塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)課程改革與實(shí)踐

宋小輝，葉 東，趙耐麗

(桂林航天工業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣西桂林，541004)

一、引言

塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)是材料成型及控制工程專業(yè)的主干課程之一，是一門將塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)技術(shù)有機(jī)融合的，綜合性、實(shí)踐性較強(qiáng)的課程。[1]該課程的教學(xué)目的如下：使學(xué)生具有塑料模具設(shè)計(jì)與制造應(yīng)用型專門人才所具備的基本知識(shí)、基本能力和基本素質(zhì)；使學(xué)生具有從事編制塑料成型工藝、設(shè)計(jì)中等復(fù)雜程度的塑料模具及制訂模具制造工藝的能力。

該課程之所以成為材料成型及控制工程專業(yè)的核心課程之一，是因?yàn)槠湓趪裆詈蜕a(chǎn)中占據(jù)非常重要的地位。自19世紀(jì)第一種塑料“賽璐珞”問世以來，塑料工業(yè)經(jīng)歷了飛速的發(fā)展。1991年，世界塑料原料產(chǎn)量突破一億噸，2003年，接近兩億噸，在體積上已超過鋼鐵、銅、鋁等金屬原材料的總和；2017年世界塑料產(chǎn)品的產(chǎn)量為7315萬噸，預(yù)計(jì)到2026年，世界塑料產(chǎn)品總需求將達(dá)3.8億噸。[2-3]塑料制造行業(yè)的飛速發(fā)展離不開工藝的進(jìn)步，而工藝的進(jìn)步主要體現(xiàn)在不斷豐富的模具設(shè)計(jì)知識(shí)上。

模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，被稱為“工業(yè)之母”。75%的粗加工工業(yè)產(chǎn)品零件、50%的精加工零件由模具成型，事實(shí)上，絕大部分塑料制品都需要依賴模具成型。模具對(duì)產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)作用是巨大的：美國將模具視為其工業(yè)發(fā)展的基石，日本將模具視為促進(jìn)其社會(huì)繁榮的動(dòng)力，其他國家也將模具比喻為“金鑰匙”“進(jìn)入富裕社會(huì)的原動(dòng)力”。[4]可見，塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)知識(shí)的社會(huì)需求度非常之高，優(yōu)化該課程的教學(xué)內(nèi)容和手段具有必要性。

二、課程教學(xué)過程中存在的問題

隨著現(xiàn)代科技和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，大多數(shù)高校都開始在課堂教學(xué)中融入多媒體元素，翻轉(zhuǎn)課堂、微課等手段的應(yīng)用大幅提高了教學(xué)效率。但是，高校塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)課堂教學(xué)仍然普遍存在三個(gè)問題。

首先，學(xué)生對(duì)現(xiàn)代教學(xué)手段依賴程度過高。雖然多媒體動(dòng)畫等教學(xué)手段可以加深學(xué)生對(duì)二維靜態(tài)模具結(jié)構(gòu)尤其是各個(gè)零件之間的連接和配合的理解[5]，但是這種過于直觀的展示方式很容易讓學(xué)生對(duì)動(dòng)畫產(chǎn)生依賴，不再愿意深入理解較為抽象的理論知識(shí)，進(jìn)而降低學(xué)生學(xué)習(xí)二維模具結(jié)構(gòu)原理圖的能力。

其次，教學(xué)仍以教師為主導(dǎo)。現(xiàn)有的教學(xué)模式仍是以教師為主，多媒體元素的融入只是便于學(xué)生接受，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中仍處于被動(dòng)地位，難以提高學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。

最后，教學(xué)內(nèi)容設(shè)置不合理。現(xiàn)有教學(xué)大綱對(duì)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置是以模具各個(gè)組成部分的順序進(jìn)行講解的，缺乏整體性，教學(xué)重點(diǎn)不突出，使學(xué)生很難將塑料制件設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)結(jié)合起來。

三、課程改革的思路和依據(jù)

塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)課程改革旨在提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量，改善該課程課堂教學(xué)中的不良風(fēng)氣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，規(guī)范學(xué)生的課程管理習(xí)慣，提高學(xué)生的專業(yè)能力和人文素養(yǎng)，具體的改革思路如圖1所示。本研究在明確課程性質(zhì)和課程地位的基礎(chǔ)上，以畢業(yè)能力要求和就業(yè)崗位需求為導(dǎo)向，進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式的改革，以培養(yǎng)學(xué)生產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)的能力，并與其他相關(guān)課程(模具CAE、模具CAD等)相結(jié)合，幫助學(xué)生樹立創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)意識(shí)和環(huán)保意識(shí)。

圖1 課程改革的思路

(一)以畢業(yè)能力要求為導(dǎo)向

材料成型及控制工程專業(yè)對(duì)畢業(yè)生的畢業(yè)能力有13點(diǎn)要求，分別為工程知識(shí)、問題分析、設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案、研究、使用現(xiàn)代工具、工程與社會(huì)、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)和規(guī)范、個(gè)人和團(tuán)隊(duì)、溝通、項(xiàng)目管理、終身學(xué)習(xí)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)。本次教學(xué)改革圍繞對(duì)學(xué)生的畢業(yè)能力要求進(jìn)行。例如，“工程知識(shí)”能力點(diǎn)要求學(xué)生能夠運(yùn)用課程基礎(chǔ)知識(shí)分析塑料模具設(shè)計(jì)中的復(fù)雜問題；“使用現(xiàn)代工具”能力點(diǎn)要求學(xué)生能夠使用UG、Pro-E等三維軟件和AutoCAD、CAXA等二維軟件進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；“環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展”能力點(diǎn)要求學(xué)生在本課程的學(xué)習(xí)和對(duì)課程知識(shí)的運(yùn)用過程中能夠考慮塑料原材料的選擇和模具原材料的選擇應(yīng)有利于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的理念。所有能力點(diǎn)的具體內(nèi)容如圖2所示。

(二)以就業(yè)崗位能力需求為導(dǎo)向

當(dāng)前，各行業(yè)的就業(yè)市場普遍存在供求關(guān)系不平衡的現(xiàn)象。造成這種現(xiàn)象的根本原因是學(xué)校的課程設(shè)置和知識(shí)點(diǎn)比較陳舊，所授內(nèi)容與企業(yè)的用人標(biāo)準(zhǔn)脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生在求職過程中四處碰壁，而企業(yè)又招不到合適的人才。因此，高校需對(duì)目前的就業(yè)市場進(jìn)行分析，以就業(yè)崗位能力要求為導(dǎo)向進(jìn)行課程改革。大部分材料成型及控制工程專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)后會(huì)選擇從事塑料模具相關(guān)的工作，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師、塑膠模具工程師、塑膠模具鉗工、塑膠模具裝配工等，這些崗位需求與課程知識(shí)點(diǎn)存在密切的關(guān)聯(lián)，具體如圖3所示。因此，塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì)課程的教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)圍繞這些知識(shí)點(diǎn)展開，以切實(shí)提升學(xué)生的就業(yè)能力。

圖2 以畢業(yè)能力要求進(jìn)行課程改革

圖3 崗位、崗位需求和知識(shí)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

四、課程改革的內(nèi)容

(一)課程內(nèi)容調(diào)整

根據(jù)學(xué)生的畢業(yè)能力要求和就業(yè)崗位需求，課程內(nèi)容刪除了較為陳舊且崗位需求較少的知識(shí)點(diǎn)，增加了新的技術(shù)，并增加了有助于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新思維及動(dòng)手能力的內(nèi)容。具體調(diào)整如表1所示。

表1 本課程改革前后內(nèi)容調(diào)整

(二)教學(xué)方式改革

原教學(xué)方式為教師課堂講解，由于授課內(nèi)容涉及注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，比較枯燥，學(xué)生容易出現(xiàn)注意力不集中的現(xiàn)象。因此，改革后的課堂活動(dòng)包括課堂討論、學(xué)生參與授課等環(huán)節(jié)，并將理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場教學(xué)結(jié)合在一起以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

1.課堂討論

為吸引學(xué)生的上課注意力，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，教師需要將學(xué)生容易混淆的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為問題，組織學(xué)生在課堂上展開討論，通過師生互動(dòng)、學(xué)生互動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生討論分析不同設(shè)計(jì)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，得出最優(yōu)方案。具體討論內(nèi)容如表2所示。事實(shí)上，改革后的課堂教學(xué)改變了以往以教師為主體的現(xiàn)象，將學(xué)生作為主體，教師在課堂上起引導(dǎo)和啟發(fā)的作用。因此，基于表2中的問題，教師引導(dǎo)學(xué)生分析、思考，最終解決問題，有利于培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)性思維，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析問題的能力，體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。

表2 課堂討論的內(nèi)容安排

2.學(xué)生參與授課

為進(jìn)一步明確以學(xué)生為主體的教學(xué)理念，培養(yǎng)學(xué)生檢索、整理資料和語言表達(dá)的能力，增強(qiáng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，教師可以根據(jù)教學(xué)安排和各章節(jié)學(xué)習(xí)要求，選取部分教學(xué)內(nèi)容，如塑料原料、塑料對(duì)環(huán)境的影響、氣輔注塑、真空成型等，讓學(xué)生在自行資料檢索后制作幻燈片進(jìn)行講解，讓學(xué)生從被動(dòng)接受知識(shí)向主動(dòng)探求知識(shí)轉(zhuǎn)變，提高他們的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

3.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場教學(xué)

塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，只有實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的結(jié)合，才能更好地加深學(xué)生對(duì)模具結(jié)構(gòu)的理解。例如，教師可以在塑料制件設(shè)計(jì)的教學(xué)過程中，以生活和工業(yè)中常用的塑料制件為實(shí)例，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析；在“澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的教學(xué)過程中，采用圓珠筆芯、針管等簡易物品模擬不同直徑的流道、限制型和非限制型澆口，使學(xué)生理解塑料熔體在不同通道中的流動(dòng)速度，進(jìn)而理解非平衡澆口的填充順序；在“塑料模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”的教學(xué)過程中，將結(jié)構(gòu)的理論講解與模具拆裝結(jié)合起來，加深學(xué)生對(duì)模具各組成部分的理解；在“模具與注塑機(jī)的關(guān)系”的教學(xué)過程中，前往注塑成型實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生更直觀地了解注塑模具在注塑機(jī)上的安裝過程。

4.考核方式改革

傳統(tǒng)的考核一般局限于作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和考試三個(gè)環(huán)節(jié)，很難階段性地考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用的能力。因此，除常規(guī)的考核方式外，本次改革還增加了對(duì)學(xué)生課堂參與度的考核，同時(shí)增加了小測驗(yàn)環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行過程性評(píng)價(jià)，具體如表3所示。其中，授課環(huán)節(jié)可以提高學(xué)生整理資料、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和語言表達(dá)的能力；課堂討論有助于培養(yǎng)主動(dòng)思考的習(xí)慣，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力；小測驗(yàn)環(huán)節(jié)可以讓學(xué)生養(yǎng)成定期復(fù)習(xí)的好習(xí)慣。

表3 考核方式

(三)融入思政元素

塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)課程是核心專業(yè)課，教師在教學(xué)時(shí)要根據(jù)專業(yè)的特點(diǎn)理論聯(lián)系實(shí)際，深入推動(dòng)習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會(huì)主義思想進(jìn)教材、進(jìn)課堂、進(jìn)頭腦；要有機(jī)融入社會(huì)主義核心價(jià)值觀、中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育，特別是中國特色社會(huì)主義的“四個(gè)自信”方面的內(nèi)容；要以家國情懷為切入點(diǎn)，讓學(xué)生明白社會(huì)主義新時(shí)代下大學(xué)生的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)，培養(yǎng)學(xué)生的大國情懷。此外，教師要鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)好專業(yè)課程，為地方和國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入活力；要培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，在設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮原材料、加工、制造及裝配過程與環(huán)境及可持續(xù)性發(fā)展等各方面的問題，為國家和地方培養(yǎng)綜合素質(zhì)高的技能型人才。

五、結(jié)語

本研究以畢業(yè)能力要求和就業(yè)崗位能力需求為導(dǎo)向，主要從培養(yǎng)思路、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考核方式和課程思政改革對(duì)塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)課程進(jìn)行了討論。在教學(xué)內(nèi)容方面，增加了有利于提高學(xué)生能力和崗位能力需求較多的內(nèi)容，刪除了崗位能力需求不明顯的內(nèi)容；在教學(xué)方式方面，增加了課堂討論、學(xué)生參與教學(xué)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場教學(xué)；在考核方式方面，增加了對(duì)課堂討論中的表現(xiàn)、學(xué)生授課質(zhì)量等內(nèi)容的評(píng)價(jià)。實(shí)踐證明，本次改革能夠促使學(xué)生參與課程學(xué)習(xí)和課堂討論，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握有了較大提高，同時(shí)有助于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和環(huán)保意識(shí)。