“六說(shuō)”《材料成型數(shù)值模擬技術(shù)》課程

張肖肖 張 俊 孫肖霞 王星星

(宿遷學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 江蘇 宿遷 223800)

引言

課程是人才培養(yǎng)的基本單元，課堂教學(xué)質(zhì)量直接關(guān)系到人才培養(yǎng)的質(zhì)量，任課教師是課程建設(shè)的直接負(fù)責(zé)人，教師要了解自己所授課程的基本情況，把握好自己所授課程在課程體系中的位置，教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容(含課程思政)、教學(xué)方法、教學(xué)手段與考核評(píng)價(jià)，要與課程特點(diǎn)和人才培養(yǎng)要求吻合，為實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)服務(wù)?！罢f(shuō)課”是教師從教育理論的高度對(duì)課程在培養(yǎng)方案中的定位以及教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)與實(shí)施等環(huán)節(jié)進(jìn)行解讀，其核心是要說(shuō)明“教什么、怎么教、為什么這么教”的問(wèn)題[1]。本文以《材料成型數(shù)值模擬技術(shù)》課程為例，圍繞各個(gè)指標(biāo)點(diǎn)展開(kāi)“六說(shuō)”[2]。

1 課程概況

《材料成型數(shù)值模擬技術(shù)》是材料成型及控制工程、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化(模具設(shè)計(jì))(專轉(zhuǎn)本)專業(yè)的一門專業(yè)選修課(32學(xué)時(shí)、2學(xué)分)，結(jié)合本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)之一(注塑模具工程師)，本課程主要是以介紹Moldflow軟件為主的理實(shí)一體化課程，機(jī)電學(xué)院配備有專業(yè)的成型過(guò)程模擬實(shí)驗(yàn)室，為本課程的開(kāi)展奠定了硬軟件基礎(chǔ)。

本課程內(nèi)容主要包括限元仿真及成型仿真基礎(chǔ)、注塑成型CAE操作技能、模流分析及方案優(yōu)化三個(gè)方面，主要以注塑成型工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化為主線，將學(xué)生前期已修的成型工藝與模具設(shè)計(jì)、材料科學(xué)基礎(chǔ)等課程的理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用相融合，將專業(yè)技能、工匠精神以及職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)相滲透，主要采用項(xiàng)目化、案例式教學(xué)方法進(jìn)行線上線下混合教學(xué)，考核評(píng)價(jià)形式由團(tuán)隊(duì)作業(yè)、階段性考核、線上學(xué)習(xí)、期末考試(閉卷機(jī)考)共同組成。

2 “六說(shuō)”指標(biāo)點(diǎn)

2.1 課程對(duì)人才培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、學(xué)校定位的支持度

《材料成型數(shù)值模擬技術(shù)》課程主要講授塑料成型流動(dòng)、保壓過(guò)程中壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)的模擬，用于流道、冷卻水路以及模具結(jié)構(gòu)的分析與優(yōu)化，以此減少修模次數(shù)并降低模具報(bào)廢率[3]，是一門與模具企業(yè)實(shí)際設(shè)計(jì)生產(chǎn)緊密結(jié)合的課程，因此本課程契合學(xué)校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的辦學(xué)定位。

通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)達(dá)到以下4個(gè)方面的目標(biāo)：了解材料成型數(shù)值模擬(CAE)軟件的發(fā)展歷程、技術(shù)基礎(chǔ)和前沿科技，具有高度的職業(yè)認(rèn)同感和使命感，并理解工程師需承擔(dān)的責(zé)任；熟悉一種行業(yè)常用的CAE軟件，掌握其專業(yè)模塊的操作流程和技能，并熟練運(yùn)用其完成不同工藝條件下的復(fù)雜制件成型過(guò)程仿真；能夠?qū)Σ牧铣尚头桨傅暮侠硇约翱尚行赃M(jìn)行正確評(píng)估，針對(duì)成型缺陷問(wèn)題，自主查閱文獻(xiàn)和研究分析，應(yīng)用材料成型及相關(guān)理論基礎(chǔ)知識(shí)，制定和優(yōu)化創(chuàng)新成型工藝方案；能夠增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)及有效的溝通和交流能力。

以上4方面課程目標(biāo)的達(dá)成可有效支撐包括問(wèn)題分析能力、研究能力、使用現(xiàn)代工具能力、終身學(xué)習(xí)能力等4方面的畢業(yè)要求。根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)要求，經(jīng)過(guò)同行企業(yè)專家、校內(nèi)學(xué)科專家和課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)共同研討制訂了課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配方案，如表1所示。

表1 各教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)分配表

2.2 課程在培養(yǎng)方案課程體系中的定位

本課程目前在大三下學(xué)期與《模具CAD/CAM技術(shù)》等課程協(xié)同開(kāi)展，構(gòu)成了模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造課程群，本課程的先修課程為《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》、《高分子材料基礎(chǔ)》等專業(yè)課，各課程間深度融合可提升學(xué)生的綜合技能和素質(zhì)，為后期的生產(chǎn)實(shí)踐和畢業(yè)設(shè)計(jì)夯實(shí)基礎(chǔ)。

2.3 課程OBE教學(xué)改革實(shí)施情況

以O(shè)BE教育理念持續(xù)對(duì)本課程開(kāi)展教學(xué)改革，相關(guān)舉措已到校級(jí)立項(xiàng)資助(項(xiàng)目號(hào)：SQU2022JGYB08)。以培養(yǎng)學(xué)生解決企業(yè)工程實(shí)踐問(wèn)題的能力為產(chǎn)出導(dǎo)向，以學(xué)生為中心組建學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)，利用項(xiàng)目教學(xué)方法將課程與企業(yè)實(shí)際設(shè)計(jì)生產(chǎn)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，將知識(shí)點(diǎn)穿插在預(yù)先設(shè)計(jì)好的項(xiàng)目任務(wù)中，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，提高學(xué)生自主探索的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、鉆研精神、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)以及動(dòng)手解決問(wèn)題的能力，學(xué)生通過(guò)實(shí)戰(zhàn)演練從探索過(guò)程中汲取知識(shí)點(diǎn)并鞏固所學(xué)知識(shí)，盡早適應(yīng)企業(yè)實(shí)際設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程[4]。

2.4 課程思政實(shí)施情況

課程六大核心內(nèi)容均包含課程思政元素：有限元仿真及成型仿真基礎(chǔ)教學(xué)過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生用發(fā)展的眼光看待問(wèn)題，用改革創(chuàng)新的辦法解決問(wèn)題；Moldflow軟件簡(jiǎn)介與模型簡(jiǎn)化教學(xué)過(guò)程中，融入化繁為簡(jiǎn)、以簡(jiǎn)馭繁的思想；網(wǎng)格劃分與診斷修復(fù)教學(xué)過(guò)程中，教導(dǎo)學(xué)生要循序漸進(jìn)、一步一個(gè)腳印的穩(wěn)步推進(jìn)；幾何建模教學(xué)過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生細(xì)心觀察的能力；成型工藝設(shè)置教學(xué)過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生多方位、多角度分析問(wèn)題的能力；模流優(yōu)化分析教學(xué)過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的工匠精神。

2.5 觀摩課程教學(xué)設(shè)計(jì)

為清晰表述課程教學(xué)設(shè)計(jì)方案，本文以2學(xué)時(shí)的注塑成型仿真基礎(chǔ)課堂教學(xué)為例，對(duì)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重難點(diǎn)、教學(xué)實(shí)施過(guò)程等環(huán)節(jié)進(jìn)行展示。本次課的教學(xué)目標(biāo)主要是：明確課程的學(xué)習(xí)背景、學(xué)習(xí)方法及合格的模流分析工程師應(yīng)具備的知識(shí)；理解有限元法的基本思想、特點(diǎn)及分析流程；掌握循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)技能，具備發(fā)展的眼光看問(wèn)題能力和創(chuàng)新能力。教學(xué)重點(diǎn)是：成型仿真的意義；分析流程。教學(xué)難點(diǎn)是：有限元法的底層數(shù)學(xué)邏輯；有限法與注塑工藝及模具設(shè)計(jì)制造的有機(jī)結(jié)合。本次課主要借助多媒體課件和學(xué)習(xí)通APP進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)。教學(xué)設(shè)計(jì)與過(guò)程思維導(dǎo)圖如圖1所示。課后對(duì)本次課進(jìn)行總結(jié)反思，撰寫教后感：學(xué)生對(duì)利用有限元法優(yōu)化注塑成型工藝、減少模具設(shè)計(jì)制造周期的方法很感興趣；學(xué)生大多領(lǐng)悟了有限元法“由繁化簡(jiǎn)”的基本思想；結(jié)合適合圖例的方法激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；學(xué)生對(duì)有限元法的數(shù)學(xué)底層邏輯不是很清楚，以后的課中，可以適時(shí)補(bǔ)充。

圖1 教學(xué)設(shè)計(jì)與過(guò)程思維導(dǎo)圖

對(duì)于后續(xù)的30學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容，主要采用項(xiàng)目式教學(xué)法[5]，教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施步驟為：5分鐘回顧上節(jié)課內(nèi)容，以提問(wèn)形式與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，采用啟發(fā)式教學(xué)法引入新課程內(nèi)容，并將之以內(nèi)容提要的形式展示給學(xué)生，每節(jié)課通常包含5～8個(gè)教學(xué)案例，接下來(lái)的65分鐘，教師演示每個(gè)案例，學(xué)生動(dòng)手操作，并實(shí)時(shí)提交軟件界面截圖，教師根據(jù)學(xué)生的掌握情況調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，演示教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)束后利用5分鐘時(shí)間進(jìn)行總結(jié)教學(xué)，剩下15分鐘進(jìn)行隨堂測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容為本次課演示案例的綜合提高題。

2.6 課程資源建設(shè)

該課程所在模具設(shè)計(jì)與制造教學(xué)團(tuán)隊(duì)已在“學(xué)習(xí)通”APP建設(shè)了課程資源共享互動(dòng)平臺(tái)[6]，其中涵蓋教案、章節(jié)內(nèi)容、視頻資料、PPT、講稿、通知、作業(yè)、考試、討論、學(xué)習(xí)統(tǒng)計(jì)等資源模塊，為師生提供了便利的在線學(xué)習(xí)、互動(dòng)渠道。

2.7 課程教學(xué)方法與手段的創(chuàng)新

課堂教學(xué)以學(xué)生為主體進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)，教師導(dǎo)學(xué)輔助學(xué)生分組學(xué)習(xí)，使得教學(xué)過(guò)程更有針對(duì)性，更直接具體，不再枯燥；在具體項(xiàng)目案例的分析上，適時(shí)地引導(dǎo)學(xué)生思考并發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析的能力；在項(xiàng)目進(jìn)行中積極引導(dǎo)學(xué)生把任何一個(gè)問(wèn)題都從工程實(shí)際出發(fā)，探討問(wèn)題的實(shí)際意義；應(yīng)用軟件處理材料成型問(wèn)題中，要求學(xué)生對(duì)每一種處理的方法給出理由，要求學(xué)生思考模型的簡(jiǎn)化、參數(shù)的設(shè)置是否基于工程實(shí)際，對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果的誤差產(chǎn)生多大影響，模擬結(jié)果對(duì)工程實(shí)際有多大指導(dǎo)意義等問(wèn)題。

2.8 課程目標(biāo)達(dá)成情況及持續(xù)改進(jìn)機(jī)制的建立

本學(xué)期，該課程已開(kāi)展16學(xué)時(shí)，進(jìn)程過(guò)半，從學(xué)生課堂表現(xiàn)、隨堂測(cè)試以及課后作業(yè)等情況可知，本課程已完成了現(xiàn)階段的既定目標(biāo)，即：學(xué)生了解了模具CAE的發(fā)展歷程、技術(shù)基礎(chǔ)和前沿科技，初步形成了職業(yè)認(rèn)同感和使命感，理解了工程師需承擔(dān)的責(zé)任；熟悉了CAE商業(yè)軟件moldflow，初步掌握了各模塊的操作流程和技能，能夠初步運(yùn)用其完成不同工藝條件下的塑件成型過(guò)程仿真；能夠?qū)Σ牧铣尚头桨傅暮侠硇约翱尚行赃M(jìn)行初步評(píng)估；學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力等到加強(qiáng)，團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)及有效的溝通和交流能力得到鍛煉。

2.9 存在的問(wèn)題及對(duì)策

存在的問(wèn)題：部分學(xué)生對(duì)《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》、《高分子材料基礎(chǔ)》等先修課程掌握程度不夠、理解不深，導(dǎo)致對(duì)本課程部分內(nèi)容認(rèn)識(shí)膚淺，未能做到融會(huì)貫通；部分學(xué)生未能厘清本課程與《模具CAD/CAM技術(shù)》等并行課程之間的關(guān)系，未能達(dá)到協(xié)同發(fā)展的目的；部分學(xué)生未能正確認(rèn)識(shí)數(shù)值模擬方法指導(dǎo)工程實(shí)際問(wèn)題的意義。

對(duì)策：教師在教學(xué)過(guò)程中，實(shí)時(shí)補(bǔ)充學(xué)生欠缺的知識(shí)內(nèi)容，講解各個(gè)知識(shí)模塊的來(lái)龍去脈，幫助學(xué)生厘清各知識(shí)點(diǎn)間的邏輯關(guān)系；在課程的設(shè)計(jì)上，以提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力為主要目標(biāo)，安排與工程實(shí)際緊密貼合的實(shí)踐問(wèn)題，以加深學(xué)生對(duì)各知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)程度，讓學(xué)生在實(shí)際問(wèn)題分析中，正確認(rèn)識(shí)數(shù)值模擬方法分析工程實(shí)際問(wèn)題的優(yōu)劣性。

3 結(jié)論

通過(guò)“六說(shuō)”課程，梳理了課程建設(shè)的工作思路，促進(jìn)加深了對(duì)新工科專業(yè)教育教學(xué)理念認(rèn)識(shí)，提升了教育教學(xué)水平和能力，通過(guò)“六說(shuō)”課程強(qiáng)化了對(duì)課程建設(shè)內(nèi)涵的理解，全面提升了課程建設(shè)水平和專業(yè)建設(shè)水平，有助于凝練專業(yè)的人才培養(yǎng)特色，促進(jìn)了教學(xué)過(guò)程的高質(zhì)量全面發(fā)展。