模具专业闭环式教学系统构建及实施

闫华军 马世博 汪殿龙 王丽娟 王 伟

河北科技大学材料科学与工程学院 河北石家庄 050018

模具是制造业的一个基础行业，保守估计，工业生产以及生活中50%以上的产品都是通过模具制造的。常用模具包括冲压模具、塑料模具、锻造模具、铸造模具、玻璃模具等十几种不同类型，其中汽车模具作为冲压模具中的一个重要组成部分，在河北省的占比非常高，河北拥有长城汽车、金环模具，沧州的兴达、兴林等全国知名模具厂，其他类型的模具在河北省也有很大占比[1]。随着京津冀一体化国家战略和雄安新区任务落地，河北省面临着行业的快速发展和产业升级的大好形势。冲压件、塑料件的生产也是响应国家节能减排、少污染的重要技术，因此为京津冀地区培养模具行业应用型人才是河北省地方学校的重要责任。

地方学校培养应用型人才也是响应国家政策的一个体现，面临行业竞争和发展、教学改革的形式，在工程教育专业认证背景下，河北科技大学对材料成型专业模具方向进行了教学改革，针对实践环节的改革形成了一整套的闭环式教学系统，各培养环节连接紧密，相互作用，培养目标统一，师生配合紧密，能够培养出符合社会要求的高素质人才。

模具行业需要模具人才能够进行模具设计、模具工艺计算、模具结构设计、模具加工制造等操作，一个高素质模具人才既要懂理论、懂实践，还要会设计和加工，以培养学生全面的素质和综合能力，服务区域经济发展和社会需求[2]。河北科技大学材料成型及控制工程专业模具方向对课程的实践环节进行了改革，把课程设计、毕业设计与技能培训等实践环节结合起来，用统一而综合的任务贯穿始终，让学生全方位地对问题进行深入理解和加工制造，从而更好实现课程实践环节的作用，达到培养高素质人才的目的。

以培养学生的创新精神和实践能力为导向，对专业课程实践教学体系进行了改革，构建了理论教学(任务布置环节)→课程设计(模具设计环节，创建模具结构)→专业技能培训(模具加工装配环节)→理论教学(任务验证环节)的三环节闭环教学体系。三环节闭环教学系统如图1所示。

图1 三环节闭环教学系统

1 打好理论学习基础 明确实践环节任务

模具方向的专业课程包括各种工艺成型方法、模具设计方法、模具结构原理、模具加工制造方法等，有些课程侧重结构设计及计算，如冲压工艺及模具设计、塑料成型工艺及模具设计、金属体积成型工艺及模具设计等课程；有些课程侧重模具加工制造，如数控加工技术、模具制造工艺等课程，各课程制件知识点比较零散，没有直接的关系，课程由不同教师授课，各教师的教学风格不同，强调的重点内容也不一样，因此学生对于各门课程的认识是孤立的，各课程知识点之间没有建立必要的联系，这样对于课程学习非常不利。因此，课程的知识体系之间应有关联，如何通过教学改革建立课程之间、知识点之间的联系是专业课程教学需要考虑的问题。

图1建立了贯穿理论教学、课程设计和专业技能培训3个教学环节的任务教学模式，采用任务驱动教学方法，形成了前后关联的闭环式教学体系。该教学体系中，专业理论课教学环节与实践环节是息息相关的，专业课教师讲授理论课时设定明确的学习任务，专业课程采取任务驱动结合翻转课堂的方式进行授课[3]，让学生积极主导学习过程，自行设计学习方法和安排设计思路，正确运用工具手册进行工程问题的设计和计算。平时以阶段性小任务的方式激励学生主动学习，使其深入掌握知识内容，了解知识之间的关系，结课时，学生采取汇报方式展示学习效果，通过答辩进一步明确任务的目的、要求、设计方法和基本思路。这样进行后期的课程设计时，学生就可以非常自然、积极主动地开展课程设计的各项任务。理论学习过程中，教师的作用是辅导，教师可采用案例教学法为学生提供必要的实践案例，提升学生的学习兴趣，教师精选工程中的案例，精心设计知识点、问题及解决方法等，做到知识点前后连贯、重点突出、现象明显，增强学生的学习效果。

2 课程设计实践环节

模具专业课程设计的任务是运用已学的专业理论知识对特定任务进行工艺计算和模具结构设计，该环节是理论和工程实践相结合的一个重要环节。为了提升学生理论联系实际、解决实际问题的能力，河北科技大学模具专业教师为学生安排3周课程设计环节，本环节需完成的任务为工艺设计方案、模具结构设计、绘制模具图。学生需要根据任务要求，自行进行资料查询、工艺方案设计、计算、绘制装配图以及零件图等。本环节设计的模具结构将作为第三环节“专业技能培训”的加工零件，因此设计模具结构时，学生还要考虑模具的加工工艺、加工设备选取等问题。教师在该环节为学生做好辅导和答疑，与学生共同探讨设计方案，丰富学生的设计思路，综合考虑设计、加工的各种技术，优化设计方法，并给出合理的设计结果。最终学生完成该阶段的任务，给出模具结构设计方法、绘制装配图和零件图，书写设计说明书。

3 专业技能培训实践环节

专业技能培训是侧重设备操作、模具加工操作的实践环节[4]。该环节培养学生对模具的加工方法、设备结构及操作过程的掌握情况。图1中，为了培养学生的工程实践能力，让学生掌握数控加工、线切割加工操作技巧，以课程设计制件为加工对象，完成3个任务，即加工方案制订、加工过程仿真和现场实物加工。

3.1 加工方案制订

学生需要针对课程设计的关键部件进行加工工艺设计和分析，综合考虑制件的用途、形状、加工设备等因素，最终设计加工方案，加工方法一般包括数控加工、线切割和普通机加工等方法，该过程需要选取设备、绘制加工图，制订加工工艺卡。

3.2 加工过程仿真

模具实际加工之前，教师先为学生进行仿真模拟培训和数控加工技术现场培训。学生依据初定的模具加工方案，在仿真系统中模拟模具加工过程，优化加工参数。该过程中，教师及时关注学生的设计方案，并监管学生进行正确设备操作，然后引导学生在软件中进行加工模拟，通过比较工艺参数，选出合理结果。

3.3 现场实物加工

通过完成加工方案、加工过程仿真结果，本环节在学习加工设备操作基础上，完成零件的现场加工过程，使加工制件的精度满足要求。本环节结束后，为了验证加工制件精度，还需要把本环节加工的制件反馈到理论教学和制订的任务中。检查加工方法是否正确，对理论教学形成验证，另外加工制件反馈到整个系统各环节，用以验证加工结果是否符合设计要求。理论教学、课程设计、专业技能培训3个环节环环相扣。理论教学时，需采取合理的教学方法引领学生学习，提升学生的学习主动性，最终明确整体教学任务；课程设计环节基于理论教学所学的知识，以特定题目，自动完成该阶段方案设计、模具结构设计和图纸绘制；专业技能培训阶段，学生学习各种机床加工方法，以课程设计零件为对象，进行数控加工仿真、现场加工，最终获得合格的产品，本环节的结果和加工质量反馈到理论教学和目标任务处，系统分析了整个设计和实践环节是否正确、方法是否合理。本系统环环相扣，充分提升了学生的实践能力、合作能力、创新能力和综合素质。

4 结语

针对模具专业中理论教学环节、课程设计环节和专业技能培训环节进行整体设计，形成了一个闭环系统，各环节之间环环相扣，紧密相连。通过该系统的实施，教师讲授理论课程和实践课程有了统一的任务目标，各环节执行过程中，学生需要兼顾上、下环节与本环节之间的关系。整个系统有很鲜明的特点，执行过程中，以学生为主导完成各项任务，本系统建立了课程之间的关系。本系统对培养综合性应用人才具有重要意义。