“新工科”建设背景下的高等教育
《焊接工程学》教学模式改革探索
蔡淑娟1
（北方民族大学 宁夏 银川750021）
摘要：新材料、新能源、互联网、大数据、人工智能等新科技模式快速改变着现代工业和劳动力市场。另一方面，支撑焊接工程的材料学、机械工程、控制工程等专业面越来越大，新材料、新工艺、新设备不断开创，这就形成了知识海洋越来越大与知识架构掌握需要越来越个性的矛盾。培养这种新型工程创新人才，高等工程教育的改革和创新就显得很重要了。新工科教育理念和教育改革就是在这样的背景下提出的，因此需要新思维、新体制机制全面创新工程教育，培养创新人才，支撑和引领新经济。传统的《焊接工程学》课程在新时期主要暴露出一些问题，如：课程体系面向产业化和工程化程度不够，教学模式创新性不够等。本文总结分析了材料成型及控制专业开设的《焊接工程学》在传统教学模式方面存在的主要问题，结合“新工科”的发展内涵、方向和目标，研究了在“新工科”背景下该门课程的改革发展方向，从课程体系设计与改革、实践教学模式的改革、师资配置、课堂情景模式的改革、线上教学与线下教学相结合、丰富“第二课堂”等方面做了一些积极的探索和实践，为该方面的教学改革积累了一定的经验。
关键词：新工科；高等教育；焊接工程；教学模式；改革
【中图分类号】G642.0 【文献标志码】A 【文章编号】
Higher education in the context of new
engineering
Exploration on teaching mode reform of
welding engineering
Cai Shujuan1
(1.North Univesity of Nationality,Yinchuan
Abstract：New technological models such as
new materials, new energy sources, the Internet, big data, artificial
intelligence, etc. are rapidly changing modern industries and labor markets. On
the other hand, the specialties of material science, mechanical engineering and
control engineering supporting welding engineering are becoming larger and
larger, and new materials, new technology and new equipment are constantly
being created, which leads to the contradiction between the growing knowledge
ocean and the need to master the knowledge structure. The reform and innovation
of higher engineering education is very important for training this new type of
engineering innovative talents. The new subject education idea and the
education reform are put forward under this background, so we need new
thinking, new system and mechanism to Innovate Engineering education, train
innovative talents, support and lead the new economy. The traditional course of
Welding Engineering has exposed some problems in the new period, such as the
insufficient industrialization and engineering orientation of the course
system, and the insufficient innovation of the teaching mode. This paper
summarizes and analyzes the main problems existing in the traditional teaching
mode of Welding Engineering for the major of material forming and control.
Combining with the connotation, direction and goal of the development of the
new subject, the paper studies the reform and development direction of the
course under the background of the new subject, and from the design, reform and
Practice of the course system. Some positive explorations and practices have
been made in the reform of teaching mode, the allocation of teachers, the
reform of classroom situational mode, the combination of online teaching and
offline teaching, and the enrichment of "the second classroom", which
have accumulated certain experience for the teaching reform in this field.
Keywords：New
engineering; higher education; welding engineering; teaching mode; reform
“新工科”建设背景下的高等教育
《焊接工程学》教学模式改革探索
蔡淑娟1
（北方民族大学 宁夏 银川750021）
摘要：新材料、新能源、互联网、大数据、人工智能等新科技模式快速改变着现代工业和劳动力市场。另一方面，支撑焊接工程的材料学、机械工程、控制工程等专业面越来越大，新材料、新工艺、新设备不断开创，这就形成了知识海洋越来越大与知识架构掌握需要越来越个性的矛盾。培养这种新型工程创新人才，高等工程教育的改革和创新就显得很重要了。新工科教育理念和教育改革就是在这样的背景下提出的，因此需要新思维、新体制机制全面创新工程教育，培养创新人才，支撑和引领新经济。传统的《焊接工程学》课程在新时期主要暴露出一些问题，如：课程体系面向产业化和工程化程度不够，教学模式创新性不够等。本文总结分析了材料成型及控制专业开设的《焊接工程学》在传统教学模式方面存在的主要问题，结合“新工科”的发展内涵、方向和目标，研究了在“新工科”背景下该门课程的改革发展方向，从课程体系设计与改革、实践教学模式的改革、师资配置、课堂情景模式的改革、线上教学与线下教学相结合、丰富“第二课堂”等方面做了一些积极的探索和实践，为该方面的教学改革积累了一定的经验。
关键词：新工科；高等教育；焊接工程；教学模式；改革
【中图分类号】G642.0 【文献标志码】A 【文章编号】
Higher education in the context of new
engineering
Exploration on teaching mode reform of
welding engineering
Cai Shujuan1
(1.North Univesity of Nationality,
Abstract：New technological models such as
new materials, new energy sources, the Internet, big data, artificial
intelligence, etc. are rapidly changing modern industries and labor markets. On
the other hand, the specialties of material science, mechanical engineering and
control engineering supporting welding engineering are becoming larger and
larger, and new materials, new technology and new equipment are constantly
being created, which leads to the contradiction between the growing knowledge
ocean and the need to master the knowledge structure. The reform and innovation
of higher engineering education is very important for training this new type of
engineering innovative talents. The new subject education idea and the
education reform are put forward under this background, so we need new
thinking, new system and mechanism to Innovate Engineering education, train
innovative talents, support and lead the new economy. The traditional course of
Welding Engineering has exposed some problems in the new period, such as the
insufficient industrialization and engineering orientation of the course
system, and the insufficient innovation of the teaching mode. This paper
summarizes and analyzes the main problems existing in the traditional teaching
mode of Welding Engineering for the major of material forming and control.
Combining with the connotation, direction and goal of the development of the
new subject, the paper studies the reform and development direction of the
course under the background of the new subject, and from the design, reform and
Practice of the course system. Some positive explorations and practices have
been made in the reform of teaching mode, the allocation of teachers, the
reform of classroom situational mode, the combination of online teaching and
offline teaching, and the enrichment of "the second classroom", which
have accumulated certain experience for the teaching reform in this field.
0 引言
当前，新材料、新能源、互联网、大数据、人工智能等新科技模式快速改变着现代工业和劳动力市场。另一方面，支撑焊接工程的材料学、机械工程、控制工程等专业面越来越大，新材料、新工艺、新设备不断开创，这就形成了知识海洋越来越大与知识架构掌握需要越来越个性的矛盾。培养这种新型工程创新人才，高等工程教育的改革和创新就显得很重要了。新工科教育理念和教育改革就是在这样的背景下提出的，因此需要新思维、新体制机制全面创新工程教育，培养创新人才，支撑和引领新经济[1]。
1 现有课程体系及教学现状
《焊接工程学》课程在多代人的不断努力下走到今天，为历次工业革命、科技和社会进步做出了突出贡献。近年来，新型焊接材料、技术和焊接方法、焊接机器人等技术不断革新，针对该领域开展的《焊接工程学》也有必要进行不断的革新，以适应新时期工业革命需要和经济社会对人才的需求变化。
焊接应用广泛，既可用于金属，也可用于非金属。该课程培养目标是通过本课程的学习，培养具焊工艺，焊接设备，焊材料，检验、材料、电工、机械、力学和自动控制的知识和能力, 能够在焊接工程领域从事科研,设计,技术开发,生产加工及经营管理等方面工作的高级工程技术人员。传统的《焊接工程学》课程在新时期主要暴露出以下一些问题：
（一）课程体系面向产业化和工程化程度不够
近年来，新一轮工业革命来势凶猛，传统的焊接课程体系已不能满足当前以及未来焊接产业的发展需要。工程教育需要配合好当下的产业发展和工程化需要，特别是在综合性知识体系、交叉学科研讨部分，以及产业和技术最新发展为在教学内容中，就要深入改革课程体系和教学内容，以此来面向产业化和工程化。一些高校开设的《焊接工程学》尽管开设了一定课时的实验课，然而学生实践效果不强，不利于工程化教育的实施。
（二）传统课堂与学生课前课后衔接不够
大部分学生上课前不进行书本预习，这样他们到了课堂，需要进入情景和状态的时间就偏长，若老师再花时间引导，就会占用宝贵的课堂时间，若老师仍按照原定教学计划和进度开展，则会出现老师、学生不同步的问题。课前预习、课后复习作为传统教学模式所假设的前提不复存在，直接影响了学生掌握知识的效率。
（三）教学模式缺乏有效的创新
尽管现在大部分教学方式由原来的课本+黑板板书教学转变为PPT教学，然而这种转变并没有从根本上体现“新工科”教育的多角度、全方位的特征。首先，教学内容拘泥于传统课本，课程中涉及的基本原理和工艺仍基本停留在概念上，而对于焊接工程案例视频资料、相关工程实践应用视频库却仍是教学的短板，使得课程不够生动；其次，由于PPT的信息量更大，使得学生思维疲倦，部分学生逻辑较混乱，导致听课不认真，兴趣下降，没有把“教”的重心向“学”的重心转移；最后就是实践课程教学方式中的“实践性”仍然不够，主要还是停留在学校实验室的模拟、观看阶段，学生自由发挥空间较少，没有充分发挥实践课程的作用[2]。
2 新工科对课堂教学模式改革的需求
新工科主要体现在科学、应用科学、工程科学和工程实践中的创新与进步、不同学科交叉与交融后，所形成的新兴工程学科或领域。以工程教育新模式、新方法、新内容等作为学校新工科建设和教育改革的基本内容，构建新工科专业或改造传统专业，培养所服务的产业所需要的新型工程技术人才。新工科人才培养应该使学生掌握更先进的知识，包括工程科学、人文社科、专业和学科等方面的知识；需要具备的能力包括应用所学知识解决实际工程问题、工程设计、创新创造创业能力、终身学习能力以及专业所涉及的核心技能和职业态度等[3]。
“新工科”需要对传统工科专业重构或整合资源重组新专业，旨在推动工科专业人才培养模式改革,以及工程专业建设从科学范式向工程范式转型，为我国经济转型和社会发展提供强有力的人才保障和智力支撑[4]。
《焊接工程学》课程是材料成型及控制工程专业的必修课，传统的教学内容和教学方法已经受到“新工科”发展理念的挑战。特别是该课程属于材料加工工程、机械设计与制造、材料工程等专业的较充分领域，近年来，涉及焊接工程技术的学科不断相互渗透、相互交融，课程体系、知识架构需要重新组合。近些年，尽管部分文献报道了关于《焊接工程学》课程改革的相关教学设计和改革，但基于“新工科”背景下的该课程的改革还是一个全新的命题。科研世界上的新材料不断涌现，造就了一批新的材料工程产业，像锂电、光伏、3D打印等，而与之配套的教学培养，以及后续深加工与精细化性能调控技术未完全跟上时代发展，更新和改造传统工科专业和焊接课程体系势在必行。本文将梳理材料成型及控制专业开设《焊接工程学》后，结合“新工科”的发展内涵、方向和目标，提出在“新工科”背景下该门课程的改革发展方向[5]。
3 “新工科”背景下的改革探索
“新工科”背景下工科教学思路改革不同于传统教学，主要体现在以下三个方面：一是要体现课程的跨界整合能力的培养；二是要将互联网与智能化思维融入课堂；三是要将创新创业意识融入课堂。要想实现以上几点，就要从课程体系设计、师资配置优化、课堂情景模式改革、县上教学与线下教学的结合、第二课堂等方面做全方位的改革。具体如下：
（一）课程体系设计与改革
新时代下《焊接工程学》课程改革内容要体现继承与创新、交叉与融合的发展路径，研究《焊接工程学》如何与材料学、机械涉及与制造、控制工程、计算机等学科进行有针对性的搭配，以满足不同企业、不同岗位工程师的特定需求定制。此外，课程内容不能拘泥于传统知识授课点，要围绕当地行业的发展需求，适当优化课程内容布局，例如：针对石油化工管道的无损检测技术、特种材料和非常规材料的焊接技术等。总之，新工科背景下的《焊接工程学》课程体系设计就是要致力于开展掌握面向市场的焊接工程技能训练，实现即具有机械—材料交叉学科专业知识、又具备焊接工程师技能的基本人才培育，为大学生作为焊接工程师就业打下基础；在此基础上，进行全新的创新能力和科研素质的培养，探索和实践具备机械—材料交叉学科的焊接专业方向创新型人才的多样性教育模式，形成高层次创新人才的培养新体系[6]。
实践教学无疑是“新工科”背景下《焊接工程学》课程改革的重点，而目前，实践教学思路较为陈旧，课时安排不到理论课程的1/3，同时，实践课程内容设计死板，学生的自主性不强、兴趣不高。前些年，尽管随着“卓越”工程师计划的提出，对工程应用型课程提出了新的要求，然而，在课程体系改革上并未做出相应的改革和突破，只是强调课本知识内容应用于实践。新工科背景下，《焊接工程学》课程体系设计上要将校内实训教学与校外实习、顶岗实习结合。校内实训按本专业的毕业生岗位能力要求，设置相应的教学模块；“工学结合、半工半读”则是学校与企业合作共同培养人才，先安排学生用一定的时间在学校学习基础知识和技能训练（概念、了解层次的知识技能），然后学校专门安排一定的时间组织学生到企业去，参加岗位生产实习（理解层次），然后学生带着实习认知、疑问回到学校课堂进行深入学习（掌握层次），形成了“学习-实习-再学习-就业”的人才培养模式；顶岗实习是焊接技术专业不可缺少的一个重要环节。通过上述改革切实构建教学、培训、实习一体化实践教学，与理论教学相结合。
（二）师资配置优化
《焊接工程学》是一门理论与实践相结合的课程。借鉴加拿大多伦多大学的课程教学经验，该车程理论部分主讲教师由学院资深教师、博士进行讲授；后面实践部分，因为企业一线工程师现场操作细节娴熟，能将理论与实践相结合，对问题、关键点的把握更为精准，可以邀请来自工程单位的工程师参与讲授，不但能弥补高校教师的实践不足问题，还能带给学生更多的实践乐趣，甚至可以提前解决学生步入职场后面临的问题，充分发挥理论老师和实践工程师各自的优势和特长。在我国高校，要发挥校企联合培养学生的作用，首先要从高等教育行业或者高校自身优化师资队伍，将企业具有讲授能力的高级工程师引入高校教师队伍，讲授生产加工的经典案例、这些内容对即将迈入企业的学生大有裨益。
（三）课堂情景模式的改革
课堂无疑是教学的主角，随着国家对大类招生计划的要求，必修课合并，部分专业性较强的课程开始由必修变选修，学生的兴趣和双向选择成为主导课程设计的关键[7]。在“新工科”背景下，如何提高学生的学习兴趣和激情值得探讨。
“新工科”下的《焊接工程学》课堂情景模式可更多的结合“互联网+”和“大数据”的发展成果，实现相关课程的多角度整合与融通，充分体现创新、自主的人才培养目标[8]。可搭建教学视频库，包括焊接工艺现场部分和理论模式动画演示部分；搭建实践型虚拟仿真平台，传统工艺可以在网络进行工艺设计和性能预报，让学生更能自主发挥；应结合学校的实验发展平台，设立大型设备和实践基地的科普演示开放日，让本科教学更早融入到实践和研究环节中[9]。
（四）线上教学与线下教学相结合
通过“微信公众号”、“微信群”和“QQ群”等模式，往往能将学生之间、师生之间充分连接在一起，提升该课程的教学氛围和感染力。这就需要授课老师自身要花费更多的精力去备课、备资料，去答疑、解惑，能及时在课堂上和课堂外进行及时更新，同时还可充分利用网络平台进行课程任务安排，趣味知识抢答等互动交流[10]。
一是利用网络资源丰富教育内容，拓宽学生视野。引导学生浏览学术网站、论坛，帮助学生进入专业前沿阵地，开拓学术视野，帮助学生利用网络资源解决学习中遇到的问题。二是建立QQ群、微信群，通过实时网络媒介，进行师生沟通，布置学习任务、发送课前预习资料、课外阅读文献等，使教学资源融入到学生的日常生活中。例如：电弧和熔池观察比较困难，可以借助高速摄像仪、仿真和动画演示，明显提升学生掌握能力[11]。上述一些方法，即是线上教学与线下教学相结合，也可实现课内教学与课外教学相融合。
（五）丰富“第二课堂”
传统教学的实践环节主要是在课程内安排的实验，而像“认知实习”和“毕业实习”等工程实训类项目往往开设时间较晚，导致学生对焊接工程知识的学习和应用不够连贯，因此很难达到学以致用的目的。新工科就是要在当前知识大爆炸的背景下，在教学学时不增加的前提下，某一工程学科的教学成效能明显提升到满足工程行业、社会的人才需求。通过鼓励小组工程实训来开辟“第二课堂”。具体来讲，就是对于二年级学生，基本已修完专业基础课程，他们对于材料基本理论以及焊接基本加工工艺已有所了解。通过在授课班级建立3-4个小组，每组3-5人利用暑假时间到企业进行工程实训，结束后以ppt的形势完成实训任务总结汇报。开闭这种“第二课堂”，就要学院大力构建校-企联合培养计划，确保工程实训能顺利进行，同时，还可为企业培养和输送人才做准备。
开辟“第二课堂”的另一种形式就是举办或参加各类学科竞赛，充分利用竞赛平台，检验所学技能，同时提升学生的综合能力。同时，可利用“第二课堂”对学生进行个性化培养，充分发挥学生个体的兴趣潜力。通过这种个性化培养，也有力的提高了当前大学生创新创业能力。
4 结语
综上所述，《焊接工程学》课程作为典型的工科类课程，对该课程的改革和创新对于推动新时代下的工程教育发展，为国家供给侧结构性改革培养和提供新型焊接技术人才是非常有意义和有必要的。 “新工科”背景下的《焊接工程学》课程改革和探索，既体现在课程体系设计、师资配置优化、课堂情景模式的改革上，也需要打破狭义的课堂概念，丰富“第二课堂”，并将线上教学与线下教学相结合。本文在上述几个方面进行了积极的探索和总结，得出了一些有益的经验。此外，新工科课程改革，也离不开学校和学院教学政策的支持和条件保障，尤其体现在学生或教师评价机制和考核体系上，只有用良性的激励机制，才能引导出好的工科人才培养模式。
参考文献：
[1]顾佩华.新工科与新范式:概念、框架和实施路径[J].高等工程教育研究，2017，6:4-8.
[2]汪志刚 齐亮 朱志云 杨斌 杨经富.
“新工科”背景下《金属材料及热处理》课程改革探索[J].高教学刊 ,2018,10:121-123
[3]顾佩华，新工科与新范式：概念、框架和实施路径[J].高等工程教育研究,2017,6:33-39
[4]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017，3:1-6.
[5]陆国栋，李拓宇.新工科建设与发展的路径思考[J].高等工程教育研究，2017，3：20-26.
[6] 罗键，赵国际.高等学校焊接专业方向跨学科创新人才培养教育新方法与实践[J].电焊机，2010，10（40）：1-5.
[7]李晨，何延岩.大类招生模式下学生专业选择的行为分析[J].高教探索，2015（1）：106-110.
[8]缪静敏，汪琼.高校翻转课堂：现状、成效与挑战-基于实践一线教师的调查[J].开放教育研究，2015，21（5）：74-82.
[9]孟祥林.师生分层以生为本：互动课堂的问题与对策[J].中国高等教育评估，2010，1：54-59.
[10]李艳，张慕华.高校学生慕课和翻转课堂体验实证研究[J].实践研究，2015，5（137）：73-93
[11] 高双胜，国旭明，莫春立，张占伟. 新工科”建设下应用型本科教学方法探讨[J]. 黑龙江教育, 2018
.4:60-61
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姓名 |
蔡淑娟 |
性别 |
女 |
籍贯 |
山东菏泽 |
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工作单位 |
北方民族大学 |
职称 |
讲师 |
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研究方向 |
材料工程 |
学历 |
博士 |
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通信地址 |
银川市兴庆区凤凰北街锦泰花园30号楼 |
邮编 |
750001 |
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项目名称 |
北方民族大学教育改革项目 |
项目编号 |
2018JY1006 |
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E-mail |
Lanney1203@163.com |
手机 |
18295510956 |
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QQ号 |
476963183 |
课题编号及名称 |
,
“新工科”建设背景下的高校课堂教学模式改革的探索与实践 |
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通讯作者 |
柴宏 |
性别 |
男 |
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通信地址 |
银川市兴庆区凤凰北街锦泰花园30号楼 |
邮编 |
750001 |
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E-mail |
Ch548@163.com |
手机 |
18709603159 |
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本文章总字数 |
4700 |
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