信息化教學(xué)背景下“沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)” 課程教學(xué)做一體化探索

楊兵 鄭家房 陳傳勝 張作勝 杜蘭萍 劉曉艷

[摘 要] 近年來(lái)，以智慧課堂為代表的信息化教學(xué)成為先進(jìn)的教學(xué)改革手段在高校課堂教學(xué)中得到廣泛運(yùn)用。該文通過教學(xué)效果診斷分析發(fā)現(xiàn)，實(shí)踐性很強(qiáng)的沖壓模具設(shè)計(jì)課程通過信息化教學(xué)和教學(xué)做一體化進(jìn)行“復(fù)合教學(xué)”，可以獲得更好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞] 智慧課堂;信息化教學(xué);教學(xué)做一體化;復(fù)合教學(xué)

[基金項(xiàng)目] 2018—2020年度職業(yè)院校信息化教學(xué)研究課題“基于CAD/CAE/CAM的汽車覆蓋件沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)”（2018LXB02450）;

2018年度安徽高校自然科學(xué)研究重大項(xiàng)目（KJ2018ZD060）;2017年度安徽省省級(jí)質(zhì)量工程大規(guī)模在線開放課程（MOOC）

示范項(xiàng)目“沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)”（2017mooc193）;2016年度安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級(jí)質(zhì)量工程“汽車結(jié)構(gòu)件輕量化關(guān)鍵技術(shù)

研究”（azy2016kj03）

[作者簡(jiǎn)介] 楊 兵（1986—），男，安徽合肥人，安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，在讀博士研究生，研究方向?yàn)闆_壓模具設(shè)計(jì)。

[中圖分類號(hào)] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）23-0367-03? ? [收稿日期] 2019-10-11

2019年2月13日，國(guó)務(wù)院正式印發(fā)《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》，文件指出經(jīng)過5～10年左右時(shí)間，職業(yè)教育基本完成由政府舉辦為主向政府統(tǒng)籌管理、社會(huì)多元辦學(xué)的格局轉(zhuǎn)變，由追求規(guī)模擴(kuò)張向提高質(zhì)量轉(zhuǎn)變，由參照普通教育辦學(xué)模式向企業(yè)社會(huì)參與、專業(yè)特色鮮明的類型教育轉(zhuǎn)變，大幅提升新時(shí)代職業(yè)教育現(xiàn)代化水平。將構(gòu)建職業(yè)教育國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，啟動(dòng)1+X證書制度試點(diǎn)工作;促進(jìn)產(chǎn)教融合校企“雙元”育人，多措并舉打造“雙師型”教師隊(duì)伍;建設(shè)多元辦學(xué)格局;完善技術(shù)技能人才保障政策。這些措施俗稱“職教20條”，并且其中文件明確指出需要“建立健全信息化建設(shè)”。目前，以智慧課堂為代表的信息化教學(xué)手段為高職院校教學(xué)過程帶來(lái)了一場(chǎng)別開生面的改革，其優(yōu)秀的教學(xué)過程成果可以通過每年舉辦的全國(guó)職業(yè)院校教學(xué)信息化大賽得到展示?！皼_壓工藝與模具設(shè)計(jì)”作為模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的核心課程，本門課在《中國(guó)制造2025》背景下培養(yǎng)學(xué)生具備中等專門技術(shù)人才和高素質(zhì)勞動(dòng)者所必須掌握的沖壓模具工藝與模具設(shè)計(jì)基本知識(shí)和技能，同時(shí)將沖壓工藝與沖壓模具通過先進(jìn)的三維設(shè)計(jì)與分析軟件緊密結(jié)合，通過當(dāng)前企業(yè)的產(chǎn)品作為研究對(duì)象進(jìn)行項(xiàng)目式工藝分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，基于工作過程的課程開發(fā)了八大模塊結(jié)構(gòu)，結(jié)合沖壓實(shí)訓(xùn)室，模具拆裝實(shí)訓(xùn)室，數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)室等進(jìn)行教學(xué)做一體化，最終通過沖壓課程設(shè)計(jì)，沖壓畢業(yè)設(shè)計(jì)突出創(chuàng)新應(yīng)用能力。作為一門理論與實(shí)際結(jié)合很強(qiáng)的課程，教學(xué)過程中除了采用現(xiàn)代化教學(xué)信息化的手段外，還需要輔助教學(xué)做一體化的教學(xué)過程，這樣才能培養(yǎng)出具有更高職業(yè)素養(yǎng)能力的學(xué)生，從而滿足企業(yè)對(duì)高質(zhì)量人才的需求。

本文以模具設(shè)計(jì)中“拉深模具設(shè)計(jì)”為例創(chuàng)新性地提出“三階段”教學(xué)改革：（1）統(tǒng)一教學(xué)與分組教學(xué)，個(gè)體學(xué)習(xí)與個(gè)別指導(dǎo)”靈活運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)法、項(xiàng)目導(dǎo)向法、實(shí)例解析法、練習(xí)指導(dǎo)法等組織教學(xué)。（2）“教、學(xué)、做”相結(jié)合的教學(xué)法，實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)+實(shí)例觀摩+分組實(shí)際演練。（3）“工學(xué)結(jié)合、融入式教學(xué)”教學(xué)法：以海爾模具、浩源模具等為平臺(tái)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)遇到的新問題為研究項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)“課堂小企業(yè)，理實(shí)交融;企業(yè)大課堂，德技兼修”。

一、信息化教學(xué)實(shí)踐

信息化教學(xué)是通過運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)手段，開發(fā)教育資源，優(yōu)化教育過程，以培養(yǎng)和提高學(xué)生信息素養(yǎng)為重要目標(biāo)的一種新的教育方式。職業(yè)教育中常見的信息化教學(xué)手段，是把課件、視頻等教學(xué)資源進(jìn)行整合加工后導(dǎo)入職教云中我的云學(xué)苑，除了提前設(shè)置導(dǎo)學(xué)內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)，教師還可以提前把課堂提問、頭腦風(fēng)暴等提前進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。這樣在課堂教學(xué)過程中，師生可以通過手機(jī)上下載的云課堂軟件共同完成教學(xué)過程，課后學(xué)生可以完成老師預(yù)留的作業(yè)。下面以“沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)”課程中“拉深工藝與模具設(shè)計(jì)”為例，對(duì)課堂教學(xué)過程如課前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)、課后復(fù)習(xí)加以陳述和分析。

首先進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，筆者在云課堂中設(shè)置了相關(guān)的拉深視頻，并提出問題進(jìn)行討論：“我們?nèi)粘Ｉ钪心男┊a(chǎn)品是拉深模具制造的？結(jié)合前面所學(xué)彎曲工藝與模具設(shè)計(jì)知識(shí)，如何對(duì)拉深變形過程進(jìn)行應(yīng)力分析？”根據(jù)學(xué)生的討論情況，筆者判斷出學(xué)生對(duì)于拉深模具、彎曲模具、翻邊模具得到的產(chǎn)品容易混淆。這個(gè)在課堂開始階段筆者會(huì)對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)解答。由于高職培養(yǎng)方案注重于實(shí)用性和創(chuàng)新性，對(duì)于復(fù)雜的理論公式推導(dǎo)不宜花太多的時(shí)間來(lái)研究，但是對(duì)于模具設(shè)計(jì)中的工藝分析需要了解成型中產(chǎn)品的基本的應(yīng)力分析。但是值得欣喜的是，通過同學(xué)們的討論，筆者發(fā)現(xiàn)他們已經(jīng)有了通過建模來(lái)研究拉深產(chǎn)品的工藝變形過程的意識(shí)。因?yàn)樵谇懊娴膹澢に嚺c模具設(shè)計(jì)章節(jié)中，曾引導(dǎo)學(xué)生怎么對(duì)一個(gè)陌生的變形過程建模來(lái)簡(jiǎn)單的分析應(yīng)力，我們把板料通過畫線的方法分割成一個(gè)個(gè)正方形，當(dāng)板料完成模具的彎曲后，我們發(fā)現(xiàn)外側(cè)板料的正方形變成了水平方向的長(zhǎng)方形，那意味著外側(cè)的板料受到了拉應(yīng)力，而內(nèi)側(cè)板料的正方形變成了垂直方向的長(zhǎng)方形，那意味著內(nèi)側(cè)的板料受到了壓應(yīng)力。因此我們得出了一個(gè)非常重要的結(jié)論：“在彎曲過程中，外側(cè)板料受拉，內(nèi)側(cè)板料受壓?！睆亩龑?dǎo)出中性層的概念，這樣同學(xué)們記憶很深刻。這次學(xué)習(xí)新的課程內(nèi)容，他們自然而然聯(lián)想到當(dāng)時(shí)講的方法：通過網(wǎng)格法來(lái)判斷拉深應(yīng)力。通過預(yù)習(xí)的視頻，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)無(wú)凸緣拉深的坯料是通過圓形的坯料來(lái)完成的，通過網(wǎng)格法，他們把板料分割成一個(gè)個(gè)的同心圓。他們發(fā)現(xiàn)坯料由原來(lái)的扇形變成了現(xiàn)在的矩形。但是究竟在什么應(yīng)力下才能由扇形變成矩形，他們充滿了疑問，帶著疑問我們開始了課堂教學(xué)。這樣有的放矢地進(jìn)行課堂教學(xué)，教學(xué)效果更好。

在課堂教學(xué)過程中，筆者首先對(duì)第一個(gè)討論的問題進(jìn)行了解答，并強(qiáng)調(diào)第二個(gè)問題是我們此節(jié)課的重點(diǎn)：板料在什么應(yīng)力下才能由扇形變成矩形？通過制作一個(gè)動(dòng)畫示意的方式，學(xué)生們明白了原來(lái)扇形可以通過兩側(cè)受壓、前后受拉的方式由扇形變成了矩形。這樣他們就知道了板料在拉深過程中重要的應(yīng)力狀態(tài)：切向受壓應(yīng)力，徑向受拉應(yīng)力。通過資源庫(kù)導(dǎo)入簡(jiǎn)單的動(dòng)畫模型避免了復(fù)雜的理論推導(dǎo)過程，而且正是因?yàn)榍邢蚴艿綁簯?yīng)力，板料才會(huì)發(fā)生起皺現(xiàn)象，從而引出了本節(jié)課的重點(diǎn)：拉深中的起皺現(xiàn)象。為了調(diào)動(dòng)同學(xué)的積極性，我們開展了頭腦風(fēng)暴：如何減少拉深中的起皺現(xiàn)象。通過歸納同學(xué)們意見后，我們確定模具的壓邊圈設(shè)置是最有效減少起皺的方法。為了增加課堂的學(xué)習(xí)氣氛，我們對(duì)模具進(jìn)行了虛擬裝配，把班級(jí)分成小組，進(jìn)行了小組PK，看哪個(gè)小組能準(zhǔn)確完成拉深模具結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確裝配。這樣，學(xué)生在比賽過程中又加深了對(duì)模具結(jié)構(gòu)的理解。為了準(zhǔn)確把握學(xué)生對(duì)本節(jié)知識(shí)的掌握情況，我們還進(jìn)行了課堂測(cè)驗(yàn)，通過測(cè)驗(yàn)了解學(xué)生對(duì)哪些知識(shí)點(diǎn)仍然存在薄弱現(xiàn)象，從而有的放矢的進(jìn)行補(bǔ)充。在課堂教學(xué)過程后，利用云課堂作業(yè)布置對(duì)本次課程進(jìn)行鞏固。如果有同學(xué)對(duì)知識(shí)點(diǎn)仍然不了解的，可以通過職教云提前錄播的MOOC課程進(jìn)行復(fù)習(xí)，而教師本人可以對(duì)云課堂軟件獲得的大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行反思，對(duì)學(xué)生獲得知識(shí)進(jìn)行總結(jié)，對(duì)學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

二、教學(xué)做一體化教學(xué)實(shí)踐

因?yàn)槟＞哳悓I(yè)是一門實(shí)踐類很強(qiáng)的專業(yè)，除了掌握扎實(shí)的理論知識(shí)，企業(yè)希望學(xué)校培養(yǎng)的學(xué)生在模具相關(guān)設(shè)備操作可以快速上手，對(duì)沖壓產(chǎn)品可能出現(xiàn)的各種缺陷可以利用所學(xué)的知識(shí)來(lái)處理，可以通過過程控制來(lái)得到高質(zhì)量的產(chǎn)品。這樣會(huì)減少學(xué)生二次培訓(xùn)時(shí)間，為企業(yè)增加效益的同時(shí)降低了成本。為了實(shí)現(xiàn)“教”“學(xué)”“做”一體化目標(biāo)，我們分別在常規(guī)教室、模具設(shè)計(jì)室和數(shù)控加工車間開展了教學(xué)。針對(duì)拉深工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容：第一步，采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法在課堂上面授的形式。首先根據(jù)體積不變?cè)碛?jì)算了毛坯的尺寸，然后根據(jù)極限拉深系數(shù)來(lái)判斷拉深次數(shù)，并且根據(jù)實(shí)際拉深系數(shù)來(lái)計(jì)算半成品的尺寸，最后確定模具的相關(guān)尺寸。第二步，同學(xué)們?cè)谀＞咴O(shè)計(jì)室根據(jù)計(jì)算確定前面的工藝參數(shù)進(jìn)行三維模具造型，并且導(dǎo)出可以加工的程序。第三步，在數(shù)控加工車間，同學(xué)們可以利用數(shù)控銑削方式加工制成所需要的模具。教學(xué)目標(biāo)達(dá)成后，學(xué)生能正確進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)的工藝計(jì)算，能完成中等復(fù)雜程度的模具設(shè)計(jì)任務(wù)，基本能完成沖壓模具的安裝、調(diào)試與制件的生產(chǎn)操作，通過教學(xué)做一體化教學(xué)改革，教學(xué)效果得到了明顯改善，同學(xué)們避免了“眼高手低”的弱點(diǎn)，提高了學(xué)生的職業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。然而在教學(xué)反饋來(lái)看，“教”的內(nèi)容仍然拘泥于傳統(tǒng)教材，與現(xiàn)代化的模具CAE工藝設(shè)計(jì)方法相差甚遠(yuǎn)，導(dǎo)致學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)與職業(yè)技能仍有一定的脫節(jié)。同時(shí)，教師需要在課堂講授較多的理論知識(shí)，而學(xué)生的接受能力具有差異，導(dǎo)致同學(xué)們掌握的程度參差不齊，這直接導(dǎo)致后續(xù)的“學(xué)”“做”效果大打折扣。

三、信息化教學(xué)和教學(xué)做一體化復(fù)合教學(xué)

為了實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高質(zhì)量學(xué)生的目標(biāo)，可以采用信息化教學(xué)和教學(xué)做一體化復(fù)合的教學(xué)模式。首先教師要走進(jìn)工廠，和工廠的工程師一起學(xué)習(xí)和共同分析解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種問題，然后把最新的專業(yè)技能和知識(shí)進(jìn)行提煉，開發(fā)校本特色教材，并且通過信息化手段實(shí)現(xiàn)相關(guān)課件、視頻、動(dòng)畫等教學(xué)資源在線，開放了大規(guī)模MOOC課堂，最終達(dá)到學(xué)生在課堂上“身臨其境”的學(xué)習(xí)到最新的生產(chǎn)方法和工作技巧。如下是汽車覆蓋件拉深模具設(shè)計(jì)復(fù)合教學(xué)改革的措施。

（一）校企合作，線上線下一體化信息化教學(xué)

首先進(jìn)行課程設(shè)計(jì)中“教”部分的改革創(chuàng)新。通過校企合作，訂單式培養(yǎng)，采用現(xiàn)代學(xué)徒制，和企業(yè)共同開發(fā)校本教材，具體操作中把課堂“搬到了”長(zhǎng)安汽車的生產(chǎn)車間，讓同學(xué)“連線”行業(yè)專家，讓行業(yè)資深工程師帶來(lái)模具設(shè)計(jì)中最新理念，并且通過在線觀看了汽車車門板如何實(shí)現(xiàn)從平板毛坯經(jīng)過各道級(jí)進(jìn)模具成型從而得到最終產(chǎn)品的過程，讓同學(xué)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，而且針對(duì)傳統(tǒng)教材中的重難點(diǎn)分析計(jì)算，我們通過上線提前錄制完成的教學(xué)視頻，這樣即使同學(xué)們課堂上有未掌握的知識(shí)點(diǎn)，他們也可以通過課后觀看視頻來(lái)理解，而課堂的教學(xué)更多的通過提問、答疑以及頭腦風(fēng)暴的形式來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)效果。

（二）項(xiàng)目式教學(xué)，教學(xué)做一體化設(shè)計(jì)

針對(duì)模具設(shè)計(jì)中的工藝設(shè)計(jì)“學(xué)”部分，我們對(duì)教材傳統(tǒng)的計(jì)算法進(jìn)行簡(jiǎn)單概述后，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，采用項(xiàng)目式教學(xué)方法把教學(xué)內(nèi)容整合成六大模塊，采用當(dāng)前企業(yè)使用的最先進(jìn)的CAE分析軟件Autoforrm進(jìn)行逆向分析得出最優(yōu)的工藝參數(shù)。首先需要對(duì)軟件的英文界面進(jìn)行了介紹，讓同學(xué)知道每個(gè)命令的作用，然后筆者和同學(xué)們一起進(jìn)行觀摩福特研發(fā)工程師對(duì)汽車梁類產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)際CAE仿真過程，整個(gè)工藝分析主要包括沖壓方向的確定、沖壓工序的安排、壓料面的確定。仿真結(jié)果的顯示。如果仿真結(jié)果顯示有起皺和拉裂問題，那么需要重新調(diào)整模具圓角等參數(shù)，或者增加拉延筋等方法進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，同學(xué)在這個(gè)過程中可以觀摩完工程師的做法后自行進(jìn)行CAE仿真學(xué)習(xí)操作。遇到問題還可以在線與工程師進(jìn)行溝通。在仿真結(jié)果安全的情況下最終從CAE軟件中可以得出坯料線、CAE分析線。凸模輪廓線等工藝參數(shù)。通過導(dǎo)入這些工藝參數(shù)同學(xué)們可以在老師的指導(dǎo)下在CAD軟件UG中進(jìn)行三維建模，然后通過UG軟件把建模完成的的凸模、凹模、壓邊圈等結(jié)構(gòu)導(dǎo)出適用于數(shù)控加工的dxf刀路圖，為了檢驗(yàn)同學(xué)編程的正確性，我們對(duì)其還進(jìn)行了數(shù)控仿真。在仿真結(jié)果正確的前提下，同學(xué)們利用數(shù)控加工CAM的方法對(duì)模具部件進(jìn)行銑削加工，在同學(xué)們親自動(dòng)手進(jìn)行加工過程中，他們又復(fù)習(xí)了數(shù)控銑削對(duì)刀方法、三坐標(biāo)檢測(cè)方法、線切工加工方法。最終用加工合格的模具結(jié)構(gòu)和彈簧、銷釘、螺釘?shù)葮?biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行組裝就可以得到完整的模具了。在整個(gè)教學(xué)工程中，所有的教學(xué)資源都實(shí)現(xiàn)了上線，同學(xué)們可以隨時(shí)進(jìn)行點(diǎn)擊學(xué)習(xí)，而且在教學(xué)過程中有當(dāng)前名企的工程師和老師共同的“教”，有同學(xué)們參考著一起“學(xué)”，并且實(shí)現(xiàn)親自動(dòng)手操作進(jìn)行“做”，最終實(shí)現(xiàn)“教學(xué)做一體化”的目標(biāo)。然后通過試題庫(kù)中的試題對(duì)教學(xué)重點(diǎn)進(jìn)行考核，并根據(jù)教學(xué)成果反饋有針對(duì)性地進(jìn)行答疑解惑。

通過云課堂過程提取的教學(xué)效果分析發(fā)現(xiàn)，通過信息化和教學(xué)做一體化的復(fù)合教學(xué)，可以取得更加良好的教學(xué)效果。不僅學(xué)生可以隨時(shí)隨地把課件等理論知識(shí)當(dāng)作“百科全書”，需要的時(shí)候隨時(shí)查閱，更重要的是通過信息化手段與現(xiàn)代最新的企業(yè)沖壓工藝技術(shù)接軌，更能“身臨其境”接受與一線的企業(yè)工程師答疑解惑，更好地為企業(yè)培養(yǎng)滿足各項(xiàng)要求的復(fù)合型人才。

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Exploration on the Integration of Teaching-learning-doing in Stamping Die Design Course under the Background of Information Teaching

YANG Bing，ZHENG Jia-fang，CHEN Chuan-sheng，ZHANG Zuo-sheng，DU Lan-ping，LIU Xiao-yan

（Anhui Vocational and Technical College，Hefei，Anhui 230011，China）

Abstract：Recently，informatization teaching represented by wisdom classroom has become the advanced teaching reform method and has been widely used in classroom teaching of colleges and universities.Through the analysis of the teaching effects，it is found that the highly practical course in Stamping Die Design can achieve better teaching effects through "compound teaching" of informatization teaching and the integration of teaching-learning-doing.

Key words：wisdom classroom;informatization teaching;integration of teaching-learning-doing;compound teaching