材料加工工程專業技術課程創新性教學研究

李明驁

(重慶理工大學材料科學與工程學院，重慶 400054)

重慶作為汽車產業西南集群的核心，是中國微型轎車的生產基地，擁有產業最先進的技術以及廣闊的發展空間，汽車產業也是重慶重要的支柱產業之一[1]。而在汽車制造及其零件加工領域，就學生就業及科技產業的發展前景而言，材料加工工程專業的高等教育課程起著至關重要的作用，是材料科學領域工程技術人員的知識體系基礎。

作為重慶地區重要的工科院校，重慶理工大學材料科學與工程學院材料加工工程專業為汽車及其相關制造行業輸送了大量的優秀畢業生，但是由于近些年高等院校的大規模擴招，該專業的教學重點多側重于模具制造技術及材料成型工藝等課程的理論知識授課，對學生的工程實踐能力培養被大幅度削弱，不足以使學生全面了解企業的實際生產過程，導致教學與實際工程應用脫節。學生對所學習的專業知識只停留在理論概念層面，不能夠將理論知識與工程實踐有效結合，無法滿足企業對高級技術人員的需求[2-6]。作為材料加工工程的核心專業課程，模具制造技術主要對模具的不同加工方法、工藝、裝配及基本原理進行介紹，對于學生掌握工程零件制造等相關知識有著重要作用，但是其理論知識抽象復雜，導致教師講解、學生理解難度均較大，因此，為了提高教學質量和學生的學習效率，希望通過調整該課程的教學模式、考核方式等，將專業理論、科學研究與生產實踐有機結合，有效調動學生的積極性，提高教學質量和學生的專業素養。

1 調整課程結構，著重理論實踐結合

傳統模具制造技術課程的理論教學為40學時，包括模具的機械、數控等加工技術及制造工藝、裝配方法等，要求學生掌握各種現代模具加工制造的方法、基本原理、特點與相關應用，以及各種制造方法對模具結構的要求。該課程的傳統教學模式側重于理論授課，學生了解生產實踐的機會僅限于課堂上相關課件、動畫或者視頻的展示，由于規定的理論教學任務重，授課教師無法針對每項理論知識進行相應的工程應用關聯。基于以上問題，經過前期教學方法探索及課程結構的改革，教研組在理論教學的基礎上，增加了工程實踐強化訓練環節，并實行“理論教學32學時+工程應用訓練8學時”的教學模式。其中理論教學部分應抓住重點，濃縮經典部分，同時穿插企業工程實習，授課教師在工程制造現場對相應理論知識和工程實踐進行關聯，以企業的生產需要為出發點，引導學生思維方式的轉變，每8學時的理論教學穿插2學時的工程應用強化訓練，以實踐加深學生對理論知識的理解和掌握，以理論知識指導并培養學生自身的動手能力，滿足企業對高級技術人才的需求。

2 增加實踐強化訓練，豐富考核方式

在傳統的理論教學模式下，學生唯學分式思維根深蒂固，無法對理論知識深入理解并熟練掌握，大多依靠對教材知識點的死記硬背以便應付考試，以學分為最終目的，因此，學生對專業課程的理解基本停留在理論、概念層面。為了協調教學改革過程中模具制造技術課程結構的變化，現調整該課程的考核方式，由傳統的“平時出勤(10%)+課堂表現(10%)+期末考試試卷成績(80%)”，調整為“平時出勤(10%)+課堂表現(10%)+工程實踐報告成績(20%)+期末考試試卷成績(60%)”。將學生分為若干工程實踐訓練小組，每2課時的工程應用強化訓練完成后，進行實踐訓練小組內部討論，基于專業知識的學習，對企業實際的生產及管理問題進行研究，探討問題的解決途徑和方法，并形成工程實踐訓練報告，作為最終成績評估的內容之一。引導學生在解決企業工程或管理問題的過程中進行自主學習，轉變學習思維及思考方式，依托模具制造技術這門專業核心課，以直觀的企業實際問題調動學生的積極性，培養學生的創造性思維和創新能力。

3 加強科研創新培養，轉變學生觀念

模塊化理論教學搭配工程應用強化訓練，模具制造技術課程的理論教學可以分為4個模塊，分別為：(1)模具的數控及機械加工，(2)模具的電化學及電火花加工，(3)模具的加工工藝，(4)模具的裝配。雖然該課程主要針對企業的實際工程生產，相關工藝、技術方法逐漸趨于成熟，但是隨著科技的進步和工業產業的發展，新的環境下會產生更加復雜并亟待解決的技術難題，例如，磨削加工時如何在保證零件尺寸精度的同時提高撓曲薄金屬板材的生產效率？如何有效避免或改善機械加工過程中模具表面或內部的殘余應力？類似的很多問題都需要利用創新性的科學研究去解決。

授課教師需要結合自身科研經歷，在理論教學和工程實踐訓練過程中聯系相關國內外科學技術前沿，展示相關科研成果、創新技術等，使學生以創新型思維看待企業的實際生產問題和傳統的專業知識，不拘泥于陳舊案例及工程實例的學習和思考。同時，經常組織成績突出的高年級本科生或者研究生結合自身的科研經歷就科研創新、工程實踐及理論知識，與低年級本科生進行探討，形成研究生牽頭的科研小組，參加各項實驗類、科研類競賽，培養學生的創新思維。理論、科研及實踐之間的相互關聯即為專業知識學以致用的過程，以此過程促使學生體會專業課程趣味性、實用性的同時激發其創新性思維，從根本上削弱專業課程學習的功利性思想。

4 仿真模擬與實踐相結合，調動學生積極性

模具制造技術教材中的理論知識抽象復雜、理解難度大，同時模具制造通常是三維的、立體的加工過程，教材中二維圖像不足以直觀展示模具制造過程，因此，授課教師講解難度大，學生學習難度大，長時間容易造成學生積極性下降。針對以上問題，授課教師除了展示相關視頻、課件外，還可以引入仿真模擬教學，進而增加課堂學習的趣味性，調動學生學習的積極性。如圖1所示，為某型號航天用彎管零件精密鑄造的澆注系統模擬，通過澆注系統的計算及模擬，可以直觀的觀察到鑄造工藝過程中零件的溫度場分布、金屬流動及縮孔、縮松等缺陷的產生，三維建模和仿真軟件能夠識別加工缺陷及其形成原因，進而正確設計模具以實現無缺陷零件的制造，同時結合流體力學規律，采用合適的金屬流體流動規律設計澆口，在實際的鑄造模具設計及制造中制定合理的工藝流程，獲得更高的成品率，提高零件的生產效率。理論課程教學過程中，相關的模擬和建模不但能夠生動的闡述零件制造的先進預測手段，而且可以立體的展示模具、零件的制造過程，結合工程實踐訓練，促使二維的理論內容轉化為三維立體的工程實踐問題，便于學生理解抽象的專業知識，調動學生積極性，進而提高課堂的教學質量。

圖1 某航天用彎管零件澆注系統模擬

5 結 語

在高等教育的人才培養階段，高等教育院校具有理論及創新型研究的優勢，但是企業往往需要的是具有一定工程應用背景的畢業生，進而大幅度縮短大學生畢業后投入實際生產工作的過渡時間，提高企業效益的同時增強工程人員的技術能力。因此，緊密聯系高校教育及企業需求，依托兩者關聯性較高的專業核心課程，建立學校與企業相結合的復合教育機制，促使工程實踐始終伴隨理論教學過程，從而培養出應用型、創新型的高素質人才，能夠更好的服務地方經濟發展及產業結構的改革。