材料加工工程專業(yè)技術(shù)課程創(chuàng)新性教學(xué)研究

李明驁

(重慶理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400054)

重慶作為汽車產(chǎn)業(yè)西南集群的核心，是中國微型轎車的生產(chǎn)基地，擁有產(chǎn)業(yè)最先進(jìn)的技術(shù)以及廣闊的發(fā)展空間，汽車產(chǎn)業(yè)也是重慶重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一[1]。而在汽車制造及其零件加工領(lǐng)域，就學(xué)生就業(yè)及科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景而言，材料加工工程專業(yè)的高等教育課程起著至關(guān)重要的作用，是材料科學(xué)領(lǐng)域工程技術(shù)人員的知識體系基礎(chǔ)。

作為重慶地區(qū)重要的工科院校，重慶理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料加工工程專業(yè)為汽車及其相關(guān)制造行業(yè)輸送了大量的優(yōu)秀畢業(yè)生，但是由于近些年高等院校的大規(guī)模擴(kuò)招，該專業(yè)的教學(xué)重點(diǎn)多側(cè)重于模具制造技術(shù)及材料成型工藝等課程的理論知識授課，對學(xué)生的工程實(shí)踐能力培養(yǎng)被大幅度削弱，不足以使學(xué)生全面了解企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)過程，導(dǎo)致教學(xué)與實(shí)際工程應(yīng)用脫節(jié)。學(xué)生對所學(xué)習(xí)的專業(yè)知識只停留在理論概念層面，不能夠?qū)⒗碚撝R與工程實(shí)踐有效結(jié)合，無法滿足企業(yè)對高級技術(shù)人員的需求[2-6]。作為材料加工工程的核心專業(yè)課程，模具制造技術(shù)主要對模具的不同加工方法、工藝、裝配及基本原理進(jìn)行介紹，對于學(xué)生掌握工程零件制造等相關(guān)知識有著重要作用，但是其理論知識抽象復(fù)雜，導(dǎo)致教師講解、學(xué)生理解難度均較大，因此，為了提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，希望通過調(diào)整該課程的教學(xué)模式、考核方式等，將專業(yè)理論、科學(xué)研究與生產(chǎn)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，有效調(diào)動學(xué)生的積極性，提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)。

1 調(diào)整課程結(jié)構(gòu)，著重理論實(shí)踐結(jié)合

傳統(tǒng)模具制造技術(shù)課程的理論教學(xué)為40學(xué)時，包括模具的機(jī)械、數(shù)控等加工技術(shù)及制造工藝、裝配方法等，要求學(xué)生掌握各種現(xiàn)代模具加工制造的方法、基本原理、特點(diǎn)與相關(guān)應(yīng)用，以及各種制造方法對模具結(jié)構(gòu)的要求。該課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式側(cè)重于理論授課，學(xué)生了解生產(chǎn)實(shí)踐的機(jī)會僅限于課堂上相關(guān)課件、動畫或者視頻的展示，由于規(guī)定的理論教學(xué)任務(wù)重，授課教師無法針對每項(xiàng)理論知識進(jìn)行相應(yīng)的工程應(yīng)用關(guān)聯(lián)。基于以上問題，經(jīng)過前期教學(xué)方法探索及課程結(jié)構(gòu)的改革，教研組在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，增加了工程實(shí)踐強(qiáng)化訓(xùn)練環(huán)節(jié)，并實(shí)行“理論教學(xué)32學(xué)時+工程應(yīng)用訓(xùn)練8學(xué)時”的教學(xué)模式。其中理論教學(xué)部分應(yīng)抓住重點(diǎn)，濃縮經(jīng)典部分，同時穿插企業(yè)工程實(shí)習(xí)，授課教師在工程制造現(xiàn)場對相應(yīng)理論知識和工程實(shí)踐進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以企業(yè)的生產(chǎn)需要為出發(fā)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生思維方式的轉(zhuǎn)變，每8學(xué)時的理論教學(xué)穿插2學(xué)時的工程應(yīng)用強(qiáng)化訓(xùn)練，以實(shí)踐加深學(xué)生對理論知識的理解和掌握，以理論知識指導(dǎo)并培養(yǎng)學(xué)生自身的動手能力，滿足企業(yè)對高級技術(shù)人才的需求。

2 增加實(shí)踐強(qiáng)化訓(xùn)練，豐富考核方式

在傳統(tǒng)的理論教學(xué)模式下，學(xué)生唯學(xué)分式思維根深蒂固，無法對理論知識深入理解并熟練掌握，大多依靠對教材知識點(diǎn)的死記硬背以便應(yīng)付考試，以學(xué)分為最終目的，因此，學(xué)生對專業(yè)課程的理解基本停留在理論、概念層面。為了協(xié)調(diào)教學(xué)改革過程中模具制造技術(shù)課程結(jié)構(gòu)的變化，現(xiàn)調(diào)整該課程的考核方式，由傳統(tǒng)的“平時出勤(10%)+課堂表現(xiàn)(10%)+期末考試試卷成績(80%)”，調(diào)整為“平時出勤(10%)+課堂表現(xiàn)(10%)+工程實(shí)踐報告成績(20%)+期末考試試卷成績(60%)”。將學(xué)生分為若干工程實(shí)踐訓(xùn)練小組，每2課時的工程應(yīng)用強(qiáng)化訓(xùn)練完成后，進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練小組內(nèi)部討論，基于專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，對企業(yè)實(shí)際的生產(chǎn)及管理問題進(jìn)行研究，探討問題的解決途徑和方法，并形成工程實(shí)踐訓(xùn)練報告，作為最終成績評估的內(nèi)容之一。引導(dǎo)學(xué)生在解決企業(yè)工程或管理問題的過程中進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)思維及思考方式，依托模具制造技術(shù)這門專業(yè)核心課，以直觀的企業(yè)實(shí)際問題調(diào)動學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力。

3 加強(qiáng)科研創(chuàng)新培養(yǎng)，轉(zhuǎn)變學(xué)生觀念

模塊化理論教學(xué)搭配工程應(yīng)用強(qiáng)化訓(xùn)練，模具制造技術(shù)課程的理論教學(xué)可以分為4個模塊，分別為：(1)模具的數(shù)控及機(jī)械加工，(2)模具的電化學(xué)及電火花加工，(3)模具的加工工藝，(4)模具的裝配。雖然該課程主要針對企業(yè)的實(shí)際工程生產(chǎn)，相關(guān)工藝、技術(shù)方法逐漸趨于成熟，但是隨著科技的進(jìn)步和工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，新的環(huán)境下會產(chǎn)生更加復(fù)雜并亟待解決的技術(shù)難題，例如，磨削加工時如何在保證零件尺寸精度的同時提高撓曲薄金屬板材的生產(chǎn)效率？如何有效避免或改善機(jī)械加工過程中模具表面或內(nèi)部的殘余應(yīng)力？類似的很多問題都需要利用創(chuàng)新性的科學(xué)研究去解決。

授課教師需要結(jié)合自身科研經(jīng)歷，在理論教學(xué)和工程實(shí)踐訓(xùn)練過程中聯(lián)系相關(guān)國內(nèi)外科學(xué)技術(shù)前沿，展示相關(guān)科研成果、創(chuàng)新技術(shù)等，使學(xué)生以創(chuàng)新型思維看待企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)問題和傳統(tǒng)的專業(yè)知識，不拘泥于陳舊案例及工程實(shí)例的學(xué)習(xí)和思考。同時，經(jīng)常組織成績突出的高年級本科生或者研究生結(jié)合自身的科研經(jīng)歷就科研創(chuàng)新、工程實(shí)踐及理論知識，與低年級本科生進(jìn)行探討，形成研究生牽頭的科研小組，參加各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)類、科研類競賽，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。理論、科研及實(shí)踐之間的相互關(guān)聯(lián)即為專業(yè)知識學(xué)以致用的過程，以此過程促使學(xué)生體會專業(yè)課程趣味性、實(shí)用性的同時激發(fā)其創(chuàng)新性思維，從根本上削弱專業(yè)課程學(xué)習(xí)的功利性思想。

4 仿真模擬與實(shí)踐相結(jié)合，調(diào)動學(xué)生積極性

模具制造技術(shù)教材中的理論知識抽象復(fù)雜、理解難度大，同時模具制造通常是三維的、立體的加工過程，教材中二維圖像不足以直觀展示模具制造過程，因此，授課教師講解難度大，學(xué)生學(xué)習(xí)難度大，長時間容易造成學(xué)生積極性下降。針對以上問題，授課教師除了展示相關(guān)視頻、課件外，還可以引入仿真模擬教學(xué)，進(jìn)而增加課堂學(xué)習(xí)的趣味性，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。如圖1所示，為某型號航天用彎管零件精密鑄造的澆注系統(tǒng)模擬，通過澆注系統(tǒng)的計算及模擬，可以直觀的觀察到鑄造工藝過程中零件的溫度場分布、金屬流動及縮孔、縮松等缺陷的產(chǎn)生，三維建模和仿真軟件能夠識別加工缺陷及其形成原因，進(jìn)而正確設(shè)計模具以實(shí)現(xiàn)無缺陷零件的制造，同時結(jié)合流體力學(xué)規(guī)律，采用合適的金屬流體流動規(guī)律設(shè)計澆口，在實(shí)際的鑄造模具設(shè)計及制造中制定合理的工藝流程，獲得更高的成品率，提高零件的生產(chǎn)效率。理論課程教學(xué)過程中，相關(guān)的模擬和建模不但能夠生動的闡述零件制造的先進(jìn)預(yù)測手段，而且可以立體的展示模具、零件的制造過程，結(jié)合工程實(shí)踐訓(xùn)練，促使二維的理論內(nèi)容轉(zhuǎn)化為三維立體的工程實(shí)踐問題，便于學(xué)生理解抽象的專業(yè)知識，調(diào)動學(xué)生積極性，進(jìn)而提高課堂的教學(xué)質(zhì)量。

圖1 某航天用彎管零件澆注系統(tǒng)模擬

5 結(jié) 語

在高等教育的人才培養(yǎng)階段，高等教育院校具有理論及創(chuàng)新型研究的優(yōu)勢，但是企業(yè)往往需要的是具有一定工程應(yīng)用背景的畢業(yè)生，進(jìn)而大幅度縮短大學(xué)生畢業(yè)后投入實(shí)際生產(chǎn)工作的過渡時間，提高企業(yè)效益的同時增強(qiáng)工程人員的技術(shù)能力。因此，緊密聯(lián)系高校教育及企業(yè)需求，依托兩者關(guān)聯(lián)性較高的專業(yè)核心課程，建立學(xué)校與企業(yè)相結(jié)合的復(fù)合教育機(jī)制，促使工程實(shí)踐始終伴隨理論教學(xué)過程，從而培養(yǎng)出應(yīng)用型、創(chuàng)新型的高素質(zhì)人才，能夠更好的服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的改革。