锻造工艺及模具设计课程综合改革的探索

袁玉红 郑继明 伍权

【摘要】为了适应新的教学计划，改变锻造工艺及模具设计课程无趣的教学现状，通过整合教学内容，采用多媒体教学环境下的教学模式，运用“案例教学法”“项目设计演练法”提高学生学习兴趣，培养学生自主学习的能力，培养学生协作创新设计的能力，以提高教学质量。

【关键词】锻造工艺及模具设计；教学内容；教学模式；案例教学法；项目设计

【基金项目】贵州师范大学2016校级本科教学工程建设项目（项目编号：2016XJJG17）。

锻造工艺及模具设计是材料成型及控制工程专业的一门重要专业技术课程，要求学生掌握锻造的基本理论和知识、中等难度锻件的锻造工艺设计及锻模设计方法，培养学生综合运用知识解决锻造问题的能力。

近两年随着教育部专业目录的调整，该课程的教学计划也进行了相应的改变，课时量由48学时减少到32学时。由于该课程是一门专业技术课程，教学中不但有较多抽象的理论知识要讲解，而且有很多设计方法要传授给学生，这些使得教学难度很大。采用传统的教学方法学生会感觉学习很枯燥，很快放弃学习。为了提高学生的学习兴趣，让学生积极主动学习，以提高教学质量，为学生后续的专业课程设计、毕业设计、专业技术工作打下了坚实的理论和实践基础，课题组对该课程的教学内容、教学模式、教学方法和手段进行了一系列改革探索。

一、整合教学内容，实施参与式教学方法，培养学生自主学习

锻造技术日新月异，锻造工艺及模具设计课程让学生既要掌握基本理论知识，又要掌握基本的设计方法，还要了解本课程的先进技术，教学的主要内容不但没有减少，而且涉及面更广。所以只有整合教学内容，突出重点，抓住难点，才能适应新的32学时的教学计划。

改革后的主要教学内容分三大块：自由锻工艺设计、锤上模锻工艺设计、锤锻模结构设计。授课共20学时。安排4个学时讲授绪论、锻前下料加热、锻后辅助工序的基本知识；安排2个学时介绍机械压力机上模锻、螺旋压力机上模锻、液压机上模锻与锤上模锻的区别与联系；安排6个实验课时，其中用2课时介绍专业锻造模拟软件Deform 3D，以帮助学生学习数值模拟分析方法。

课内的32学时学生不足以掌握本门课程，所以教师课后布置32学时的学习任务对课堂教学内容进行巩固、补充和延伸。学生通过阅读教材及相关书籍学习理论知识，通过完成相应的课后作业、设计任务来巩固三大重点内容。在教师指导下，学生通过上中国锻压网，阅读专业杂志《锻压技术》《模具工业》等来了解目前国内外锻压技术的发展状况，了解锻造的先进技术。学生课余花时间去熟练运用专业锻造分析软件Deform 3D，掌握最新的锻造CAE数值模拟分析技术，以适应现代锻造技术的发展，满足现代锻造行业的需要。

整合教学内容后，教学突出重点，抓住难点，课后任务促使学生主动参与学习，大大激发了学生的学习兴趣、求知欲，为提高教学质量奠定了基础。

二、探索多媒体教学环境下的教学模式，提高学生学习兴趣

为了把枯燥的技术课程上得生动有趣，课题组开发了集锻造生产视频、锻造成形模拟仿真视频于一体的多媒体课件。多媒体教学环境下的教学较传统的教学有许多优势，具体体现在以下几方面。

（一）制作锻造生产视频能激发学生学习兴趣，引导学生走上专业学习的道路

对于没有任何工程背景的本科生而言，兴趣是最好的老师，兴趣是创新教育的活力。本课程要告诉学生锻造是一门什么技术，应用在什么地方，要向学生介绍锻造的发展历史和发展现状，让他们知道锻造技术在国民经济发展中的重要性，激发学生学习的欲望。课题组通过收集大量的锻造生产视频和图片资料，整理制作后的多媒体视频和PPT课件，让学生可以直观了解我国古代兵器的手工自由锻造技术，20世纪50年代活跃在我国的蒸汽锤上锻造技术，以电动机和液压系统驱动的锻锤锤头改进技术，后期以热模锻压力为主要设备的模锻自动化生产线技术，以及现在国内外大型锻件水轮发电机主轴的锻造技术、精密锻造技术、等温锻造技术，锻造的数字化模拟技术等先进技术。生动的视频教学增强了课程的趣味性，不但让学生知晓这门课程研究什么，要解决什么问题，目前尚未解决的锻造问题，还开阔了学生的视野，激发起学生的学习积极性。

在重要内容教学中，通过生产录像视频展示自由锻、模锻的生产过程，让学生直观了解锻造工序及其操作方法、锻压设备的运行、模具的安装及使用。直观生动的多媒体教学大大增强了学生对教学内容的感知和了解，激发了学生的好奇心和学习热情，使学生能更加迅速进入理论知识的学习中。

与传统的教师板书教学相比，丰富的多媒体教学直观生动，更能激发学生学习兴趣。多媒体教学传输的信息量大、教学效率高，更适合新教学计划。

（二）“案例教学法”应用数值模拟仿真技术，解决教学中的难点

传统教学方式的直观感、立体感和动态感等方面的不足，使一些抽象的内容难以理解和掌握。在锻造工艺及模具设计这门课程中，探索金属的流动规律贯穿于整个教学过程，学会理解和分析金属的流动规律能帮助设计合理的锻造工艺及合理的模具结构。但“金属流动”很抽象，教师难讲，学生难学。

为了解决教学中“金属流动”这个难点，课题组把数值模拟仿真技术应用到教学中。通过运用锻造成形分析软件Deform 3D模拟锻件的成形过程，可以观察成形过程中金属流动状况、锻造温度的变化、锻件的应力应变状况，可以直观看见“金属在流动、坯料在变形、锻件逐渐成形”。如在重点内容“自由锻工艺设计”讲解中，课题组应用模拟仿真技术设计了案例教学，根据教学内容制作了“下料-墩粗-局部墩粗-双面冲孔自由锻成形”模拟仿真视频。学生能目睹圆柱形坯料加热后在锤头作用下的整個变形过程，能清楚看到金属的流动过程，也能观察到金属变形中温度的变化。

通过两年的实践教学，把数值模拟仿真技术应用到课件制作中，锻件成形过程形象而生动，学生看完后很快理解了金属流动成形、模具控制金属流动的技术。现在学生理解“金属流动”已经不再是一个难题，教学中的难题迎刃而解。

三、“项目设计演练法”培养学生创新设计的能力

锻造工艺及模具设计要求学生掌握锻件的锻造工艺及锻模设计的方法。在课程结束后，学生应该掌握中等难度的轴类、盘饼类自由锻工艺设、开式模锻工艺设计及其锻模设计。由于学生没有工程意识，在自由锻工艺、开式模锻工艺理论知识完成后，学生缺少对知识的融会贯通和运用，不知道如何去解决锻造中的工程问题。所以讲解完这两个章节，均选择难度适中的锻件——齿轮、阶梯轴，让学生分组实施工程项目演练，培养学生的工程意识、协同工作和创新设计的能力。

如“阶梯轴”开式模锻设计内容：1.根据零件图设计锻件图；2.设计热锻件图及终锻模膛；3.设计“计算毛坯图”确定制坯工；4.设计制坯模膛；5.设计制坯模膛；6.锻件成形模拟仿真。在设计过程中，学生应用相关理论知识来完成设计任务，最后提交设计成果。完成设计任务后，学生不但掌握了开式模锻工艺、锤锻模的设计方法，而且计算机辅助设计能力和计算机CAE辅助分析能力也得到了极大提高。

设计任务多，涉及的知识多，课后独自完成设计任务难度很大，所以学生按4人一组实施项目设计，分工合作。每个小组同学先消化吸收课堂讲解的知识，理顺设计思路，分解设计任务，然后相互督促学习以完成设计任务。在设计过程中，同学们积极交流设计理念、设计经验，积极通过网络查找或到图书馆去查阅资料，课后的学习积极性高涨。

在教师的帮助和鼓励下，学生克服重重设计困难，完成任务，不但巩固了理论知识，综合设计能力得到了极大提高，而且积极创新，变得乐观自信。

四、结束语

为了适应新的教学计划，提高教学质量，课题组对锻造工艺及模具设计课程的教学内容，多媒体下的教学模式、教学方法等进行了综合改革和探索。改革后的教学能充分调动学生积极性，给了学生一个由表及里、由浅入深、循序渐进的学习途径，能更好地培养学生独立分析问题和解决问题的能力，能培养学生创新设计的能力，增强他们的专业自信心。

通过三年的教学改革，课题组教师不断总结经验教训，取得了丰富的教学经验，为锻造工艺及模具设计课程进一步改革创新奠定了基础。

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