職教師資類院校け究粕《板料沖壓成形CAE課程》教改探索

武川 王權 閻妍

摘要：板料沖壓成形CAE課程是材料成型與控制工程本科專業的一門必修課，旨在培養學生掌握數值模擬技術并解決工程問題的能力。本文針對這門課程目前教學過程存在的問題，提出了教學內容和方法的改革。教學內容可以增加金屬塑性成形原理、金屬材料學和有限元基礎理論。教學方法嘗試引入工程案例法、討論式教學和企業式教學。在提高學習主動性與積極性的同時，可以提高學生分析解決問題的能力。

關鍵詞：板料沖壓成形CAE;數值模擬;教學內容與方法;企業式教學

職教師資類高等院校主要為大專、高/中職院校培養師資。因此，這類院校本科畢業生不但要具備動手操作能力，而且還需要扎實的理論功底和教學技巧。材料成形與控制工程專業是職教師資院校的一個重要應用型本科專業，對推動我國熱加工技術發揮了重要作用[1]。而板料沖壓成形是一門重要專業基礎課，主要從理論和技術層面上，對汽車結構零部件的模具設計、工藝方案和加工工藝進行介紹。

隨著我國汽車輕量化技術對零部件形狀、尺寸、精度提出的高要求，迫使板料成形技術需要從理論和技術上與時俱進、深入發展。但是，面對成形難度大的零件，傳統試錯法和理論解析法發揮的作用有限，無法滿足現代工業的要求。而計算機輔助工程（CAE）可以通過模擬技術，研究工藝參數、模具結構、產品尺寸的影響規律，繼而對結構、工藝、產品信息進行優化改進，實現“無紙化”操作，不但降低了成本、節省了時間，而且提高了產品質量。因此，近年來CAE技術在板料沖壓成形工藝中得到了廣泛應用。

然而，隨著目前多媒體技術的盛行，導致學生課堂精力難以集中，聽課質量下降，對一些重要的專業課失去興趣。這種現狀使得CAE技術的優勢在板料成形工藝課程中沒有得到完全釋放。因此，本文主要針對這一問題提出了課程教學內容和教學方法的改革嘗試。目的是通過這樣改革，提高學生的學習興趣、動力和分析解決問題的能力。下面主要針對課堂問題、教改內容、方法進行逐一介紹。

一、板料沖壓成形CAE課堂教學現狀和待改進方面

（一）課堂教學現狀

板料沖壓成形CAE課程是一門重要的專業必修課，無論從教學大綱制定、課程安排，還是從專業教師、教學資源的配置，從學校層面都給予了足夠重視。但是，隨著國內多媒體技術在大學校園的盛行，很多學生的注意力從課堂轉向了手機、電腦，從而減弱了他們學習的主動性和積極性，使得目前學生課堂表現存在一些問題。針對當前現狀，本文提出了相應的教學內容和方法改革嘗試。期望以此為契機，調動學生興趣，提高課堂質量，促進對專業技能的熟練掌握。

（二）待改進方面

1.加強理論課程學習

雖然板料沖壓成形CAE是一門應用型課程，但是主要涉及金屬塑性成形原理、金屬材料學和有限元基礎理論。其中，前兩門理論課程主要是針對材料變形與工藝制定方面的一些原理和方法的介紹，而有限元基礎是針對CAE數值模擬技術的具體介紹。本門課程CAE數值模擬技術是以DYNAFORM軟件為代表，對數值模擬進行講解。因此，在板料沖壓成形CAE課程進行過程，需要對上述提及的相關原理進行選擇性講解，使得學生對一些關鍵基礎理論有正確認識，以提高課堂質量。

2.提高學習興趣和主動性

盡管這門課程以上機練習為主，但是仍需要投入足夠的時間和精力。在熟練操作的同時，需要對這門課程涉及的一些原理和概念有正確的認識。這門課程是一門涉及材料塑性變形機理、有限元理論、數值分析和金屬工藝學等相關知識，需要學生認真對待。特別是在這些課程方面基礎較為薄弱，更需要投入足夠的精力彌補專業知識的不足。只有這樣才能較為深刻理解和掌握這門技術。

3.多元化教學

盡管這門課程主要是上機操作完成，但是仍具有理論性強的特點。如果采用傳統的被動說教式教學，很難激發學生興趣，調動學生學習積極主動性。因此，應該采用多元授課方法。比如，首先劃分若干小組，每小組分配不同工程案例;小組內，根據各人特長，完成一定任務;然后，每小組指定一名學生進行講解，其他小組成員可以提出問題;每個小組把各自案例講解一次。這樣不但可以提高學生的主動性和積極性，而且可以培養團隊合作精神。這種課堂教學比傳統說教式有很大的優勢。

4.引進工程案例

目前課堂教學缺乏生動的工程案例，所以任課教師應該搜集一些實際工程案例。這類案例產品形狀相對復雜、工藝煩瑣。對學生來說，通過學習解決工程問題具有一定難度和挑戰性。但是在老師協助下，仍然可以完成并得到一些可信結果。更重要的是，通過這個學習過程，學生可以近距離接觸工程問題，能夠將理論知識與實際相結合，針對問題提出解決方案。這樣可以幫助學生切實體會到DYNAFORM數值模擬技術在解決工程實際問題中所發揮的作用，從而提高學生的學習興趣、動力和自信心。

二、板料沖壓成形CAE課堂教學內容與方法改革措施

（一）教學內容改革

板料沖壓成形CAE是一門涉及金屬塑性成形原理、金屬材料學、有限元理論的綜合性課程。盡管這門課程主要以DYNAFORM上機練習操作為主，但考慮到這門課程理論基礎性較強，我們在DYNAFORM上機練習過程必須適當增加相關理論部分的講解，以保證學生能夠從理解DYNAFORM每一步操作的理論依據和意義。例如，通過金屬塑性成形原理學習，可以幫助學生理解材料變形本構的實質，繼而正確理解了DYNAFORM操作過程，填加材料物性參數與應力應變曲線時的意義;理解了有限元的本質是離散化后，對幾何模型的網格劃分理解更為深刻。因此，在這門課程的教學過程，要把上述提及的理論引入到課堂，在保證學生熟練操作的前提下，還要提高他們的理論基礎。

（二）教學方法改革

在教學內容改革中，要求將金屬塑性成形原理、金屬材料學和有限元基礎理論引入到課堂教學。眾所周知，這些課程理論性強，內容深奧抽象，很難直觀理解。如果不采取恰當的教學方法進行講解，可能起到適得其反的效果。因此，針對這門課程，我們還需要注意教學方法的改革。

1.工程案例教學法

在DYNAFORM上機練習過程，盡可能選取一些具體的工程案例，作為學生練習的素材。這樣可以理論知識與實際問題有機結合。一方面，通過實際工程問題可以調動學生學習的主動性和積極性;另一方面，通過對實際案例的操作，可以提高學生解決實際問題的能力，培養其創造性。例如，模擬分析某汽車覆蓋件的成形性能。這個具體案例考查學生的分析能力、模具造型能力、DYNAFORM操作能力以及對缺陷解決的能力。因此，通過這個具體案例可以極大提高學生的工程能力。

2.討論式教學

傳統的教學模式是老師作為課程主體，而學生們主要是被動接受。對于這門理論+操作為主的課程，這種教學方式的授課質量不太理想。因此，我們要把教師和學生角色進行轉換，即讓學生成為課堂主體。首先將學生分成若干小組，每個小組分配具體工程案例，組內針對每位學生的特長進行問題分析、模具結構設計、有限元分析、結果討論、工藝改進等，最終完成整個案例分析。然后，每個小組派一名代表對案例進行講解，其他小組可以進行提問。以此類推，讓每位學生完成各個環節的練習。這樣既提高了學生學習的主動性，也培養了學生團隊合作和解決工程問題的能力。

3.企業教學法

首先，讓學生親臨企業一線，對生產實習過程遇到的問題進行簡化并抽象成工程案例。其次，基于已學知識，對工程案例進行模擬分析，得出相關結論或規律，對產品尺寸或生產工藝進行改進。最后，基于實際結果判斷模擬分析是否合理。這樣可以極大提高學生的學習熱情和動力，而且可以切實提高分析解決問題的能力。這種企業教學法對以培養高職師資類院校尤為奏效，應該予以推廣。

三、結論

板料沖壓成形CAE課程是材料成型與控制工程專業的一門重要課程。通過理論學習和上機操作，不但可以培養學生板料件成形的模具設計能力和工藝分析能力，而且可以幫助學生掌握相關CAE軟件如DYNAFORM的熟練應用。但是目前課堂教學質量存在一些問題有待提高。因此，本文針對一些普遍問題，提出了這些課程課堂教學內容和教學方法的改革。目的是通過這些改革，不但提高學生的學習興趣，而且要提高他們對CAE分析軟件的熟練操作性，可以利用這類軟件很好地解決一些實際工程問題。

參考文獻：

[1]杜學山，曹文博，壓成鐸.《材料成形原理》教改初探[J].教育教學論壇，2016（11）：111112.

[2]陳志鋼，尹喜云，儲愛民，陳宇強，胡海蓉.新工科背景下材料成型及控制工程專業畢業設計教改探討[J].科技創新導報，2019（21）：235237.

[3]金文中.轉型發展下材料成型專業的畢業設計教改實踐[J].教育教學論壇.2016（28）：142143.

基金項目：2017年教育部項目“基于項目引導式的產教融合應用型人才培養模式研究”（201702068032）;2018年教育部項目“職教師資人才培養模式探索與實踐”（201801213009）

作者簡介：武川（1981—），男，漢族，天津人，博士研究生，講師，研究方向：材料加工工程。