新工科背景下《塑料模設計》課程的教學改革

張利

摘要：本文以塑料模設計課程為例，研究了應用型本科院校傳統工科專業課程在新工科背景下的新的教學模式。新教學模式結合現代化的教育教學技術，采用線上線下混合教學，線下理實一體化教學及項目教學法，將現代化的模具設計制造新新技術與傳統理論知識交叉融合，理實一體，為產業轉型升級培養出具有一定視野、綜合素質高的新工科專業應用型技能人才，縮短應用型本科院校畢業生與現代化行業需求的距離。

Abstract： This paper takes plastic mold design course as an example to study the new teaching mode of traditional engineering courses in application-oriented universities under the new engineering background. The new teaching mode combines modern education and teaching technology， adopts online and offline mixed teaching， offline integration of theory and practice teaching and project teaching method， integrates modern new technology of mold design and manufacturing with traditional theoretical knowledge， and integrates theory and practice， so as to cultivate a certain vision for industrial transformation and upgrading application-oriented talents with high comprehensive quality can shorten the gap between graduates from application-oriented universities and the needs of modern industries.

關鍵詞：新型工科專業;線上線下混合教學;理實一體化教學;項目式教學

Key words： new engineering majors;online and offline mixed teaching;integrating theory and practice teaching;project-based teaching

中圖分類號：G420? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）16-0230-04

0? 引言

新型工科專業是面向產業未來發展需要，通過信息化、智能化或其他學科對傳統工科專業的滲透、轉型、改造和升級更新而成[1，2]。在此背景下，傳統工科專業課程《塑料模設計》在教學內容、教學模式、教學方法及考核方式等各方面均已不再適應新工科專業的需求，進行相應的改革措施，勢在必行。

模具設計是傳統工科專業的一個重要方向，近幾十年，由于塑料工業迅猛發展，塑料模具的應用范圍十分廣泛，塑料模具的比重也日益增大。由于塑料具有輕質高強度的特性及其它一些特殊性能，在各行各業都有廣泛的應用。以我們熟悉的交通工具汽車為例，上面的發動機配件、水箱配件、空調配件、儀表盤配件、后視鏡以及各種卡扣和固定件等都是塑料制品，據統計目前國內汽車用塑料已經占到了總材料的7%，而德國的這一比例高達15%，因此塑料模具工業具有非常好的發展前景。塑料模作為成型各種塑料制品的模具，是一種技術密集型產品，具有高附加值。塑料工業的迅猛發展，導致塑料模具從業人員尤其是具備現代化模具設計制造技術的從業人員的需求缺口巨大。各高校機械設計類專業正是基于這一目的，開設了塑料模具設計課程，積極適應社會發展需要。廣東作為家用電器產品的制造大省，兼具日益發展的汽車工業，塑料模具成型在機械制造中占據的比重更是重大。

廣東理工學院的辦學宗旨就是立足地方經濟，為區域經濟發展培養應用型人才。在新工科背景下，應用型院校的工科專業要滿足區域經濟和產業轉型對新工科人才的需求，必須按“新工科”的要求對傳統的機械類專業課程教材、教學、教學模式等進行相應改革，以適應新形勢下的需要。《塑料模設計》這門課程，在工科專業占有重大地位，對區域經濟的發展中也起著較大作用，進行新形勢下的教學改革勢在必行。

隨著中國模具制造業的發展，模具現代化設計新技術CAD/CAE/CAM技術在我國模具企業的應用已成為現實，CAD/CAE/CAM集成技術更是發展趨勢。新工科背景下的現代化模具設計制造應用型人才正是企業所急需。

1? 目前模具設計教學中存在的問題

目前各高校普遍的教學模式基本都是采用線下理論課堂，塑料模設計課程與模具CAD/CAM課程獨立開設。學生在不同時間段先后完成了《塑料模設計》理論課程的學習和模具CAD/CAM技術實踐課程的學習，造成理論與技能操作脫節，學生學不好理論知識，也不能靈活運用模具CAD/CAM進行模具設計制造，逐漸失去學習興趣，畢業就業也不能很好的適應現代化模具企業的要求。即使在塑料模理論教學后安排了專業綜合實訓或畢業設計對模具設計制造能力進行訓練，也達不到理想的教學效果。最好的方式就是將塑料模設計課程融于模具CAD/CAM課程，讓學生在模具現代化的設計技術手段中掌握設計理論，實現模具CAD/CAM課程和塑料模設計理論課程理實一體化教學，提高學生模具CAD/CAM技能，縮短畢業生與新工科背景下的現代化模具企業人才需求的距離，提高畢業生的就業競爭力，從而達到提高辦學質量的目的。

1.1 模具CAD/CAM課程與塑料模設計理論課程相互獨立，互無關聯

廣東理工學院機械設計本科專業積極適應廣東省人才缺口需求，開設了塑料模設計課程《塑料模設計》、計算機輔助設計軟件課程《Solidworks機械產品設計》和計算機輔助制造《MsterCAM》，但是幾門課程分開開設，互無關聯，多數學生學完三門課程，仍不知曉模具CAD/CAM技術。

1.1.1 《塑料模設計》課程介紹

該課程是一門綜合性較強的專業課程，涉及的理論知識面廣，實踐性和實用性都強，同時更新也較快。目前多數學校都是以傳統的課堂講解為主，輔以典型模具結構的實物或動畫演示講解，學生雖然比以往的純理論講解較容易理解些，但仍然是空對空的講解，感官意識不強，學習效果并不理想。例如模架的選擇，課本一口氣介紹了直澆口、點澆口和簡化點澆口模架三種類型共36種模架類型，沒有實際的設計應用案例，多數學生懵懵懂懂，混亂不堪，學著學著學習興趣就沒了。

同時學校該方向畢業生就業主要是面向廣東地區，而廣東大部分地區的模具生產企業，特別是“三資”模具企業，早已普遍采用現代化的模具CAD/CAE/CAM技術進行模具設計制造。而該課程觀念陳舊，設計理念仍然是傳統的根據塑件尺寸進行計算繪圖的方式，早已不能滿足現代化模具設計人才的需要，跟不上新工科背景下現代化模具企業的形勢要求。

1.1.2 模具CAD/CAM課程介紹

模具CAD/CAM技術涉及的內容較多，主要包含造型設計、工藝設計及數控編程加工三大部分，因此人才培養模式中專業課程設置既要涵蓋CAD/CAM技術的所有教學內容，又要強調CAD/CAM技術各部分之問的聯系。

廣東理工學院目前開設的三維設計軟件課程是《Solidworks機械產品設計》，計算機輔助制造課程是《MsterCAM》。Solidworks相比其他三維設計軟件應用起來更簡單，容易上手。

目前這兩門課程的教學主要是立足于軟件課程教學，講授軟件的基本操作，綜合運用主要是在機械產品設計制造方面，基本不涉及模具設計，而模具設計相比一般機械產品設計相應更復雜。

因此雖然開設了模具設計、CAD軟件教學及數控加工等相關課程，但各課程之間互相獨立，各自為政，幾乎沒有交集。在講授軟件時，學生多數時候只是學習軟件的基本操作，學習一個又一個的特征造型，沒有具體的結構設計。特征與特征之間也沒有什么聯系，結果造成了大量學生開始興趣較濃，學習積極性較高，慢慢的因為沒有成果，沒有成就感，學習興趣就消失了，沒有了學習的主動性和積極性，只是機械的完成每一節課的學習任務，不練習、不思索，不能做到融會貫通。即使掌握了軟件的基本操作，也難以掌握模具CAD/CAM技術的綜合應用，做不到將軟件設計技術與模具設計理論、數控加工制造技術有機的結合，達到綜合運用CAD/CAM技術進行模具設計制造的目的，造成與社會現代化的企業脫節，不能適應新工科背景下的人才培養要求。

1.2 實踐教學環節與理論教學脫節，學生實際適應能力較差

應用型本科教育主要面向企業培養技能型應用人才，對模具專業來說，企業需要的技術人才應該是新型工科人才，能熟練應用模具設計與制造新技術進行模具設計與制造。為達到這一培養目標，課程設置了為期6周的專業綜合實訓，分為三周CAD/CAM實訓和三周專業模塊實訓，合并起來作為一個綜合性實訓項目。在此實訓項目中，學生需要單獨或協作對一個項目進行分析計算，再利用現代化的設計技術完成設計，同時需利用普通機床、數控機床、CAM技術等進行實際加工訓練，通過此項目全方位的綜合性訓練，達到對專業知識綜合運用的目的。但由于模具理論知識講解與模具CAD/CAM技術分離教學，割裂了CAD/CAM軟件和模具設計模具制造之間的關系，學生沒有經過這方面的專業練習，導致專業綜合實訓期間，很多學生拿到設計題目后，無從下手，分析和解決實際問題的能力不足，專業綜合實訓的教學效果不太顯著。

1.3 教師缺乏實戰經驗

目前，由于本科院校沒有模具專業，而學校的教師基本都是從高等院校畢業的青年教師。故相應來講，教師團隊雖然基礎理論知識都比較扎實，軟件運用一般也都比較熟練，但沒有企業實際模具設計與制造方面的經驗，所以在教學時也是主要以理論講解為主，實踐經驗不足，不能帶領學生真正領悟CAD/CAM模具技術的魅力。因此，應用型本科院校的師資培訓不僅是理論教育教學技術的培訓，還要多多引領青年教師下廠實踐鍛煉學習，一方面鞏固教師理論知識體系，另一方面提高教師的實踐教學能力，縮短院校與企業的差距。

1.4 考核方式不合理

由于課程設置的分離，導致考核方式也不合理，不能真正考核學生的模具設計能力與水平。傳統的考核方式為塑料模具設計理論課程采用筆試，筆試主要為模具設計方面的理論知識、基本概念等。模具CAD/CAM主要采用上機考試的形式，上機考試一般都是給出幾個有一定綜合性要求的機器產品的建模或裝配的題目，要求學生在規定的時間內完成圖形的創建、裝配，然后保存上交。這種考核方式只是單純的檢驗學生三維軟件的操作能力，完全不能檢驗學生利用模具CAD/CAM技術進行模具設計的專業能力，因此必須以具有模具CAD/CAM技能為考核目標改革考核方式。

2? 新工科背景下《塑料模設計》課程的教學改革

2.1 教學內容設計

新工科的專業教學必須滿足新工科產業的需要，模具設計人才必須具備信息化、智能化的現代模具設計制造新技術，能適應現代化模具企業對模具設計人才的要求。不僅是要能熟練操作三維設計軟件，更重要的是要能熟練的運用模具CAD/CAM技術進行模具設計與制造，并逐漸深入學習，向模具CAD/CAM集成技術方向發展，所以塑料模課程的改革必須以具備模具CAD/CAM能力為能力目標進行教學內容設計。

針對應用型本科模具專業的這一培養目標，我們將塑料模設計課程的教學內容進行了改革。針對傳統教學只有理論設計知識這一弊端，融入了模具設計信息化、智能化技術，將現代智能設計技術模具CAD/CAM與傳統設計理論知識教學內容融為一體。以信息化、智能化的塑料模具設計為主線，采用理實一體化教學技術，一方面通過講解利用Solidworks軟件進行模具產品設計，熟練塑料模具的信息化設計、智能化設計。同時又把模具的類型、結構、裝配等理論知識穿插教學過程中，讓模具CAD/CAM技術真正與模具設計相結合，實現模具CAD/CAM設計理實一體化教學，使學生在做中學、學中做，在真正掌握模具CAD/CAM技術的同時，對模具設計基礎理論知識也牢固掌握。學習過程由枯燥、難學轉變為樂學、愿學、主動學。

模具計算機輔助制造CAM這一部分，我們主要選擇了簡單易上手的Solidworks及Master CAM軟件為教學基礎。將根據課程特點，塑料模具設計CAD/CAM理實一體化教學課程內容如表1模具設計CAD/CAM理實一體化教學內容安排示意表所示。

2.2 教學方法設計

2.2.1 塑料模具設計理實一體化教學

為了使學生真正掌握模具CAD/CAM技術，在重點章節注射模設計部分采用理實一體化教學模式。選取企業典型模具的實際案例，利用模具CAD/CAM技術，主要采用Solidworks軟件進行模具設計。在講授Solidworks軟件進行模具零件設計的基礎上，融入模具設計理論知識和相關加工工藝。例如在進行澆注系統設計時插入澆口的類型、應用，在模架設計時講解各種模架的結構形式及應用范圍。這樣，學生一方面在模具CAD/CAM軟件技術的實踐運用中學習理論知識點，對理論知識點的理解更透徹、更清晰，做到真正掌握模具設計基本理論知識，同時又達到了在模具CAD/CAM技術軟件設計工程實踐中靈活運用理論知識的目的;另一方面，學生在設計過程中也進一步熟練了掌握了模具CAD/CAM技術，在教學實踐中收到了良好的教學效果，學生的綜合技能得以迅速提高，理論知識掌握也更加牢固，就業即能上崗[3，4]。通過實踐，這種教學方法教學效果顯著，因此，《塑料模具設計》課程這種理實一體化教學方法值得在應用型本科院校專業課程教學中推廣。

2.2.2 項目教學法

項目教育模式是建立在工業社會、信息社會基礎上的現代教育的一種形式，它以大生產和社會性的統一為內容，以將受教育者社會化，以使受教育者適應現代生產力和生產關系相統一的社會現實與發展為目的，即為社會培養實用型人才為直接目的的一種人才培養模式。因此，為了適應新形勢下現代化模具企業對模具技術人才的要求，提高學生的職業工作能力，項目教學法成為教學方法首選[5]。

《塑料模設計》課程開設了30學時的CAD/CAM綜合實訓，采取項目教學的形式，通過選取具有一定代表意義的項目讓學生以小組的形式，在教師的指導下，協作完成一個模具產品的設計制造項目。項目內容主要利用Solidworks軟件完成模具設計、導出工程圖，利用Master CAM完成模具零件數控加工生產，并完成模具零件質量檢驗、模具裝配及檢驗等生產流程，從中學習理解并最終達到掌握模具現代化設計基本原理、操作，模具零件工藝分析及加工，模具裝配及檢驗、模具零件制造工藝以及各種普通機床、數控機床、加工中心的使用與操作等各方面的知識，達到綜合訓練的目的。通過這樣的項目式訓練，學生以企業模具設計人員的角色進入項目，對現代化模具企業的模具設計工作人員的工作流程基本了解，對模具專業人才的技能要求更加熟練，大大提升了畢業生完成工作任務的能力，更加適應新工科背景下現代模具企業對人才培養的要求。

2.2.3 線上線下混合教學

疫情期間，為減少延期開學對新學期教學工作的影響，本校積極貫徹落實習近平總書記關于堅決打贏疫情防控阻擊戰的重要指示精神[6]，在線教育進行得如火如荼。

隨著科技的發展、信息時代的到來，互聯網和大數據時代催生了新的學習空間、新的認知場景、新的交互形式、新的心理氛圍、新的評價模式等等，面對這些新事物，最重要的就是學會學習。面對互聯網下成長的新一代青少年，教育必然發生變革。結合疫情期間線上教學的廣泛實踐可以發現，線上線下混合教學把線下課堂授課的群體學習優勢與網絡學習個性化融為一體，凸顯了學習者的中心地位，實現了個性化的線上自主學習，線下重點、難點的集中討論，能夠提供更加豐富、更有針對性的教育環境和教學內容，通過線上討論答疑及課堂難點解疑，實現深度學習及全面而有個性的發展。本課程結合課程目標，科學地運用這一新穎教學模式，充分利用超星學習通、雨課堂等智慧教學平臺和工具，給與學生全面性、多方面的督學、促學、助學信息，并對學生進行有效管理。這一教學模式大大改善了因為專業性強、知識點繁多、學習強度大導致的上課玩手機、睡覺等問題，學生真正參與、融入到教學設計中，形成主動、有效的學習，提高了學習質量，豐富了學生知識，開拓了學生視野，促進了學生成長成才，開創新的教學格局。

本課程線上線下混合教學，主要分為課前準備、課堂教學、課后鞏固3個階段。課前準備主要包含了在線學習資源及督學促學助學資源準備。課堂教學主要根據在線學習數據及統計情況為學生講解重要知識點，解答問題。課后鞏固主要通過作業、測試等對該次課教學內容進行加深、鞏固。對于重點章節注射模設計部分主要采用線下課堂、理實一體化教學，提高學生對新工科專業的適應能力。

2.3 改革傳統考核方式

全新的教學模式，必然催生全新的考核方式，傳統的考核方式已經不能滿足新的教學模式教學效果的檢驗目的。

傳統的考核模式是以純筆試為主，主要檢驗學生各個知識點的掌握情況。《塑料模具設計》是一門實踐性非常強的專業課程，培養具備模具CAD/CAM技能的學生是基本目標，因此該門課程傳統的考核方式，根本達不到綜合檢驗學生知識、能力和專業綜合素質的目的，必須改革考核方式，以具有模具設計“軟件化”，模具制造“數控化”能力為考核目標，側重學生能力考核。

本課程采用形成性評價與結果性評價相結合的學習評價考核方式，增大了平時成績的比例，形成性評價與終結性評價權重為分別50%和50%。其中學習態度占5%、知識鞏固占30%、技能應用占35%，突出了“能力本位、就業導向”的教學理念，充分發揮了學生的主觀能動性，學生的團結協作精神得以體現，學習的成就感明顯增強，參與的自覺性得到提高，培養了創新思維，實踐應用能力得到高效持續發展，實現應用型本科應用型人才培養的終極目標。同時在教學過程中融入考證知識點，要求學生積極報考國家級模具設計師（塑料模）職業資格證書，可以證代考，使學生能在就業前獲得敲門磚，就業后能在新工科背景下的現代化塑料模具企業或制造生產企業中勝任模具設計或產品與制造工作。

綜上所述，通過對《塑料成形工藝與模具設計》課程教學內容的重新設置、大膽嘗新改革教學方法、教學模式以及考核方式，達到了充分激發學生的學習興趣，大大調動學生的學習積極性的目的，并通過線上線下混合教學實現了以學生為中心的個性化學習。經實踐，獲得了學生好評，取得了較好的教學效果，獲得了學院和社會的肯定。

3? 結束語

廣東地區經濟發達，制造業規模或技術在全國都是名列前茅，需要大量的新工科應用型技能人才。學校立足地方經濟，積極適應地方經濟新形勢，在新工科背景下，根據企業和社會需求準確定位課程方向，合理設置課程內容，為社會培養現代化高素質應用型人才。

在此背景下，本文研究探索了新形勢下的工科專業課程教學模式，結合現代化的教育教學技術，采用線上線下混合教學，線下理實一體化教學及項目教學法，將現代化的模具設計制造新新技術與傳統理論知識交叉融合，理實一體。以自學為主、教師為輔，做到學中做、做中學，達到學生樂學、愿學、主動地學的效果，通過信息化、智能化對傳統工科專業的滲透，為產業轉型升級培養出具有一定視野、綜合素質高的新工科專業應用型技能人才，縮短應用型本科院校畢業生與現代化行業需求的距離。

參考文獻：

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[6]國家國防科技工業局.堅決打贏疫情防控阻擊戰[EB/OL]. （2020-01-30）[2020-03-29].http：//www.sastind.gov.cn/n152/n6760

202/n6760204/c6808754/content.html.