鍛造工藝及模具設(shè)計(jì)課程綜合改革的探索

袁玉紅 鄭繼明 伍權(quán)

【摘要】為了適應(yīng)新的教學(xué)計(jì)劃，改變鍛造工藝及模具設(shè)計(jì)課程無(wú)趣的教學(xué)現(xiàn)狀，通過(guò)整合教學(xué)內(nèi)容，采用多媒體教學(xué)環(huán)境下的教學(xué)模式，運(yùn)用“案例教學(xué)法”“項(xiàng)目設(shè)計(jì)演練法”提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力，以提高教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】鍛造工藝及模具設(shè)計(jì)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)模式；案例教學(xué)法；項(xiàng)目設(shè)計(jì)

【基金項(xiàng)目】貴州師范大學(xué)2016校級(jí)本科教學(xué)工程建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2016XJJG17）。

鍛造工藝及模具設(shè)計(jì)是材料成型及控制工程專業(yè)的一門重要專業(yè)技術(shù)課程，要求學(xué)生掌握鍛造的基本理論和知識(shí)、中等難度鍛件的鍛造工藝設(shè)計(jì)及鍛模設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決鍛造問(wèn)題的能力。

近兩年隨著教育部專業(yè)目錄的調(diào)整，該課程的教學(xué)計(jì)劃也進(jìn)行了相應(yīng)的改變，課時(shí)量由48學(xué)時(shí)減少到32學(xué)時(shí)。由于該課程是一門專業(yè)技術(shù)課程，教學(xué)中不但有較多抽象的理論知識(shí)要講解，而且有很多設(shè)計(jì)方法要傳授給學(xué)生，這些使得教學(xué)難度很大。采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法學(xué)生會(huì)感覺(jué)學(xué)習(xí)很枯燥，很快放棄學(xué)習(xí)。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生積極主動(dòng)學(xué)習(xí)，以提高教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生后續(xù)的專業(yè)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、專業(yè)技術(shù)工作打下了堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，課題組對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法和手段進(jìn)行了一系列改革探索。

一、整合教學(xué)內(nèi)容，實(shí)施參與式教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

鍛造技術(shù)日新月異，鍛造工藝及模具設(shè)計(jì)課程讓學(xué)生既要掌握基本理論知識(shí)，又要掌握基本的設(shè)計(jì)方法，還要了解本課程的先進(jìn)技術(shù)，教學(xué)的主要內(nèi)容不但沒(méi)有減少，而且涉及面更廣。所以只有整合教學(xué)內(nèi)容，突出重點(diǎn)，抓住難點(diǎn)，才能適應(yīng)新的32學(xué)時(shí)的教學(xué)計(jì)劃。

改革后的主要教學(xué)內(nèi)容分三大塊：自由鍛工藝設(shè)計(jì)、錘上模鍛工藝設(shè)計(jì)、錘鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。授課共20學(xué)時(shí)。安排4個(gè)學(xué)時(shí)講授緒論、鍛前下料加熱、鍛后輔助工序的基本知識(shí)；安排2個(gè)學(xué)時(shí)介紹機(jī)械壓力機(jī)上模鍛、螺旋壓力機(jī)上模鍛、液壓機(jī)上模鍛與錘上模鍛的區(qū)別與聯(lián)系；安排6個(gè)實(shí)驗(yàn)課時(shí)，其中用2課時(shí)介紹專業(yè)鍛造模擬軟件Deform 3D，以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)值模擬分析方法。

課內(nèi)的32學(xué)時(shí)學(xué)生不足以掌握本門課程，所以教師課后布置32學(xué)時(shí)的學(xué)習(xí)任務(wù)對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行鞏固、補(bǔ)充和延伸。學(xué)生通過(guò)閱讀教材及相關(guān)書籍學(xué)習(xí)理論知識(shí)，通過(guò)完成相應(yīng)的課后作業(yè)、設(shè)計(jì)任務(wù)來(lái)鞏固三大重點(diǎn)內(nèi)容。在教師指導(dǎo)下，學(xué)生通過(guò)上中國(guó)鍛壓網(wǎng)，閱讀專業(yè)雜志《鍛壓技術(shù)》《模具工業(yè)》等來(lái)了解目前國(guó)內(nèi)外鍛壓技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，了解鍛造的先進(jìn)技術(shù)。學(xué)生課余花時(shí)間去熟練運(yùn)用專業(yè)鍛造分析軟件Deform 3D，掌握最新的鍛造CAE數(shù)值模擬分析技術(shù)，以適應(yīng)現(xiàn)代鍛造技術(shù)的發(fā)展，滿足現(xiàn)代鍛造行業(yè)的需要。

整合教學(xué)內(nèi)容后，教學(xué)突出重點(diǎn)，抓住難點(diǎn)，課后任務(wù)促使學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、求知欲，為提高教學(xué)質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。

二、探索多媒體教學(xué)環(huán)境下的教學(xué)模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

為了把枯燥的技術(shù)課程上得生動(dòng)有趣，課題組開(kāi)發(fā)了集鍛造生產(chǎn)視頻、鍛造成形模擬仿真視頻于一體的多媒體課件。多媒體教學(xué)環(huán)境下的教學(xué)較傳統(tǒng)的教學(xué)有許多優(yōu)勢(shì)，具體體現(xiàn)在以下幾方面。

（一）制作鍛造生產(chǎn)視頻能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生走上專業(yè)學(xué)習(xí)的道路

對(duì)于沒(méi)有任何工程背景的本科生而言，興趣是最好的老師，興趣是創(chuàng)新教育的活力。本課程要告訴學(xué)生鍛造是一門什么技術(shù)，應(yīng)用在什么地方，要向?qū)W生介紹鍛造的發(fā)展歷史和發(fā)展現(xiàn)狀，讓他們知道鍛造技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的欲望。課題組通過(guò)收集大量的鍛造生產(chǎn)視頻和圖片資料，整理制作后的多媒體視頻和PPT課件，讓學(xué)生可以直觀了解我國(guó)古代兵器的手工自由鍛造技術(shù)，20世紀(jì)50年代活躍在我國(guó)的蒸汽錘上鍛造技術(shù)，以電動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的鍛錘錘頭改進(jìn)技術(shù)，后期以熱模鍛壓力為主要設(shè)備的模鍛自動(dòng)化生產(chǎn)線技術(shù)，以及現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外大型鍛件水輪發(fā)電機(jī)主軸的鍛造技術(shù)、精密鍛造技術(shù)、等溫鍛造技術(shù)，鍛造的數(shù)字化模擬技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)。生動(dòng)的視頻教學(xué)增強(qiáng)了課程的趣味性，不但讓學(xué)生知曉這門課程研究什么，要解決什么問(wèn)題，目前尚未解決的鍛造問(wèn)題，還開(kāi)闊了學(xué)生的視野，激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

在重要內(nèi)容教學(xué)中，通過(guò)生產(chǎn)錄像視頻展示自由鍛、模鍛的生產(chǎn)過(guò)程，讓學(xué)生直觀了解鍛造工序及其操作方法、鍛壓設(shè)備的運(yùn)行、模具的安裝及使用。直觀生動(dòng)的多媒體教學(xué)大大增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的感知和了解，激發(fā)了學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生能更加迅速進(jìn)入理論知識(shí)的學(xué)習(xí)中。

與傳統(tǒng)的教師板書教學(xué)相比，豐富的多媒體教學(xué)直觀生動(dòng)，更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。多媒體教學(xué)傳輸?shù)男畔⒘看蟆⒔虒W(xué)效率高，更適合新教學(xué)計(jì)劃。

（二）“案例教學(xué)法”應(yīng)用數(shù)值模擬仿真技術(shù)，解決教學(xué)中的難點(diǎn)

傳統(tǒng)教學(xué)方式的直觀感、立體感和動(dòng)態(tài)感等方面的不足，使一些抽象的內(nèi)容難以理解和掌握。在鍛造工藝及模具設(shè)計(jì)這門課程中，探索金屬的流動(dòng)規(guī)律貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程，學(xué)會(huì)理解和分析金屬的流動(dòng)規(guī)律能幫助設(shè)計(jì)合理的鍛造工藝及合理的模具結(jié)構(gòu)。但“金屬流動(dòng)”很抽象，教師難講，學(xué)生難學(xué)。

為了解決教學(xué)中“金屬流動(dòng)”這個(gè)難點(diǎn)，課題組把數(shù)值模擬仿真技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)中。通過(guò)運(yùn)用鍛造成形分析軟件Deform 3D模擬鍛件的成形過(guò)程，可以觀察成形過(guò)程中金屬流動(dòng)狀況、鍛造溫度的變化、鍛件的應(yīng)力應(yīng)變狀況，可以直觀看見(jiàn)“金屬在流動(dòng)、坯料在變形、鍛件逐漸成形”。如在重點(diǎn)內(nèi)容“自由鍛工藝設(shè)計(jì)”講解中，課題組應(yīng)用模擬仿真技術(shù)設(shè)計(jì)了案例教學(xué)，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容制作了“下料-墩粗-局部墩粗-雙面沖孔自由鍛成形”模擬仿真視頻。學(xué)生能目睹圓柱形坯料加熱后在錘頭作用下的整個(gè)變形過(guò)程，能清楚看到金屬的流動(dòng)過(guò)程，也能觀察到金屬變形中溫度的變化。

通過(guò)兩年的實(shí)踐教學(xué)，把數(shù)值模擬仿真技術(shù)應(yīng)用到課件制作中，鍛件成形過(guò)程形象而生動(dòng)，學(xué)生看完后很快理解了金屬流動(dòng)成形、模具控制金屬流動(dòng)的技術(shù)?，F(xiàn)在學(xué)生理解“金屬流動(dòng)”已經(jīng)不再是一個(gè)難題，教學(xué)中的難題迎刃而解。

三、“項(xiàng)目設(shè)計(jì)演練法”培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力

鍛造工藝及模具設(shè)計(jì)要求學(xué)生掌握鍛件的鍛造工藝及鍛模設(shè)計(jì)的方法。在課程結(jié)束后，學(xué)生應(yīng)該掌握中等難度的軸類、盤餅類自由鍛工藝設(shè)、開(kāi)式模鍛工藝設(shè)計(jì)及其鍛模設(shè)計(jì)。由于學(xué)生沒(méi)有工程意識(shí)，在自由鍛工藝、開(kāi)式模鍛工藝?yán)碚撝R(shí)完成后，學(xué)生缺少對(duì)知識(shí)的融會(huì)貫通和運(yùn)用，不知道如何去解決鍛造中的工程問(wèn)題。所以講解完這兩個(gè)章節(jié)，均選擇難度適中的鍛件——齒輪、階梯軸，讓學(xué)生分組實(shí)施工程項(xiàng)目演練，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、協(xié)同工作和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。

如“階梯軸”開(kāi)式模鍛設(shè)計(jì)內(nèi)容：1.根據(jù)零件圖設(shè)計(jì)鍛件圖；2.設(shè)計(jì)熱鍛件圖及終鍛模膛；3.設(shè)計(jì)“計(jì)算毛坯圖”確定制坯工；4.設(shè)計(jì)制坯模膛；5.設(shè)計(jì)制坯模膛；6.鍛件成形模擬仿真。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生應(yīng)用相關(guān)理論知識(shí)來(lái)完成設(shè)計(jì)任務(wù)，最后提交設(shè)計(jì)成果。完成設(shè)計(jì)任務(wù)后，學(xué)生不但掌握了開(kāi)式模鍛工藝、錘鍛模的設(shè)計(jì)方法，而且計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)能力和計(jì)算機(jī)CAE輔助分析能力也得到了極大提高。

設(shè)計(jì)任務(wù)多，涉及的知識(shí)多，課后獨(dú)自完成設(shè)計(jì)任務(wù)難度很大，所以學(xué)生按4人一組實(shí)施項(xiàng)目設(shè)計(jì)，分工合作。每個(gè)小組同學(xué)先消化吸收課堂講解的知識(shí)，理順設(shè)計(jì)思路，分解設(shè)計(jì)任務(wù)，然后相互督促學(xué)習(xí)以完成設(shè)計(jì)任務(wù)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，同學(xué)們積極交流設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，積極通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查找或到圖書館去查閱資料，課后的學(xué)習(xí)積極性高漲。

在教師的幫助和鼓勵(lì)下，學(xué)生克服重重設(shè)計(jì)困難，完成任務(wù)，不但鞏固了理論知識(shí)，綜合設(shè)計(jì)能力得到了極大提高，而且積極創(chuàng)新，變得樂(lè)觀自信。

四、結(jié)束語(yǔ)

為了適應(yīng)新的教學(xué)計(jì)劃，提高教學(xué)質(zhì)量，課題組對(duì)鍛造工藝及模具設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容，多媒體下的教學(xué)模式、教學(xué)方法等進(jìn)行了綜合改革和探索。改革后的教學(xué)能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，給了學(xué)生一個(gè)由表及里、由淺入深、循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)途徑，能更好地培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，能培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力，增強(qiáng)他們的專業(yè)自信心。

通過(guò)三年的教學(xué)改革，課題組教師不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，取得了豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，為鍛造工藝及模具設(shè)計(jì)課程進(jìn)一步改革創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。

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