鍛造工藝及模具設計課程綜合改革的探索

袁玉紅 鄭繼明 伍權

【摘要】為了適應新的教學計劃，改變鍛造工藝及模具設計課程無趣的教學現狀，通過整合教學內容，采用多媒體教學環境下的教學模式，運用“案例教學法”“項目設計演練法”提高學生學習興趣，培養學生自主學習的能力，培養學生協作創新設計的能力，以提高教學質量。

【關鍵詞】鍛造工藝及模具設計；教學內容；教學模式；案例教學法；項目設計

【基金項目】貴州師范大學2016校級本科教學工程建設項目（項目編號：2016XJJG17）。

鍛造工藝及模具設計是材料成型及控制工程專業的一門重要專業技術課程，要求學生掌握鍛造的基本理論和知識、中等難度鍛件的鍛造工藝設計及鍛模設計方法，培養學生綜合運用知識解決鍛造問題的能力。

近兩年隨著教育部專業目錄的調整，該課程的教學計劃也進行了相應的改變，課時量由48學時減少到32學時。由于該課程是一門專業技術課程，教學中不但有較多抽象的理論知識要講解，而且有很多設計方法要傳授給學生，這些使得教學難度很大。采用傳統的教學方法學生會感覺學習很枯燥，很快放棄學習。為了提高學生的學習興趣，讓學生積極主動學習，以提高教學質量，為學生后續的專業課程設計、畢業設計、專業技術工作打下了堅實的理論和實踐基礎，課題組對該課程的教學內容、教學模式、教學方法和手段進行了一系列改革探索。

一、整合教學內容，實施參與式教學方法，培養學生自主學習

鍛造技術日新月異，鍛造工藝及模具設計課程讓學生既要掌握基本理論知識，又要掌握基本的設計方法，還要了解本課程的先進技術，教學的主要內容不但沒有減少，而且涉及面更廣。所以只有整合教學內容，突出重點，抓住難點，才能適應新的32學時的教學計劃。

改革后的主要教學內容分三大塊：自由鍛工藝設計、錘上模鍛工藝設計、錘鍛模結構設計。授課共20學時。安排4個學時講授緒論、鍛前下料加熱、鍛后輔助工序的基本知識；安排2個學時介紹機械壓力機上模鍛、螺旋壓力機上模鍛、液壓機上模鍛與錘上模鍛的區別與聯系；安排6個實驗課時，其中用2課時介紹專業鍛造模擬軟件Deform 3D，以幫助學生學習數值模擬分析方法。

課內的32學時學生不足以掌握本門課程，所以教師課后布置32學時的學習任務對課堂教學內容進行鞏固、補充和延伸。學生通過閱讀教材及相關書籍學習理論知識，通過完成相應的課后作業、設計任務來鞏固三大重點內容。在教師指導下，學生通過上中國鍛壓網，閱讀專業雜志《鍛壓技術》《模具工業》等來了解目前國內外鍛壓技術的發展狀況，了解鍛造的先進技術。學生課余花時間去熟練運用專業鍛造分析軟件Deform 3D，掌握最新的鍛造CAE數值模擬分析技術，以適應現代鍛造技術的發展，滿足現代鍛造行業的需要。

整合教學內容后，教學突出重點，抓住難點，課后任務促使學生主動參與學習，大大激發了學生的學習興趣、求知欲，為提高教學質量奠定了基礎。

二、探索多媒體教學環境下的教學模式，提高學生學習興趣

為了把枯燥的技術課程上得生動有趣，課題組開發了集鍛造生產視頻、鍛造成形模擬仿真視頻于一體的多媒體課件。多媒體教學環境下的教學較傳統的教學有許多優勢，具體體現在以下幾方面。

（一）制作鍛造生產視頻能激發學生學習興趣，引導學生走上專業學習的道路

對于沒有任何工程背景的本科生而言，興趣是最好的老師，興趣是創新教育的活力。本課程要告訴學生鍛造是一門什么技術，應用在什么地方，要向學生介紹鍛造的發展歷史和發展現狀，讓他們知道鍛造技術在國民經濟發展中的重要性，激發學生學習的欲望。課題組通過收集大量的鍛造生產視頻和圖片資料，整理制作后的多媒體視頻和PPT課件，讓學生可以直觀了解我國古代兵器的手工自由鍛造技術，20世紀50年代活躍在我國的蒸汽錘上鍛造技術，以電動機和液壓系統驅動的鍛錘錘頭改進技術，后期以熱模鍛壓力為主要設備的模鍛自動化生產線技術，以及現在國內外大型鍛件水輪發電機主軸的鍛造技術、精密鍛造技術、等溫鍛造技術，鍛造的數字化模擬技術等先進技術。生動的視頻教學增強了課程的趣味性，不但讓學生知曉這門課程研究什么，要解決什么問題，目前尚未解決的鍛造問題，還開闊了學生的視野，激發起學生的學習積極性。

在重要內容教學中，通過生產錄像視頻展示自由鍛、模鍛的生產過程，讓學生直觀了解鍛造工序及其操作方法、鍛壓設備的運行、模具的安裝及使用。直觀生動的多媒體教學大大增強了學生對教學內容的感知和了解，激發了學生的好奇心和學習熱情，使學生能更加迅速進入理論知識的學習中。

與傳統的教師板書教學相比，豐富的多媒體教學直觀生動，更能激發學生學習興趣。多媒體教學傳輸的信息量大、教學效率高，更適合新教學計劃。

（二）“案例教學法”應用數值模擬仿真技術，解決教學中的難點

傳統教學方式的直觀感、立體感和動態感等方面的不足，使一些抽象的內容難以理解和掌握。在鍛造工藝及模具設計這門課程中，探索金屬的流動規律貫穿于整個教學過程，學會理解和分析金屬的流動規律能幫助設計合理的鍛造工藝及合理的模具結構。但“金屬流動”很抽象，教師難講，學生難學。

為了解決教學中“金屬流動”這個難點，課題組把數值模擬仿真技術應用到教學中。通過運用鍛造成形分析軟件Deform 3D模擬鍛件的成形過程，可以觀察成形過程中金屬流動狀況、鍛造溫度的變化、鍛件的應力應變狀況，可以直觀看見“金屬在流動、坯料在變形、鍛件逐漸成形”。如在重點內容“自由鍛工藝設計”講解中，課題組應用模擬仿真技術設計了案例教學，根據教學內容制作了“下料-墩粗-局部墩粗-雙面沖孔自由鍛成形”模擬仿真視頻。學生能目睹圓柱形坯料加熱后在錘頭作用下的整個變形過程，能清楚看到金屬的流動過程，也能觀察到金屬變形中溫度的變化。

通過兩年的實踐教學，把數值模擬仿真技術應用到課件制作中，鍛件成形過程形象而生動，學生看完后很快理解了金屬流動成形、模具控制金屬流動的技術。現在學生理解“金屬流動”已經不再是一個難題，教學中的難題迎刃而解。

三、“項目設計演練法”培養學生創新設計的能力

鍛造工藝及模具設計要求學生掌握鍛件的鍛造工藝及鍛模設計的方法。在課程結束后，學生應該掌握中等難度的軸類、盤餅類自由鍛工藝設、開式模鍛工藝設計及其鍛模設計。由于學生沒有工程意識，在自由鍛工藝、開式模鍛工藝理論知識完成后，學生缺少對知識的融會貫通和運用，不知道如何去解決鍛造中的工程問題。所以講解完這兩個章節，均選擇難度適中的鍛件——齒輪、階梯軸，讓學生分組實施工程項目演練，培養學生的工程意識、協同工作和創新設計的能力。

如“階梯軸”開式模鍛設計內容：1.根據零件圖設計鍛件圖；2.設計熱鍛件圖及終鍛模膛；3.設計“計算毛坯圖”確定制坯工；4.設計制坯模膛；5.設計制坯模膛；6.鍛件成形模擬仿真。在設計過程中，學生應用相關理論知識來完成設計任務，最后提交設計成果。完成設計任務后，學生不但掌握了開式模鍛工藝、錘鍛模的設計方法，而且計算機輔助設計能力和計算機CAE輔助分析能力也得到了極大提高。

設計任務多，涉及的知識多，課后獨自完成設計任務難度很大，所以學生按4人一組實施項目設計，分工合作。每個小組同學先消化吸收課堂講解的知識，理順設計思路，分解設計任務，然后相互督促學習以完成設計任務。在設計過程中，同學們積極交流設計理念、設計經驗，積極通過網絡查找或到圖書館去查閱資料，課后的學習積極性高漲。

在教師的幫助和鼓勵下，學生克服重重設計困難，完成任務，不但鞏固了理論知識，綜合設計能力得到了極大提高，而且積極創新，變得樂觀自信。

四、結束語

為了適應新的教學計劃，提高教學質量，課題組對鍛造工藝及模具設計課程的教學內容，多媒體下的教學模式、教學方法等進行了綜合改革和探索。改革后的教學能充分調動學生積極性，給了學生一個由表及里、由淺入深、循序漸進的學習途徑，能更好地培養學生獨立分析問題和解決問題的能力，能培養學生創新設計的能力，增強他們的專業自信心。

通過三年的教學改革，課題組教師不斷總結經驗教訓，取得了豐富的教學經驗，為鍛造工藝及模具設計課程進一步改革創新奠定了基礎。

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