培養學生解決復雜工程問題能力的《聚合物成型模具》課程設計教學改革

0 引 言

國內的工科教育已經有100多年的歷史，門類齊全，體系完整，在國內各行業的發展中起到關鍵作用。當前全球科技的爆炸式發展，工科教育的不斷變革有著自身的內在需求。由于歷史原因，國內的工程教育未形成相對統一的質量認證標準，被不少專家學者認為國內工程教育水平落后。但2016年我國正式成為國際工程教育《華盛頓協議》的成員國，標志著我國工程教育標準和認證體系實現國際實質等效

。同時一系列的因素促使我國工科類院校大力開展工程教育專業認證工作，以期進一步提高工科畢業生的培養質量

。工程教育專業認證的核心是以學生為中心、產出為導向，致力于培養學生解決復雜工程問題的能力

。天津科技大學高分子材料與工程專業是較早在北方地區以培養學生橡塑加工能力為主要培養目標的工學專業，其課程體系完整，專業方向明確，涉及橡塑加工工程的材料配方、加工工藝及成型設備與模具3個模塊。為適應現代科技發展趨勢，提高本專業教學水平，本專業也在以國際實質等效的工程教育標準和認證體系中進行教育教學體系再建設。但由于對“復雜工程問題”的理解偏差，導致實踐課程在選題、教學與考核等諸多方面與認證標準和認證體系的要求不匹配。

《聚合物成型模具》是天津科技大學高分子材料與工程專業的核心專業課，通過本課程的學習，致力于使學生了解聚合物成型模具的設計、制造、試模及應用于生產的基本過程，掌握聚合物成型模具的基本構成和原理，為從事聚合物成型模具設計及聚合物加工奠定技術理論基礎。與該門課程配套的聚合物成型模具課程設計是檢驗學生掌握理論專業知識的關鍵教學工具，也是培養學生解決聚合物加工領域復雜工程問題能力的有效途徑之一，是課程教學改革的重點。

他仿佛看穿了我的心思，瞇著他的小眼睛對我說說，關之林，你不僅聰明，而且深沉，你比我提那些所謂的非分要求還要可怕。

現分析了《聚合物成型模具》教學環節的現狀，針對目前教學環節存在的問題，闡述了聚合物成型模具課程設計改革思路及具體建設方案。通過教學改革檢驗學生的知識體系，鍛煉學生的實踐技能，培養學生的創新思維，使學生能夠對高分子材料加工工程領域的復雜工程問題進行分析，并通過設計合理的方案，有效地解決復雜工程問題。

4.師生互動教學設計?；诰W絡教學平臺的開發與使用，利用網絡技術優勢，根據教學目標、教學內容和任務，在課程講授方式的設計中應當創設一定的虛擬情境，讓學生有身臨其境的學習體驗；情境盡量靠近生活，盡量真實，以激發學生學習、探究、體驗的動力。設計師生互動的幾個模塊和環節，甚至根據學生的即時提問，系統生成學生所需的課件網頁。這種“人—機”交互或者“人—人”交互式平臺，可以實現師生雙方的實時溝通、交流。課后討論的設計應當引入小組模式，實現分組合作的“學生—學生”的真實交流［6］，充分肯定學生的自主性、積極性和合作精神，從而激發學員學習的積極性，調動其探索知識的欲望，提高解決問題的能力。

1 聚合物成型模具課程設計中的“復雜工程問題”

工程教育認證標準中提到的“復雜工程問題”必須具備的7個特征

，在《華盛頓協議》中有明確表述，但并不要求本科生教育完全達到這種水平。結合與其相聯系的知識框架要求及對于本科生要面對的工程能力特征描述可以看出，對于本專業聚合物成型模具課程設計的復雜工程問題應具備以下部分或全部特征。

（1）設計中需要能綜合利用機械設計基礎、機械加工、高分子材料成型工藝及成型設備中所學習的基本原理和方法，全面系統地思考才能解決的問題，具有復雜性，如型腔壁厚的確定涉及力學強度、剛度、材料溢邊值屬性、成型工藝條件等。

（3）與大多數課程設計傳統的考核方式一樣，聚合物成型模具課程設計的成績主要是針對課程設計說明書及圖紙進行評閱給分，考核方式單一，考核標準粗糙，缺乏對課程設計過程的考核，如設計過程中的討論情況、對教師質疑應答情況等均不能體現。

（3）能夠以新穎的方式創造性地運用工程原理和基于研究的知識，如熱管技術用于模具冷卻、齒輪齒條機構用于模具開模、側型芯抽芯、疊層模具開模等，是對基礎原理進行新的應用即創新。

*通信作者:林嵐 (1971— )，女，福建漳州人，教授，博士，主要從事休閑及旅游地理研究，(E-mail)linlancn@163.com。

（4）問題涉及技術之外對健康、社會和環境的因素，如熱流道模具要考慮模具的安全性、了解模具節能技術等。

（5）問題能夠促進學生對基礎原則問題的認知，如注射模平衡流道的基本原則，可以應用在大型擠出模開發中，減輕模具質量。

塑料加工企業及模具企業對模具設計人才的技能初級要求是能夠結合客戶需求，在獨立狀態下制定滿足客戶需求的性能、成本及可靠性最佳的模具方案，能夠進行零部件設計和驗證。結合上述5點特征，聚合物成型模具課程設計任務書內容適合培養本專業學生解決復雜工程問題的能力，而要使學生具備解決復雜工程問題的能力，其關鍵是教學設計、教學過程控制、考核方式的改革與實現。

2020年3～9月在天津科技大學對高分子材料與工程專業2017級本科生開展了《聚合物成型模具》課程設計改革實踐，按上述要求提出的聚合物成型模具課程設計任務書，共計102名學生進行了聚合物成型模具課程設計，實施過程如下。

2 聚合物成型模具課程設計存在的問題和解決方法

2.1 存在的問題

（2）細化課程設計任務描述，加強對工程問題復雜性、系統性、創新性的內容要求。在以聚合物成型模具設計為核心內容的同時，將制品特征修改、模具經濟性分析、材料選擇、模具制造和制品成型工藝作為模具課程設計要考慮的輔助因素，形成一個集制品設計、模具方案設計、模具生產應用等多種知識的復雜工程問題，全面考察學生多門專業課知識的掌握情況，培養學生解決復雜工程問題的能力。

（1）人員分組。為了項目完成并達到質量要求，擬定5～6人為一組，分成20組，每組選出組長一名，負責聚合物成型模具課程設計紀要的記錄和整理工作。

（2）涉及多方面的技術、工程和其他因素的綜合性問題，如模具型腔數與注塑機選擇要考慮產量、模具結構要考慮制品結構和成型工藝等，具有綜合性、系統性。

2.2 解決方法

浙江省水功能區劃修編案例分析與關鍵問題探討…………………………………………………… 蔡臨明(17.44)

（1）改變課程設計教學進程安排，在《聚合物成型模具》理論課程的教學之初，對學生分組，分配設計制品和下達設計任務書。一方面促使學生在基礎知識學習的過程中結合設計任務并帶著問題學習，提高學生學習專業課的積極性，便于實現設計交互式教學；另一方面實際上延長課程設計的指導，增加學生對課程設計的思考，促進創新方案的形成。

本次研究結果顯示，觀察組患者治療效率96.15%顯著高于對照組82.69%，差異有統計學意義（P＜0.05）。這說明，無論是藥物治療還是PCI手術介入治療，對于改善冠心病心絞痛患者臨床癥狀都有一定的效果，但PCI介入手術的療效更加。本組研究PCI采用適用于高齡冠心病患者的介入治療方法，在常規藥物治療基礎上，以改善患者心肌缺血再灌注情況，穩定患者病癥，為手術治療提供良好的基礎。

（1）教學設計過程中，課程教學和課程實踐時間銜接不緊。聚合物成型模具課程設計的課時是3周，課程設計是在理論教學完成后的第二學期。按照傳統教學模式，課程設計任務都是在課程設計教學時間中安排，即在理論教學完成后再布置課程設計任務，給學生的印象是理論是理論，實踐是實踐，二者融合不充分，銜接不緊密。

為了培養學生的團隊合作精神，需要對一個工程問題進行合作解決，在課程設計任務中，對同一組的相同制品，要求學生在制品局部結構特征、材質、質量、性能、成型模具方案等具有2個方面以上的不同，保證不同學生之間的設計任務具有較高的區分度，避免部分學生不認真完成課程設計。

針對聚合物成型模具課程設計教學環節存在的問題，基于培養學生解決復雜工程問題能力的基本理念，也為實現指導過程的系統化

，提出以下教學改革方法。

（3）改變教學大綱中的考核方式，加強課程設計的過程考核，以適應工程認證和學生復雜工程問題能力評價的客觀性和全面性。對于課程設計的考核方式，除了對課程設計說明書及圖紙進行評分外，要求每組同學選擇一名組長，每天記錄本組同學的課程設計活動，包括相互討論所提問題、同學見解、教師指導過程中發現的問題、修改情況、答辯時教師所提問題及合作作答情況等，最后形成聚合物成型模具課程設計紀要，作為成績考核的一部分，增強考核力度。

聚合物成型模具課程設計紀要完整、客觀反應了學生進行模具課程設計的積極性、答疑次數、課程設計進度等指標，有利于契合工程認證標準體系中的過程控制要求。

3 聚合物成型模具課程設計改革實施及成效

聚合物成型模具課程設計應用上述方法，開展實踐教學，通過對學生畢業設計情況檢查及座談會反饋，分析教學改革的成效。

3.1 項目實施過程

資產證券化可以有效的將缺乏流動性的資產和個人的資產轉變為可以在金融市場上交易的高流動性金融商品。通過資產證券化這個手段，發起人可以補充資金，進行其他的經濟活動。對于流動性較差的資金，可以通過資產證券化來實現提高其流動性，從而成為可以在市場流通的證券，這樣通過這種方式可以增加融資方式，提高融資能力，有利于資產的流通，進而促進實體經濟的發展。

（2）模具課程設計任務描述不詳細，題目區分度不高，不能促進學生創新模具設計。盡管模具課程設計具有復雜工程問題的特征，但由于學生的思維惰性，對于同一制品不愿意提出多種可行的模具方案進行優化比較，其主要原因是考核內容中只針對學生的設計——一個設計結果進行評分。盡管為了一人一題，要求同學對同一制品采用不同材料或不同型腔數進行模具設計，但部分同學不認真開展課程設計工作，將同組進度快的同學的設計進行數值微調即作為完成自己的任務。

20世紀70年代后期，產品內分工迅速發展，并已成為當今國際貿易分工的主要形式。從理論上來講，產品內分工形式主要是比較優勢理論的進一步深化，體現在從標準貿易理論最終產品的生產延伸到產品的某一中間生產環節上。在這種分工貿易形式下，一國的貿易結構、貿易流向以及貿易額等方面都發生了重要改變。此時，傳統的貿易利益內涵也發生了改變，由狹義的貿易利益向廣義的貿易利益轉變，即動態貿易利益分配問題。筆者也著重從此分工形式來說明分工與貿易利益爭議的研究情況，因為作為占據中國貿易總量一半以上的加工貿易，從本質上看，不僅呈現了典型的產品內分工特征，而且是我國貿易順差的重要來源。

（2）任務下達。分配每組同學不同行業企業贈送的塑件制品1件，要求學生在進行設計題目擬定時從制品的局部結構特征、材質、質量、性能等方面有所區別并在課程設計題目上體現，不能雷同；確定模具方案時，明確要對不同子系統技術特征、對環境、安全、環保的影響、經濟效益有詳細分析說明等，并經過教師與學生討論，確定一個較優方案以進一步實施。

分別對分子量100 kDa、30 kDa、10 kDa超濾膜超濾所得截留液以及濾過液進行蛋白質含量測定，結果顯示，10 kDa和30 kDa超濾膜對蛋白質的脫除率分別為70.81%和77.62%，100 kDa超濾膜對蛋白質的脫除率最高，達82.21%。隨著超濾膜分子量的增大，蛋白質去除率提高。這是由于實驗中用于超濾的靈芝子實體多糖溶液是經過纖維素酶和蛋白酶復合酶解靈芝子實體所得，因此較其他提取方法所得粗多糖溶液，酶解液中含有相對較多的游離小分子蛋白質。

（3）聚合物模具復雜工程問題分解，確保其包括：①任務制品特征分析與改進；②模具應用特征確定，主要包括工藝、型腔數或產量、成型設備選擇；③模具方案及分系統設計，以注射模為例，包括澆注系統、成型零部件、導向機構、脫模機構、冷卻系統等；④進行經濟性、人文環境因素等分析；⑤編寫體現方案創新、基本原理應用、產生新經驗的設計說明書，繪制相關圖紙。

（4）實現方法。根據聚合物模具課程設計的特點，要求學生參照《聚合物成型模具》教材、電子文獻檢索、模具案例參考書和模具教具進行方案設計；模具利用機械平面繪圖軟件進行繪圖，詳細標注技術特征和要求；通過文獻調研，參考參觀實習實踐所掌握的知識對經濟、環境、安全、健康等非技術因素進行分析。

（5）評分標準。設計說明書撰寫占40%，圖紙占40%，聚合物成型模具課程設計紀要占20%（即平時成績含答辯、分組討論等，這部分主要體現過程考核

）。

3.2 項目實施效果

經一輪教學實踐后，通過對學生設計說明書、圖紙及聚合物成型模具課程設計紀要等綜合評估后發現，學生的設計水平和對工程對象的理解得到了提高，從學生座談反饋可知，學生的優良滿意度提高了5%，學生建議將紀要成績占比提高到40%。

4 結束語

根據工程教育專業認證標準，對專業課程進行教學改革，是提高畢業生培養質量的有效途徑。《聚合物成型模具》是高分子材料與工程專業的核心專業課，與之配套的課程設計對于學生解決問題能力的培養至關重要。對聚合物成型模具課程設計進行教學改革，提出了合理的改革建設方案。實踐表明，改革后的聚合物成型模具課程設計方案能夠全過程檢驗學生解決聚合物成型模具復雜工程問題能力，為學生勝任高分子材料成型工程領域的聚合物成型模具工作奠定基礎。

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