基于OBE理念的《锻造工艺及模具设计》课程实验教学模式探究

史雪婷 冯利邦 韩兴瑞

（兰州交通大学材料科学与工程学院 甘肃·兰州 730070）

0 前言

金属塑性成形广泛应用于机械、冶金、兵器、船舶、航空、航天、汽车等部门，在国民经济中占有十分重要的地位。锻造是重要的塑性成形方法，在工业生产中起着举足轻重的作用。《锻造工艺及模具设计》是材料成型及控制工程专业重要的一门专业课程，课程要求学生掌握锻造的基本理论和知识，并能对一般锻件进行工艺分析、制定锻造工艺流程及进行锻模设计，具有初步分析锻件缺陷，解决锻件质量问题的能力。该课程具有概念和工艺众多、模具型腔复杂、塑性流动过程抽象、众多的设计原则和方法需要紧扣实际生产条件才能真正理解和体会等特点，是一门具有较强理论性和实践性的课程，老师反映难教，学生感觉难学，使传统的教与学难度都很大，极大地影响了课程教学效果和人才培养质量。实验教学的开展可以培养学生灵活运用理论知识的能力，锻炼学生的动手实践能力及创新思维，使学生能够独立地分析和解决问题。从某种程度上说，实验教学的好坏直接反映了一所高校的教学质量。近年来为了顺应“互联网+”时代信息化教育的发展趋势，探索以学生为主体，教师为主导的教学模式，各高校逐步引入多媒体虚拟教学与互动教学等现代化教学手段，以推进现代信息技术与高等教育的深度融合，实现资源深度共享，提高教学质量，培养更能满足工程教育专业认证要求及市场需求的应用型人才。

1 课程现状及研究内容

2016年随着中国成为《华盛顿协议》的正式会员以来，我国在工程教育认证实践方面已经取得了较大的进步与发展。兰州交通大学（以下简称为“我校”）材料成型及控制工程专业也积极参与了工程教育专业认证。《锻造工艺及模具设计》是我校材料成型专业塑性成形方向所开设的一门重要的专业课，具有理论与实践结合紧密、知识系统复杂、要求掌握的知识点多等特点，学生通过对课程的学习能达到对简单零件制定锻造工艺和进行模具结构设计的初步能力，能设计并实施与锻造成形相关的实验并分析实验结果获取有效结论的能力，对材料成型专业培养目标及毕业要求的达成起着重要的支撑作用。然而，目前由于课时压缩、师资、设备及实验室的短缺等原因，成型专业并未真正开设锻造成形相关的课程实验，同时也缺乏课程设计的实践训练，极大削弱了学生进行问题分析及模具结构设计能力的培养，而目前的高等教育却越来越重视对学生实践能力的培养。同时由于学生普遍存在锻造方向就业面窄、就业环境差、就业前景不容乐观等认知的偏差，使得学习兴趣不大、动力不足、学习效果不佳，更谈不上对其自主学习及创新能力的培养。

基于此，课程组慎重审视了课程教学中存在的问题和不足，将工程教育专业认证的学生中心、产出导向及持续改进的三大核心理念融入到课程大纲的修订、课程设计和日常的理论及实验课程教学中，进行了一系列改革与实践探索研究。

本文主要对课程大纲修订时课程目标的制定、课程实验教学应用现代教育技术方面所做的研究与应用做一阐述。

2 基于OBE理念课程目标的制定

根据OBE理念，修订了契合工程教育专业认证要求的课程大纲，特别是以我校材料成型专业毕业要求及其指标点为依据，凝练课程教学内容，制定了可衡量、可落实的5个课程目标，建立了课程目标与毕业要求指标点的支撑对应关系如表1所示。特别是新增了课程目标5，用来支撑毕业要求指标（点4.3所要求能力）（进行实验并分析数据及获得有效结论）的达成。

课程目标1：了解锻造用原材料及性能特点、下料方法、锻前加热、锻后冷却及热处理规范的制定等，能对影响锻造工艺及锻件质量的锻前加热、锻后冷却、热处理等关键环节的工艺要素进行分析、比较、评价。

课程目标2：能对自由锻件、模锻变形缺陷产生原因及开式模锻、闭式模锻变形过程的影响因素进行对比分析，提出缺陷防止措施或评价对工艺的影响。

课程目标3：了解自由锻工艺过程特征及设备、掌握自由锻基本工序、理解模具对金属流动的影响、掌握模锻成形工步及工艺过程，了解常用模锻设备，掌握工艺及模具设计的方法及设计要点。

课程目标4：依据锻件不同结构特点，掌握工艺及模具设计内容及思路，能够按步骤进行自由锻工艺规程、模锻工艺过程及锻模设计。

课程目标5：能设计并实施与锻造成形相关的金属材料成形规律、变形机理、模具结构形式等实验，分析实验结果，研究变形规律，验证或优化模型参数，并获取有效结论。

表1：课程目标对毕业要求的支撑关系

3 现代教育技术在实验课程中的应用与实践

3.1 利用网络课程实验教学资源实现实验课程翻转

在学校现代信息技术中心与教育中心所建的网络课程教育平台，借助《锻造工艺及模具设计》网络课程教学资源，不仅可以在理论教学中开展线上、线下相结合的混合式教学，还可以实现实验课程的翻转。实验课前老师要求学生登录网教平台浏览实验视频、实验课程PPT等教学资料，了解实验目的、内容、步骤、设备名称及功能、操作要求及注意事项等。实验课程中学生就可以把主要精力放在如何操作设备完成实验、分析实验结果并进行思考、答疑、讨论。

利用具体、直观的实验视频及集文字、图片、声音、动画于一体的PPT课件，可以节省实验中老师讲授、写板书的时间，增加课堂知识容量，给学生更多的动手操作和思考、分析讨论的时间，不仅促进了实验效果的提升，也增强了学生实际动手能力及分析问题和解决问题能力的培养。对于实验中较抽象的塑性流动过程，利用视频中的讲解及课件中的动画模拟，再结合实际操作过程中塑件形状的变化，可以让学生迅速、深入地理解和记忆，也能激发学生学习兴趣及自信心的增长。

利用网络课程资源实现实验课程的翻转，能切实感受到学生的变化，实验课程中学生对实验内容、实验结果提出的问题增多、讨论也更激烈，完成的实验报告质量也明显提高，真正实现了以学生为中心的教学理念，对实验课程目标及毕业要求的达成提供了有力的支撑。

3.2 虚拟仿真技术在实验课程中的应用

随着虚拟仿真技术不断进步，应用虚拟仿真技术开展实验教学已成为实验教学领域的热点话题。我校成型专业开设的锻造工艺实验，由于实验装备成本高、能源和原材料消耗大，实验过程存在高压、高温、金属飞溅等情况，真实实验具有较高的危险性等。因此经过多方努力，材料学院与北京润尼尔公司合作，建立了我校材料成型专业塑性成形方向专业课程虚拟仿真实验平台。

传统实验大多数以验证性为主，学生都是按照实验指导书或实验教师的指导进行操作的，实验内容单一，缺乏主动性、设计性和创造性。应用虚拟仿真实验平台，在教学过程中，教师可灵活地增加各种设计性实验内容，使学生根据实验要求，自行设计实验方案，并根据教学需要，实时设置符合生产实际的特色情景模式，最大限度地激发了学生自主学习的兴趣，培养学生协作创新设计的能力及实践动手能力，达到了课程教学目的，提高了教学质量。

传统实验教学评价体系也受到时间、空间的限制，往往带有一定的局限性，不能全面客观地反映学生过程性学习及对专业知识的掌握。在虚拟仿真实验平台上，管理系统可以对实验操作过程进行全程记录，并能实时输出实验结果，方便教师实时进行跟踪分析，及时发现问题，针对问题原因进行实时辅导。利用平台实验结果评价体系，能实现学生实验全程的跟踪，自动评价学生在实验过程中不同阶段掌握相关知识的能力和水平。这种机制既能科学合理地对学生实验能力进行综合评价，又使教师从繁琐的实验报告评阅工作中解脱出来，减轻了教师的压力，提高了工作效率。

虚拟仿真实验技术的引入很好地解决了实验教学中设备维护与学生动手能力培养之间的矛盾问题。同时实验中学生独立自主的操作能极大地激发学生学习兴趣，培养协作创新和实践动手能力。

4 结束语

不断提高当代大学生的实践动手能力，大力培养满足工程教育专业认证及市场需求的应用型人才，是目前高等教育在新时代发展下关注的主要问题。按照 OBE理念将现代教育技术手段引人实验教学的实践表明，学生在学习兴趣、工程实践能力与创新能力等方面均有一定程度的提高，教学改革取得初步成效。