材料成型及控制工程專業實驗教學的改革探索

黎清寧　陳國華　劉貴仲　閆二虎　鐘思

【摘 要】在分析材料成型及控制工程專業實驗教學現狀的基礎上，以培養具有創新精神的應用型專門人才為目標，逐步建立健全開放式實驗教學平臺，以學科競賽為導向，通過增加綜合性、創新性實驗環節來改革教學內容。通過對實驗教學的多個環節進行改革探索，學生的實踐創新能力得到明顯提升。

【關鍵詞】材料成型及控制；實驗教學；改革；競賽

【Abstract】This paper reviewed the experimental teaching status of the material forming and control engineering specialty. As the goal to foster innovative ability， the open experimental teaching platform was gradually established and improved，and more comprehensive， innovative experimenmt projects were promoted to drive subject competition. After several key links of experimental teaching were reformed， the innovative ability of students were developed and enhanced obviously.

【Key words】Material forming and control engineering；Experimental teaching；Reform；Competition

實驗教學作為理論聯系實際的環節，是高等學校培養學生實踐能力和創新能力的重要教學環節，對于培養大學生動手能力、工程意識和創新精神具有十分重要的作用[1-2]。材料成型及控制工程專業屬于實踐性較強的學科，不僅要求學生具有較高的理論知識水平，還要有較強的實際應用能力。桂林電子科技大學材料成型及控制工程專業的主要方向是模具設計與制造，該行業具有附加值高、精度高的特點[3]，因此該行業對從業人員的綜合素質要求較高，企業在招聘時要求畢業生具備較強的實踐動手能力及創新意識。

在分析我校材料成型及控制工程專業實驗教學現狀的基礎上，結合2015年廣西普通高等學校本科專業綜合評估公示材料，學院多次組織研討各校的培養方案，認真分析了各校材料成型及控制工程專業實驗及實踐教學環節的設置情況，對實驗教學進行了初步改革探索。

1 實驗教學現狀分析

目前許多高校中普遍存在著重理論教學、輕實驗教學的現象，存在的問題較為突出，不利于學生應用能力的提高和創新精神的培養[4-5]。目前我校材料成型及控制工程專業的實驗教學現狀，還無法完全適應行業快速發展的需要，學生的實踐能力和創新能力有待提高。主要存在以下幾個方面的問題。

1.1 實驗教學觀念和管理模式問題

存在重視理論學習、輕視實踐技能和創新能力培養的觀念，部分理論與實踐教學結合深度不夠，無法適應高等教育由知識傳授型向能力培養型的轉變。實驗室存在管理不規范等弊端，僅在進行教學計劃內的實驗教學時對學生開放，環境相對較為封閉，不利于實驗室的開放和培養創新人才。

1.2 實驗教學硬件設施投入不夠

學院之前對實驗教學平臺建設的投入和重視不夠，實驗場地不足，實驗設備陳舊。實驗教學硬件設施投入不足影響了實驗教學效果，不能滿足現代實驗教學的需要，無法緊跟行業發展的步伐，不利于學生熟悉和掌握新技術和新設備。

1.3 實驗教學內容及方法落后

原有實驗教學大部分局限于演示性和驗證性實驗教學，能起到夯實基礎的作用，但設計性、綜合性和創新性的實驗教學占比較小。缺少設計型和能力激發型實驗，就不能有效地調動學生主觀能動性，無法激發學生積極動手解決問題的興趣，導致了學生的工程應用能力和創新精神培養效果不夠理想。

2 材料成型及控制工程專業實驗教學改革探索

通過分析桂林電子科技大學材料成型及控制工程專業原有實驗教學環節存在的問題，參考國內其他院校的實驗教學改革成果，以本科教學質量評估學校和人才培養方案修訂為契機，我校對原有實驗教學環節進行了改革。改革主要以提高實驗教學質量為目標，具體包括 3 個方面的內容：更新實驗教學觀念和管理模式；改善實驗教學硬件條件；探索以賽促教的實驗教學方法。

2.1 更新實驗教學觀念和管理模式

為了改變重理論輕實驗教學觀念，鼓勵專業教師在理論講授之余參與實驗教學，從觀念和行動上重視實驗教學，把實驗教學放在跟理論教學同等重要的位置。這樣有利于教師在課堂講授時將實驗原理、實驗現象和相關的理論知識結合起來，理論聯系實際，使理論知識講解透徹、生動，同時通過實驗教學使學生對抽象的概念和知識點理解更為深入，使理論教學與實驗教學的有機融合，形成相互促進的良性循環。

針對實驗室較為封閉、利用率低等問題，在實施實驗室專人管理和實驗設備個人負責制的基礎上，逐步探索開放式實驗教學平臺的模式，開放式實驗管理模式有利于學生充分利用實驗室的設備資源進行實驗實踐活動，提供設備利用率，充分激發學生的主觀能動性[6]，從而提高學生的動手能力。在正常完成實驗教學計劃的前提下，模具CAD/CAE/CAM、模具成型實驗室、金相實驗室、創客實驗室等專業實驗室全天對學生開放，為學生進行設計性和綜合性實驗、科技創新實驗、創新創業學分、學科競賽提供條件。要求實驗室制作實驗展示板，用于展示實驗室近期實驗室進行的實驗項目計劃，使教師和學生能夠及時、準確地了解實驗室目前狀況，以便合理安排實驗實踐活動時間。完善健全實驗設備使用制度，學生使用實驗設備前必須填寫設備使用申請表，經批準和崗前培訓才能使用儀器設備。使用實驗設時填寫設備日常保養記錄表，以便于實時掌握設備運行和保養狀況，保持設備完好。

2.2 改善實驗教學硬件條件

加大對實驗教學經費的投入，改善實驗教學硬件設施，建設高質量實驗教學硬件平臺。投入的實驗教學經費一方面用于購買基礎實驗設備，增購了光學金相顯微鏡、硬度計、熱處理爐、萬能材料力學性能試驗機、摩擦磨損試驗機、杯突試驗機等設備，加強基礎實驗教學。另一方面主要用于購置先進的材料成型及檢測設備，例如合金真空熔煉爐、美國Stratasys工業級3D打印機、ABB公司六自由度機器人、德國Wenzel公司三坐標測量機、美國LDI數控轉盤及激光掃描儀，這些設備具有教學、科研和社會服務等多重作用。除此之外更新了模具CAD/CAE/CAM仿真實驗室的硬件設施，包括30 余臺高性能計算機及相關軟件。

除此之外，針對培養方案中的創新創業實驗內容，以模具CAD/CAE/CAM仿真實驗室為基礎，基于創客模式打造創新創業平臺。購置拍照式3D掃描儀、小型數控銑床、數控雕刻機、桌面型3D打印機、開源電路板等設備，通過改變相對枯燥的傳統實驗環境，為學生提供參加各類學科競賽提供基礎平臺，培養重在以興趣為導向的創新能力。實驗經費的投入大大改善了該專業進行實驗教學所需的硬件基礎。

2.3 探索以賽促教的實驗教學方法

目前部分綜合實驗和獨立設課實驗的內容相對陳舊和單一，僅將多個簡單實驗進行疊加，教師和學生都將實驗作為教學任務來完成。一般實驗過程是由教師事先設定好題目和內容，學生按照實驗指導書按部就班開展實驗，導致學生沒有真正自主設計實驗，缺乏主動性和熱情，沒有真正的獨立思考，無法體現出綜合能力和創新意識的培養，影響實驗教學質量。我校材料成型及控制工程專業進行以賽促教的實驗教學方法探索，提倡參與性，將實驗教學與競賽培訓、競賽過程、實踐創新能力提高過程有機融合，提高參賽學生覆蓋率，讓更多的學生受益，最終目的是激發學生興趣，培養學生創新實踐能力。強調競賽與本專業的相關性，要結合專業自身特點和人才培養目標，參加本專業知識相關度較大的競賽項目，加強實驗教學與競賽內容的交叉融合，進一步提高專業知識及能力。

例如在基礎實驗課程中，將“材料科學基礎”課內實驗改為獨立設課實驗課程，實驗內容包括金相試樣制備、金相顯微鏡的構造及使用、鐵碳合金平衡及組織觀察等，將之前的驗證性實驗項目整合為項目式的綜合性實驗，并出版了實驗教材。在實驗教學過程選拔優秀學生參加全國金相大賽，調動學生開展實驗積極性，以學科競賽為載體，以賽促教，學院首次組織學生參加了清華大學承辦的第五屆全國大學生金相技能大賽，材料科學與工程學院組成的參賽團隊榮獲1個一等獎和2個三等獎的成績。

在專業綜合實驗的教學改革中，將全國應用型人才綜合技能比賽中的模具設計流程與實驗教學相結合，設計了注塑模具和沖壓模具兩大類綜合性實驗。每個實驗小組由3名學生自愿組隊，自選模具設計方向和制品，完成CAD設計、CAE分析和主要零件CAM加工模擬等實驗教學，具體包括以下內容：（1）對零件CAD模型進行成形工藝性CAE分析及處理；（2）完成注塑模具的型腔布局、分型面、澆注系統、冷卻系統等基本設計，或者完成沖壓模具的沖壓件展開圖設計、排樣圖設計以及沖壓設備選型等基本設計；（3）應用模具CAE軟件對設計方案進行優化，細化模具設計，獲得完整的模具三維模型、二維裝配圖和型芯、型腔零件圖（包括明細表、標題欄、圖框、技術要求等）。（4）編寫主要零件的機械加工工藝卡、數控加工程序等。通過專業綜合實驗的教學改革，激發了學生參與實驗的熱情，提高了學生的綜合能力。通過在實驗教學過程選拔優秀學生，材料科學與工程學院2015年開始連續參加了教育部高校畢業生就業協會主辦的全國應用型人才綜合技能大賽比賽，所組成的參賽團隊榮獲1個二等獎和2個三等獎的成績。

3 結束語

我校材料成型及控制工程專業對實驗教學的多個主要環節進行了初步改革探索，逐步建立健全開放式實驗教學平臺，以學科競賽為導向，通過增加綜合性、創新性實驗環節來改革教學內容，取得了初步成效，明顯提升了學生的實踐創新能力。實驗教學是一項復雜的系統工程，目前的改革只是初步嘗試，還需要在今后的改革實踐過程中逐步改進和完善。

【參考文獻】

[1]冒國兵，張光勝，劉琪.材料成型及控制工程專業實驗教學環節的改革探索[J].實驗技術與管理，2010，27（6）：140-142.

[2]徐小兵，楊雄，吳文秀，等.材料成型及控制工程專業人才培養目標與知識結構[J].理工高教研究，2006，25（1）：81-82.

[3]葉宏，閆忠琳.材料科學與工程專業實踐教學環節的現狀與對策[J].重慶科技學院學報：社會科學版，2007（2）：126-127.

[4]楊明波，楊惠，唐麗文，等.材料科學與工程專業實驗課程體系的改革[J].實驗技術與管理，2007，24（1）：8-10.

[5]張光勝，王如高，許玲，等.材料成型及控制工程專業實驗和實踐教學體系的改革研究[J].中國科教創新導刊，2008（13）：109-111.

[6]羅玉雙，熊大勝，席在星.全面開放實驗教學培養學生實踐技能和創新精神[J].實驗技術與管理，2006，23（3）：22-24.

[責任編輯：朱麗娜]