能化时代的虚拟现实技术来开展实验教学，从而形成对高昂的焊接先进设备的部分性地替代。虚拟焊接实验的实现，需要院校自主搭建虚拟焊接实验教学平台，用以配合真实的实验室教学。虚拟实验教学中综合性、开放性、设计性的实验可以培养学生操作技能和创新能力，有利于学生的全面发展[6]。相关虚拟实验环境搭设都以计算机以及计算机系统为基础，借助虚拟现实技术（VR技术）模拟真实环境。VR技术应用的优势在于，能够使参与实验的学生获得焊接操作的沉浸式体验，而且这种体验是可以贯穿全过程的，符合OBE和CDIO模式要求，使学生充分成为焊接实验与探索的主体。计算机系统会对学生实验操作步骤“留痕”，形成详细的数据，这对教师结合工程教育模式要求来进行学生能力测评有极大帮助，为其提供了客观数据参考。院校可结合所搭建的虚拟焊接实验教学平台情况，有针对性地设计和制定教学内容、方法，并逐渐形成独具特色的实验教学模式。

综上所述，鉴于工程教育模式的实际应用价值，以及院校在实验教学方面存在的各项不足，相关实验教学改革应当立足于对教学准备的强化和对实验教学新模式的探寻两点来展开。其中，新教学模式应分为真实环境的综合实验教学探索和虚拟环境的实验教学探索两种。

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