“通專融合”的材料成型類課程改革探索

韓奇鋼，梁策，李義，張志強(qiáng)

［摘 要］ “通專融合”課程體系結(jié)合了通識(shí)教育的廣度與專業(yè)教育的深度，對課程改革提出了新的發(fā)展方向。與此同時(shí)，新工科對人才培養(yǎng)目標(biāo)也提出了新要求。根據(jù)國家工程類人才的發(fā)展需求，對“先進(jìn)材料塑性成形方法及設(shè)備”進(jìn)行改革探索，從“通專融合”課程體系建設(shè)、新工科人才培育需求、“以學(xué)生自我成長為中心”的思維導(dǎo)向等方面，以學(xué)科及行業(yè)新興技術(shù)為著眼點(diǎn)、國家發(fā)展需求與行業(yè)前沿科技為探索方向、提高學(xué)生創(chuàng)新思維為目標(biāo)，開展了一系列教學(xué)改革探索。

［關(guān)鍵詞］ 通專融合；以學(xué)生為中心；教學(xué)改革；新工科

［基金項(xiàng)目］ 2021年度吉林大學(xué)本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目“以學(xué)生自我成長為中心的通?；旌鲜讲牧铣尚驼n程閉環(huán)教學(xué)體系改革研究”（2021XYB093）；2022年度吉林大學(xué)課程思政“學(xué)科育人示范課程”項(xiàng)目“材料成型原理‘課程思政示范項(xiàng)目”（SK2022061）；2022年度吉林省高教科研課題項(xiàng)目“新工科背景下‘材料學(xué)科教學(xué)改革研究”（JGJX2022B10）

［作者簡介］ 韓奇鋼（1983—），男，吉林長春人，工學(xué)博士，吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，主要從事材料加工研究；梁 策（1987—），女，吉林長春人，工學(xué)博士，吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授（通信作者），主要從事材料加工研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）11-0041-04［收稿日期］ 2022-05-25

引言

隨著社會(huì)的高速發(fā)展，信息化、智能化體系已滲透至各行各業(yè)。高等院校作為高等人才培育的搖籃，擔(dān)負(fù)著向社會(huì)輸送高水平人才的重任［1］。人才培養(yǎng)的新要求，即圍繞培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人這一根本性問題，堅(jiān)持立德樹人根本任務(wù)，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人［2］。這對高等教育的治學(xué)理念提出了更高的要求，高等院校針對社會(huì)發(fā)展對人才的需求，陸續(xù)推動(dòng)了通識(shí)教育與專業(yè)教育相貫通的“通專融合式”課程體系，充分發(fā)揮通識(shí)教育課程的廣度特性與專業(yè)課程的深度特性，將學(xué)生的“三觀”培養(yǎng)與專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)及專業(yè)技能培養(yǎng)相結(jié)合，形成更加健全完善的教學(xué)體系，為國家輸送思想覺悟高、道德水平高、專業(yè)技能強(qiáng)的綜合型人才。

近年來，新工科建設(shè)已成為我國強(qiáng)國戰(zhàn)略的重要布局，新工科的研究與實(shí)踐主要涵蓋了五個(gè)方面——工程教育新理念、學(xué)科專業(yè)新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)新模式、教育教學(xué)新質(zhì)量、分類發(fā)展新體系［3］。在新工科背景下，更加注重復(fù)合型工科人才的培養(yǎng)。因此，結(jié)合現(xiàn)代化建設(shè)需求和新工科人才培養(yǎng)要求，完善工科類“通專融合”課程體系已成為工科院校及專業(yè)的重點(diǎn)改革方向。在這一體系中，授課教師應(yīng)以培養(yǎng)綜合型高水平人才為己任，課程的改革探索需要落實(shí)到每一門課程中。

本文以“先進(jìn)材料塑性成形方法及設(shè)備”課程的教學(xué)改革探索為例，探討在“通專融合”課程體系和新工科要求下，材料成形類課程的改革方向。在本次改革探索中，“先進(jìn)材料塑性成形方法及設(shè)備”作為典型的材料成形類專業(yè)課程，將重點(diǎn)探討其授課內(nèi)容與通識(shí)類課程相互銜接和結(jié)合的可行性，以及在新工科要求下的課程改革方向，在此基礎(chǔ)上，“以學(xué)生為中心”的人才培養(yǎng)模式也是本次課程改革的重要探索內(nèi)容［4-5］。結(jié)合“通識(shí)類”前導(dǎo)課程，實(shí)現(xiàn)“專業(yè)教育”的連貫性，引導(dǎo)學(xué)生完成自我認(rèn)知、價(jià)值體系構(gòu)建和知識(shí)體系整合，是本次課程改革探索的重要目標(biāo)。每一名教師都應(yīng)以“為國家培養(yǎng)具有健全人格、創(chuàng)新精神、卓越能力的高水平人才”為己任，這是時(shí)代賦予教師的重要使命。

一、“先進(jìn)材料塑性成形方法及設(shè)備”課程的“通專融合”銜接

“先進(jìn)材料塑性成形方法及設(shè)備”作為工科專業(yè)的新興課程，主要授課內(nèi)容為塑性成形制造領(lǐng)域的最新科技及設(shè)備。在現(xiàn)有的材料成形類專業(yè)課程體系中，通識(shí)類課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程占據(jù)了很大部分，但是其中講授新興技術(shù)、行業(yè)發(fā)展前沿技術(shù)的課程并不多。學(xué)生對新技術(shù)興趣濃厚，但囿于自身環(huán)境，既不能進(jìn)入企業(yè)進(jìn)行深入了解，又不能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室從事科學(xué)研究，很難接觸到新技術(shù)研究領(lǐng)域相關(guān)知識(shí)。因此，在課程體系中增加這類課程，建立社會(huì)需求與引領(lǐng)技術(shù)的橋梁課程非常必要。

然而，由于先進(jìn)技術(shù)通常是為了解決瓶頸問題，涉及行業(yè)需求、成形機(jī)理、設(shè)備開發(fā)、自動(dòng)化調(diào)控、產(chǎn)業(yè)化能力等綜合內(nèi)容。因此，學(xué)生難以理解，通常需要完成學(xué)科通識(shí)課程和專業(yè)課程的學(xué)習(xí)后，才能了解基本原理和背景，開始新技術(shù)及設(shè)備的學(xué)習(xí)。怎樣有效融合前導(dǎo)課程內(nèi)容、建立整體化知識(shí)體系和相互銜接的課程脈絡(luò)是授課教師亟須解決的重要問題。以計(jì)算機(jī)知識(shí)為例，“C語言程序設(shè)計(jì)”課程作為通識(shí)課程，系統(tǒng)教授學(xué)生C語言函數(shù)和程序設(shè)計(jì)循環(huán)結(jié)構(gòu)，為高級編程語言的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。在材料成型領(lǐng)域中，常用Python對ABAQUS等模擬軟件進(jìn)行后處理二次開發(fā)［6］。因此，在本課程實(shí)踐環(huán)節(jié)，增加了二次開發(fā)輔助建模的設(shè)計(jì)與成形模擬。

二、“先進(jìn)材料塑性成形方法及設(shè)備”課程的教學(xué)實(shí)踐改革

本課程內(nèi)容以先進(jìn)成形技術(shù)與設(shè)備為主，旨在讓學(xué)生掌握新興成形科技，提升學(xué)生的創(chuàng)新性思維能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的主觀能動(dòng)性。傳統(tǒng)成形技術(shù)課程內(nèi)容陳舊，成形方法主要包括自由鍛、胎模鍛和模鍛；設(shè)備方面主要講述鍛錘、曲柄壓力機(jī)、液壓機(jī)等常用設(shè)備。這些成形方法與設(shè)備已在實(shí)際生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，但這類技術(shù)與設(shè)備已難以滿足目前特殊形狀產(chǎn)品的成形需求。因此，課程內(nèi)容應(yīng)緊跟時(shí)代進(jìn)行更新，讓學(xué)生了解國家科技發(fā)展需求和企業(yè)應(yīng)用需求，掌握最前沿的科技內(nèi)容。

由于新型成形技術(shù)尚無專業(yè)書籍指導(dǎo)，大多需要從文獻(xiàn)中檢索跟蹤，因此，本課程的改革探索將以模塊化學(xué)科知識(shí)為脈絡(luò)，建立各個(gè)類別制件的成形方法及設(shè)備的知識(shí)紐帶。以板材類成形為例，傳統(tǒng)板材類成形有剪切、沖孔、落料、彎曲、拉深等，這些成形方法適用于成形輪廓線簡單、空間變形單一的型材。而在實(shí)際生產(chǎn)中板材類制品應(yīng)用，從車用覆蓋件到航空航天設(shè)備制件，都有不同的要求。在汽車行業(yè)中，車身側(cè)圍、發(fā)動(dòng)機(jī)罩等制件利用單一的彎曲、沖孔方法是難以滿足成形需求的，往往需要采用拉延的成形方法，結(jié)合加強(qiáng)筋等設(shè)計(jì)制備，從而滿足外觀和力學(xué)等性能要求。目前高檔轎車的流線型車身設(shè)計(jì)、銳棱的外圍設(shè)計(jì)，都對傳統(tǒng)板材成形方法提出了更高的要求。而在航空航天領(lǐng)域，板材成形更加復(fù)雜，航空航天領(lǐng)域的板材制件通常需要在極端工況下服役，所以對于材料基本屬性也有較高要求。常用的鈦合金、鋁鋰合金等材料強(qiáng)度大、塑性差，難以使用傳統(tǒng)成形方法制備。因此，我國新型材料的成形仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。目前板材的空間成形主要包括卷板成形和無模多點(diǎn)成形［7］等。其中，輥彎成形主要針對大型筒形制件成形，而多點(diǎn)成形由于利用了離散化的多點(diǎn)模具代替?zhèn)鹘y(tǒng)整體模具。因此，調(diào)模方便，有利于重構(gòu)，是板材制件三維空間成形的主要方法，目前已成功應(yīng)用于飛機(jī)蒙皮的制造。

除板材類成形方法及設(shè)備外，型材類制件也是目前應(yīng)用廣泛的產(chǎn)品，如商用車防護(hù)梁產(chǎn)品和高鐵列車車頭骨架等。目前最新的商用車防護(hù)梁產(chǎn)品成形方法為連續(xù)輥彎成形技術(shù)，這一成形方法成功制造了具有“日”字形復(fù)雜截面的防護(hù)梁產(chǎn)品。該工藝采用多道次軋輥對帶材連續(xù)變形，最終實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)鋼防護(hù)梁產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。除此之外，高鐵列車頭體骨架是一種具有空間三維結(jié)構(gòu)和復(fù)雜界面的型材，空間構(gòu)型曲率多變、界面種類多、尺寸長成了限制其成形的重要因素，采用傳統(tǒng)的成形方法難以生產(chǎn)，制件產(chǎn)品長期被國外公司壟斷。目前針對這類制件，吉林大學(xué)梁繼才教授團(tuán)隊(duì)已開發(fā)了柔性多點(diǎn)拉彎成形技術(shù)，采用離散化多點(diǎn)模具，成功實(shí)現(xiàn)了空間型材的制備。這類多點(diǎn)成形方法便于調(diào)控輪廓構(gòu)型，在長度方向上可以延伸，滿足成形需求。目前這項(xiàng)技術(shù)已突破瓶頸，成功解決了“卡脖子”的技術(shù)問題。

除上述改進(jìn)型技術(shù)之外，國內(nèi)外又開發(fā)了全新型成形技術(shù)，如軟模成形（彈性體輔助成形和液體輔助成形）技術(shù)中的板材磁流變液軟模脹形技術(shù)［8］。這類技術(shù)目前正處于前期探索階段，尚未形成產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。除上述類別制件新型成形技術(shù)之外，環(huán)類制件的輾擴(kuò)成形、軸桿類制件的輥鍛成形和楔橫軋成形等雖然是20年前的技術(shù)，但其更新?lián)Q代后，成形效果也有較大改進(jìn)，所以也納入了本課程的擴(kuò)展探索中。

由此可以看出，為課程注入新鮮血液，完善學(xué)生知識(shí)體系，是本課程的改革探索重點(diǎn)。讓學(xué)生知道新技術(shù)有哪些、用在哪兒、怎么用，是本課程改革的主要目的。讓學(xué)生學(xué)以致用、了解行業(yè)需求、緊隨國家發(fā)展方向、提升創(chuàng)新性思維，是培養(yǎng)高水平綜合型人才的必經(jīng)之路。

三、“先進(jìn)材料塑性成形方法及設(shè)備”課程的人才培養(yǎng)探索

新工科對專業(yè)人才培養(yǎng)提出了較高要求，在“通專融合”的課程體系下，“先進(jìn)材料塑性成形方法及制備”課程也開展了人才培養(yǎng)的探索。通識(shí)類課程是樹立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀的基礎(chǔ)保證，專業(yè)類課程在此基礎(chǔ)上提升了學(xué)生的專業(yè)能力。除此之外，專業(yè)類課程還應(yīng)承擔(dān)自我提升、思維引領(lǐng)、職業(yè)導(dǎo)向和創(chuàng)新培育的任務(wù)。

學(xué)習(xí)通識(shí)類課程時(shí)，學(xué)生處于入門的大一、大二階段；而在學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)時(shí)，學(xué)生處于大三和大四期間，面對繼續(xù)深造和就業(yè)的不同選擇。因此，在這一時(shí)期，學(xué)生通常對個(gè)人沒有完善的認(rèn)知，不知道自己適合做什么，也不知道該怎么做。現(xiàn)有的“通專融合”體系在學(xué)生的多元化發(fā)展方面已進(jìn)行了一定的改革，取得了一定成效。如“互聯(lián)網(wǎng)+”和“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”等項(xiàng)目，讓學(xué)生將學(xué)習(xí)的知識(shí)與實(shí)踐相融合。但這類實(shí)踐項(xiàng)目是以比賽類型開展，只有少數(shù)學(xué)生能夠得到充分的鍛煉。因此，在日常的授課中，重視學(xué)生個(gè)人化發(fā)展，已成為專業(yè)類課程的新要求。

學(xué)生有個(gè)人發(fā)展需要，不僅囿于學(xué)習(xí)成績，還有獨(dú)立思考的能力和自主創(chuàng)新的積極性。目前的課程已由“以授課為中心”向“以學(xué)生自我成長為中心”轉(zhuǎn)變，讓學(xué)生了解自己、提高主觀能動(dòng)性、激發(fā)學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力才是提高人才水平的重點(diǎn)。在通識(shí)類課程中，學(xué)生加強(qiáng)了思想道德修養(yǎng)、增強(qiáng)了法律意識(shí)、掌握了國家政策；而專業(yè)類課程構(gòu)建了學(xué)生的知識(shí)體系。除此以外，課程還應(yīng)起到幫助學(xué)生成長、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、樹立學(xué)生自信、輔助學(xué)生職業(yè)規(guī)劃的作用。讓學(xué)生在課程中的認(rèn)知從“我要學(xué)什么”向“我要怎么學(xué)”轉(zhuǎn)變，更有利于學(xué)生迅速成長和自我定位。

對于創(chuàng)新性較強(qiáng)且個(gè)人有科研意愿的學(xué)生，“先進(jìn)材料塑性成形方法及設(shè)備”的授課內(nèi)容可為其搭建新思路、新設(shè)計(jì)和新技術(shù)的知識(shí)脈絡(luò)；對于以職業(yè)規(guī)劃為主的學(xué)生，本課程可提供企業(yè)前沿需求及新技術(shù)應(yīng)用等知識(shí)。除此之外，本課程將積極擴(kuò)充行業(yè)、企業(yè)等社會(huì)資源，優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)，如增加生產(chǎn)視頻、展示制件產(chǎn)品、邀請專家講座等。在拓寬學(xué)生眼界的同時(shí)，讓知識(shí)從課本中“走出來”。書本中的知識(shí)是平面的、不能動(dòng)的，而生產(chǎn)視頻可以讓學(xué)生更好地理解生產(chǎn)操作過程，真實(shí)的制件可幫助學(xué)生理解成形難點(diǎn)，專家講座可提高學(xué)生的高度，真正從企業(yè)需求出發(fā)，為學(xué)生的擇業(yè)做鋪墊。

在此基礎(chǔ)上，為了提高學(xué)生對知識(shí)體系的理解，鍛煉學(xué)生的信息提煉與表達(dá)能力，本課程授課方式更加靈活多變。課上小組討論和課后文獻(xiàn)資料的查閱都是新增設(shè)的課程環(huán)節(jié)，成形技術(shù)的對比與成形方法的發(fā)展，都會(huì)納入課程的考查中。學(xué)生獨(dú)立思考才是培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)、提高自主學(xué)習(xí)能力的重點(diǎn)。比如，思考傳統(tǒng)拉彎成形與最新的型材拉彎成形的區(qū)別、輥鍛成型與楔橫軋成形方法的異同之處等。通過對比，可以提高學(xué)生對知識(shí)的認(rèn)知水平，也讓學(xué)生知道新技術(shù)的開發(fā)并非一蹴而就，而是經(jīng)過對傳統(tǒng)方法的提煉與整合，創(chuàng)新性思維也不是“從無到有”，而是知識(shí)積累從“量變”到“質(zhì)變”的過程。在這一環(huán)節(jié)中，激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提升學(xué)科認(rèn)知，堅(jiān)定發(fā)展方向，促使其自身思維方式的轉(zhuǎn)變，才能培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)忍不拔、刻苦上進(jìn)的獨(dú)立人格。

結(jié)語

“通專融合”課程體系是根據(jù)國家發(fā)展需要和人才培養(yǎng)需求設(shè)置的課程改革方向，在此基礎(chǔ)上，新工科對工程類人才也提出了新要求，結(jié)合通識(shí)教育的廣度和專業(yè)教育的深度，培養(yǎng)具有健全獨(dú)立人格和堅(jiān)實(shí)專業(yè)技術(shù)知識(shí)的綜合型人才是高等院校的重要任務(wù)。這一改革方向?qū)γ恳婚T課程都有獨(dú)特的要求，面向?qū)W生、面向行業(yè)、面向國家，將基礎(chǔ)知識(shí)與行業(yè)最新發(fā)展需求相連接，將創(chuàng)新型人才培養(yǎng)作為首要目標(biāo)，是時(shí)代賦予的歷史使命。在這一背景下，“先進(jìn)材料塑性成形方法及設(shè)備”課程從“通專融合”體系銜接、課程知識(shí)體系擴(kuò)展、學(xué)生自我成長培育等方面開展教學(xué)改革探索，為培養(yǎng)具有科學(xué)文化素養(yǎng)、專業(yè)理論知識(shí)扎實(shí)、精神文化豐富的綜合型人才做出努力。

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On the Reform of Material Forming Courses Based on Integration of General Education with Professional Education

HAN Qi-gang， LIANG Ce， LI Yi， ZHANG Zhi-qiang

（College of Material Science and Engineering， Jilin University， Changchun， Jilin 130025， China）

Abstract： The curriculum system named integration of general education with professional education， which combines the breadth of general education and the depth of professional education， proposes a new development direction for curriculum reform. At the same time， emerging engineering also puts forward new requirements for talent training goals. According to the development needs of national engineering talents， this paper studies the reform of the Advanced Material Plastic Forming Methods and Equipment course. It carries out a series of explorations about the teaching reform from perspectives of the curriculum system construction of integration of general education with professional education， the cultivation needs of new engineering talents， and the idea of taking students self-growth as the center. Based on emerging technologies of this discipline and industry， these explorations are directed by national development needs and frontier technologies with the goal of improving students innovative thinking.

Key words： integration of general education with professional education; taking students self-growth as the center; education reform; emerging engineering