《模具设计》课程教学改革与实践

2011-04-01秦少雄曲宝龙廖海星苏高申长江大学化学与环境工程学院湖北荆州434023

长江大学学报(自科版) 2011年4期

秦少雄,曲宝龙,廖海星,苏高申 (长江大学化学与环境工程学院,湖北荆州434023)

《模具设计》是普通高等学校高分子材料与工程专业的主干专业课程之一,其内容主要包括塑料成型基本理论、注射成型工艺及模具设计、其他成型模具设计和修模改模。20世纪90年代以来,随着塑料制品的广泛使用和计算机技术在模具设计领域的全面应用[1],塑料成型模具发展迅速,新型模具不断涌现,传统的模具设计课程体系设置已经不能满足市场需求对高分子材料与工程专业人才的需求。此外,在高等教育 “厚基础,宽专业”的原则[2]指导下,专业课程学时压缩,其教学内容急待优化整合,最大限度地发挥教学效果。为此,笔者针对传统的高分子材料与工程专业《模具设计》课程体系存在的问题,根据高分子材料与工程专业人才培养目标和课程教学体系改革的要求,对《模具设计》的教学内容、教学方法、考核方式、实践教学等方面进行了综合性的改革和教学实践。

1 课程体系存在的问题

1)教学内容落后于工业发展和市场需求《模具设计》课程是一门理论和应用都很强的专业课,并随着塑料制品的广泛使用和技术的进步在不停发展,工业发展和新技术的应用对设计人员提出了更高的要求[3]。传统的塑料成型模具设计教学内容过于偏重理论教学,轻实践和实验教学,并且教材内容的更新程度也落后于工业技术和市场需求的发展,这对学生的就业十分不利。

2)陈旧的教学方法、教学手段导致课堂知识容量较少受到各方面因素的限制,传统的《模具设计》课堂教学均采用板书理论教学,但由于课堂知识过于繁琐,有时一幅模具组合图纸可能要在黑板上绘制十几分钟,而其他时间的教学内容就显得过于拥挤,通常是教师忙于赶教学进度,学生忙于记笔记,导致课堂互动少,学生自主思考少,动手设计少,学生提问少,教师无疑可答,这样大大影响了教学效果。塑料成型模具设计课程要求学生具有非常强的空间几何和机械自动化基础,尤其是复杂结构模具的开合模动作,如果学生基础稍差就很难理解,更谈不上灵活应用和设计。

3)单一的考核方式不利于调动学生的学习主动性《模具设计》是一门涉及到机械制图、塑料成型工艺、模具结构设计、零件组合与装配等多学科知识的综合性课程。在实际生产设计中,设计人员必须将这些基本理论知识应用到工程项目中去解决生产实际问题。而塑料成型模具是所有模具种类中最复杂的一种,很多生产参数需要在现场根据试模结果来调整,要经过反复多次的试模、修模才能最终确定某些参数。由于这些参数的复杂性,不同的设计人员和不同的设计方案会得出不同的调试参数,即结果具有多重性。传统的笔试考核方式注重理论设计而忽略了课程实践,无论是课后作业还是期中期末考试均采用笔试形式,而对实际动手设计和生产问题则束手无策。显然,传统的笔试考核方式不能完全考察出学生对塑料成型模具设计知识点的掌握程度和运用多种专业基础知识解决实际模具设计的能力。

4)薄弱的实践教学阻碍了学生的创新能力培养在传统教学中,理论教学通常被置于首位,而实践教学则常常被忽视,多数实践教学仅仅拘泥于形式而无内涵,学生对实践课程的认知程度远远不够。在实践教学内容中,演示性、验证性内容较多,学生能动手操作、主动思考性的较少,并且由于实验环境的限制,教学手段比较单一,很难激发学生的学生兴趣。此外,出于安全风险的考虑和受金融危机的影响,多数企业不愿接收学生进行参观和生产实习,即使学生进入工厂进行生产实习,考虑到企业的生产效率、生产线的安全和对学生的人身安全考虑,企业通常不允许学生动手操作,所以生产实习多数情况下演变为参观实习,学生很难学到操作性知识,这直接导致了学生对实习课程的兴趣下降。

2 教学改革措施与实践应用

1)紧紧围绕人才培养目标定制教学内容首先按照长江大学高分子材料与工程专业人才培养目标之一:成为综合素质良好的模具设计中初级技术人才,重新编写了新的《模具设计》课程教学大纲,重新规划了授课内容学时分配,力求知识点全面、重难点突出。在绪论中全面介绍了6种模具的简单结构、生产流程和主要区别,同时给出了各种模具生产出的塑料产品的主要特点及典型示例图片,学生通过简单的了解能很快掌握塑料件的成型方法及应选用何种模具来生产,这样很容易激发起学生的学习兴趣,调动学生的学习主动性。在后续课程讲解中,主要讲解注射成型工艺及其模具设计,这部分内容占总课时的3/5,对于其他类别的5种传统模具及新型模具讲解其主要设计流程、与注射成型模具的设计差异。

其次,在教学内容中也舍弃或简化了许多知识点,如第3章注射成型模具设计中浇口及流道的设计中,简化了尺寸的设计内容,只给出了2种经典设计形式,因为在现在应用的多数CAE软件都可以直接设计出浇注系统形式并给出优化后的尺寸,在这一部分没有必要浪费过多课时来讲解。为了培养学生的学习主动性和创新精神,在课堂上适当增加了科学技术和学术前沿这一内容,引领学生关注模具设计界的科研和应用。

最后,为了提高学生的就业竞争力,将计算机技术引入课堂教学中,主要是CAD和CAE软件,如Pro E、Solidworks、Master CAM、Moldflow等,学生可以根据学习的侧重点不同选择不同的软件进行学习。经过对教学内容的全面改革和在2005、2006级学生中的实践,学生的计算机运用能力大幅度提升,自主学习能力显著提高,同时增强了学生的综合创新能力和就业竞争能力。

2)改进教学方法在教学过程中,去除了传统的 “填鸭式”教学方法,主要采用 “讲练式”、“现场讨论式”、“启发式”等主动式的教学方法,培养学生的主动思维能力和创新能力,增强教学互动。在课堂上结合教学内容提出具有工程意义的问题,如根据塑料件缺陷来修模改模,让学生们分组讨论解决方案,这样不仅培养了学生的团队合作精神,还提高了学生解决问题的能力,增强了创新意识。在《模具设计》教学中,采用理论课与实践课相结合的方法,使教师的 “教”与学生的 “学”交互进行,提高学生对课堂知识的理解能力和吸收能力。如在第1章绪论教学过程结束后,引导学生进入塑料成型实验室进行模具的初步认识,笔者购置了多套注射成型模具、压制成型模具和吹塑料成型模具,指导学生对各种模具进行拆装并与课堂上的理论图纸做对比,借助这些实际的塑料成型模具,学生们对模具的感性认识有了直接的提升,增强了学习兴趣。在经过一段时间的学习之后,鼓励学生对模具结构提出改进意见。事实证明,一些学生的改进意见十分巧妙,能解决生产实际中存在的问题。

在课堂教学中,采用板书与多媒体课件相结合的方式授课,充分运用虚拟现实技术,增强学生的感性认识,缩短学生的认知时间,同时也增加了课堂容量。如将在传统教学中的模具图纸均制成多媒体课件,模具的运行均采用动画形式表达,将模具的三维图纸直接应用在课堂教学中,三维CAD软件的强大功能使模具图纸可以十分快捷和方便的查看,教师可以根据学生们的疑问对模具整体装配图或单一零件图进行全方位展示,甚至可以提供半剖图、局剖图,使学生们能在很短时间内掌握模具图纸的查看方法,并熟悉模具图纸的绘制,提高了学生的专业技术水平。同时,这样的授课方式避免了课堂的枯燥和无趣,提高了学生的学习主动性。

3)改革考核方式考试内容与方法的改革是以检测学习综合效果、找出差距和不足,以促进知识的掌握、能力的培养及提高教学质量为目标[4]。《模具设计》考核方式采用综合方式,总体目标是去除传统的高分低能现象,避免学生学习过程中产生死记硬背的现象,用综合的考核方式激励学生对所学知识能注重理解、活学活用,激发学生学习的主动性,并能在一定程度上对塑料成型模具进行改进和创新。

《模具设计》考核采用了理论考核与设计考核2部分:理论考核以笔试形式进行,主要考查学生对基础理论和专业知识的综合运用能力,这部分内容占总成绩的50%;设计考核以大作业、课堂分组讨论形式进行,主要考查学生对塑料成型模具结构设计的全面掌握程度、对模具结构的改进创新能力以及团队合作意识,这部分内容也占总成绩的40%;其余10%成绩为课堂提问、课堂测验和作业成绩。在理论笔试考核中,除原有理论内容外,添加了与生产实际密切联系的工程内容,如塑料成型模具图纸的装配与拆分、根据塑料件缺陷的修模改模方案、模具结构的改进等;在大作业考核中,以4周为限,给出4种注射成型塑料件,学生可以按自己的意愿任选其中一种进行注射成型模具设计,要求学生能独立完成注射成型模具的总体结构设计、模具主要尺寸计算、主要零部件图纸绘制、总装配图绘制;在课堂分组讨论中,给出10种注射成型塑料件的缺陷,学生4人为一组,要求学生能根据塑料件的缺陷从注射成型工艺、注射成型模具结构与尺寸或注射机的操作方面提出解决方案。

4)强化实践教学塑料成型模具设计课程实践教学包括实验、课程设计、毕业设计和生产实习等教学环节。在实验教学环节中,学校在很早时期就注重实验室建设,先后购置了注射成型机、挤出成型机、热压成型机、制样机及各种塑料成型模具。在实验课程中,减少了验证性和演示性的实验,增加了综合性、设计性和具有创新性的实验,调整过的教学内容科学合理,有利于调动学生的学习主动性和创造性。通过学生的动手操作实验,学生们能迅速的掌握各种成型模具的工作原理和实际结构,并促进了学生的学习兴趣。在理论教学中较难掌握的知识内容,如模具结构细节、模具开关模动作等,通过实验课程可以很快掌握。在课程设计中,为了满足不同学生的个性化需要和提高创新能力,笔者对传统的单一论题和单一设计模式进行了相应的教学改革。鼓励学生能对自己熟悉的塑料件进行注射成型模具的设计,通过指导教师的指导与审核,对有创新性的作品给予优先指导;在生产实习方面,加强了实践基地建设,先后与数家单位签定了校企合作协议,为学生的生产实习和毕业设计提供良好的环境。