《金屬與塑料成型設備》教學方法改革探究

彭 進，許紅巧，倪增磊，蔣正權

（華北水利水電大學，河南 鄭州 450045）

0 引言

近年來，隨著材料加工領域的發展，企業對材料成型及控制工程（簡稱“材控”）專業人才必備的知識體系的要求逐漸提高[1]。這就要求學生在掌握理論知識的基礎上還需具備一定的實踐技能[2]。《金屬與塑料成型設備》是培養模具方向人才的重要課程之一。要求學生掌握金屬成型設備、塑料成型設備等專業知識，為解決模具方向復雜工程問題奠定基礎。華北水利水電大學材料成型及控制工程專業于2020年被評為河南省一流本科專業。一流學科建設，離不開一流課程的支撐。因此對《金屬與塑料成型設備》教學模式的改革與創新勢在必行。

1 本課程的教學結構

本課程涉及金屬成型設備及塑料成型設備[3]。由于成型設備的結構都比較復雜，本課程涉及的設備結構圖較多，這就要求學習本門課程的學生在大一和大二階段能熟練掌握繪圖相關的課程內容。也就是說學生需完成《工程圖學概論（機電類）》《機械制圖》《機械設計》等課程后再進行，學生通過對本門課程的學習，能夠熟練論述各個成型設備的工作原理以及性能特點，能夠理解設備的技術參數的概念及物理意義，使學生具備材料成形設備所需的基礎理論、基礎知識和基本技能，能夠選用合適的成型設備及對參數進行正確的設置，通過對學生的綜合能力的訓練，讓學生能夠針對實際問題獨立思考，提出切實可行的解決方案。

2 本課程的教學現狀

學生對本門課程目標不明確，在學習過程中不能把握本課程知識拓展方向，對本課程的學習目的和意義認識不夠深入。

本課程在授課過程中會涉及相關設備的外形簡圖、工作示意圖、結構圖等，由于學生對設備實物認知較少、缺乏相關設備的動手操作經驗、機械繪圖基礎較弱等原因，在聽課過程中就會出現老師賣力的傳授理論知識，而學生課堂氣氛不活躍，無法完全消化吸收課堂的知識的情況。

授課教師沒有企業生產經歷，這樣教師傳授成型設備相關知識時更加傾向于理論知識的傳輸而在理論與實踐相結合的教學方面心有余而力不足。

3 本課程的教學模式改革與創新

3.1 改變現有課堂教學模式

在本門課的首次課，為學生詳細講解課程教學大綱，讓學生明確每部分內容對應的課程目標以及課程目標與畢業要求的關系，考核方式，成績構成、授課章節的重點難點內容等。如：曲柄壓力機章節中要求學生能夠理解并能論述曲柄壓力機的工作原理，能夠識別曲柄壓力機結構圖中的各個結構并能論述各個結構的作用，能夠闡述曲柄滑塊結構的運動規律，并能正確分析曲柄滑塊機構受力。

在《金屬與塑料成型設備》課程授課模式上，考慮到成型設備結構圖的復雜性，可以結合實際設備加工生產工件的視頻以及三維軟件生成的設備運動仿真三維動畫進行輔助教學，可以采取課堂提問與學生互動的方式，提高學生學習的積極性和主動性，在課堂上留有時間讓學生積極思考問題，讓一些學生由被動學習轉變為主動學習。例如：在給材料學院材控的大三學生講授第二章曲柄壓力機時，為了增加學生對曲柄壓力機的主要原理及結構組成的認知，可以講授完曲柄壓力機的用途后通過播放曲柄壓力機加工生產工件視頻以及曲柄壓力機運動仿真動畫視頻增加學生對曲柄壓力機的宏觀認知，之后講解曲柄壓力機外形和工作示意圖的方式增加學生對設備的各個零部件的功能的認知。在學生理解上述內容后，可進一步講授對曲柄壓力機型號的物理意義。采用互動教學的方式引導學生理解曲柄壓力機的運動特點以及受力情況。曲柄壓力機的主要零部件結構較為復雜，涉及的各個部件的結構圖比較晦澀難懂，在講授此部分內容時可借助零部件的運動仿真動畫、零部件模型輔助零部件結構圖紙進行講解，可有助于學生對零部件結構圖有更加深入的理解。

學習每一章成型設備時，為提高學生的認知及分析解決問題的能力，教師可以在課堂上提出成型設備生產過程中遇到的實際問題，之后學生以討論的方式完成此問題的解決方案，

為達到良好的互動效果可以另3-5人為一組分組討論研究解決方案、實施路徑，進行分組答辯，現場記錄每位學生的課堂表現成績。為了激發學生讀圖看圖的積極性，可以留讀圖講解作業。例如：對于第二章曲柄壓力機這一章，要求學生要能讀懂曲柄滑塊結構圖。教師在前一節課可以留曲柄滑塊結構圖的讀圖作業，要求下次課時學生能根據PPT中顯示的曲柄滑塊結構圖自行講解曲柄滑塊的各部分的結構以及各個結構的功用，根據學生講述的情況，教師現場記錄學生的課堂表現成績。

3.2 課程實驗與實習相結合的實踐教學模式

學生通過做課程相關實驗，能夠進一步對成型設備相關知識點進行消化吸收及運用，提高學生通過成型設備進行產品生產的動手能力。成型設備的課程實驗可以選取典型成型設備作為實驗設備。

以華北水利水電大學材料學院的《金屬與塑料成型設備》課程為例，本門課程實驗內容為：曲柄壓力機基本結構及操作應用實驗、注塑機結構及操作應用實驗。通過曲柄壓力機基本結構及操作應用實驗可以讓學生熟悉曲柄壓力機的工作原理；基本掌握曲柄壓力調試方法。通過注塑機結構及操作應用實驗可以讓學生熟悉注射機的基本結構、外形、主要部件（機身結構、注射系統等）。熟悉塑料模具的安裝及注意事項。

在進行實驗前對學生進行實驗分組，對于曲柄壓力機基本結構及操作應用實驗，學生可以先對曲柄壓力機結構認知，進一步對模具進行安裝調試、沖壓成型。學生觀察沖壓件情況，分析其有無質量問題。實驗完畢后，卸下模具，涂油保護，清理現場。

對于注塑機結構及操作應用實驗，學生可先對注塑機結構（開、合模機構；注塑系統）認知，進一步操作程序（開機與調試；塑料模具安裝；注射機的調試和試驗）。實驗完成后，學生觀察塑件表面有無起皺、拉裂、索孔翹曲變形等缺陷。若表面有氣泡、變形等缺陷，分析其原因，并采取相應的措施。

后期還可以開展涵蓋成型設備相關的綜合性實驗，這樣學生不僅能把平時所學應用此，而且能夠實現將模具方向所學其他課程之間進行銜接轉化及應用，這樣培養有利于學生掌握模具方向專業知識，為解決材料成型及控制工程復雜工程問題奠定基礎。

為進一步加深學生對成型設備的認知，可安排學生去校外相關單位進行實習[4-5]。通過實習學生可以零距離接觸產品生產過程，并且能夠對成型設備的各個零部件的結構特點有較為深入的理解，這樣有利于提高學生對成型設備知識的掌握度，理論聯系實際，增強創新意識。

3.3 加強師資隊伍建設

教師隊伍對學生培養的質量有至關重大的影響。為了提高授課教師對成型設備知識與企業實際生產之間的關聯性的理解，可鼓勵授課教師在相關企業做在職師資博后，這樣教師可以深入企業實踐學習，之后再通過課堂授課將所學知識傳授給學生。或者學校可以采用全職或者兼職方式引進的企業成型設備相關工程師參與到成型設備課程教學中。這樣教師不但能把成型設備的相關知識講解得很透徹，而且能夠理論聯系實際把當今企業生產發展趨勢、人才培養、產品生產等情況介紹給學生，這非常有利于提高學生的綜合能力。

4 結語

現代工科教學方法的改進與創新是在傳統教學方法的基礎上進行改進的；為推進《金屬與塑料成型設備》的課程改革，應該在課程教學方法的多樣性、加強師資隊伍建設，進一步結合課程實驗、綜合性實驗、實習實踐等環節，為培養學生掌握材料成型原理、材料成型工藝、材料成型設備等專業知識，解決材料成型及控制工程復雜工程問題奠定基礎。