材料加工工程专业技术课程创新性教学研究

李明骜

(重庆理工大学材料科学与工程学院，重庆 400054)

重庆作为汽车产业西南集群的核心，是中国微型轿车的生产基地，拥有产业最先进的技术以及广阔的发展空间，汽车产业也是重庆重要的支柱产业之一[1]。而在汽车制造及其零件加工领域，就学生就业及科技产业的发展前景而言，材料加工工程专业的高等教育课程起着至关重要的作用，是材料科学领域工程技术人员的知识体系基础。

作为重庆地区重要的工科院校，重庆理工大学材料科学与工程学院材料加工工程专业为汽车及其相关制造行业输送了大量的优秀毕业生，但是由于近些年高等院校的大规模扩招，该专业的教学重点多侧重于模具制造技术及材料成型工艺等课程的理论知识授课，对学生的工程实践能力培养被大幅度削弱，不足以使学生全面了解企业的实际生产过程，导致教学与实际工程应用脱节。学生对所学习的专业知识只停留在理论概念层面，不能够将理论知识与工程实践有效结合，无法满足企业对高级技术人员的需求[2-6]。作为材料加工工程的核心专业课程，模具制造技术主要对模具的不同加工方法、工艺、装配及基本原理进行介绍，对于学生掌握工程零件制造等相关知识有着重要作用，但是其理论知识抽象复杂，导致教师讲解、学生理解难度均较大，因此，为了提高教学质量和学生的学习效率，希望通过调整该课程的教学模式、考核方式等，将专业理论、科学研究与生产实践有机结合，有效调动学生的积极性，提高教学质量和学生的专业素养。

1 调整课程结构，着重理论实践结合

传统模具制造技术课程的理论教学为40学时，包括模具的机械、数控等加工技术及制造工艺、装配方法等，要求学生掌握各种现代模具加工制造的方法、基本原理、特点与相关应用，以及各种制造方法对模具结构的要求。该课程的传统教学模式侧重于理论授课，学生了解生产实践的机会仅限于课堂上相关课件、动画或者视频的展示，由于规定的理论教学任务重，授课教师无法针对每项理论知识进行相应的工程应用关联。基于以上问题，经过前期教学方法探索及课程结构的改革，教研组在理论教学的基础上，增加了工程实践强化训练环节，并实行“理论教学32学时+工程应用训练8学时”的教学模式。其中理论教学部分应抓住重点，浓缩经典部分，同时穿插企业工程实习，授课教师在工程制造现场对相应理论知识和工程实践进行关联，以企业的生产需要为出发点，引导学生思维方式的转变，每8学时的理论教学穿插2学时的工程应用强化训练，以实践加深学生对理论知识的理解和掌握，以理论知识指导并培养学生自身的动手能力，满足企业对高级技术人才的需求。

2 增加实践强化训练，丰富考核方式

在传统的理论教学模式下，学生唯学分式思维根深蒂固，无法对理论知识深入理解并熟练掌握，大多依靠对教材知识点的死记硬背以便应付考试，以学分为最终目的，因此，学生对专业课程的理解基本停留在理论、概念层面。为了协调教学改革过程中模具制造技术课程结构的变化，现调整该课程的考核方式，由传统的“平时出勤(10%)+课堂表现(10%)+期末考试试卷成绩(80%)”，调整为“平时出勤(10%)+课堂表现(10%)+工程实践报告成绩(20%)+期末考试试卷成绩(60%)”。将学生分为若干工程实践训练小组，每2课时的工程应用强化训练完成后，进行实践训练小组内部讨论，基于专业知识的学习，对企业实际的生产及管理问题进行研究，探讨问题的解决途径和方法，并形成工程实践训练报告，作为最终成绩评估的内容之一。引导学生在解决企业工程或管理问题的过程中进行自主学习，转变学习思维及思考方式，依托模具制造技术这门专业核心课，以直观的企业实际问题调动学生的积极性，培养学生的创造性思维和创新能力。

3 加强科研创新培养，转变学生观念

模块化理论教学搭配工程应用强化训练，模具制造技术课程的理论教学可以分为4个模块，分别为：(1)模具的数控及机械加工，(2)模具的电化学及电火花加工，(3)模具的加工工艺，(4)模具的装配。虽然该课程主要针对企业的实际工程生产，相关工艺、技术方法逐渐趋于成熟，但是随着科技的进步和工业产业的发展，新的环境下会产生更加复杂并亟待解决的技术难题，例如，磨削加工时如何在保证零件尺寸精度的同时提高挠曲薄金属板材的生产效率？如何有效避免或改善机械加工过程中模具表面或内部的残余应力？类似的很多问题都需要利用创新性的科学研究去解决。

授课教师需要结合自身科研经历，在理论教学和工程实践训练过程中联系相关国内外科学技术前沿，展示相关科研成果、创新技术等，使学生以创新型思维看待企业的实际生产问题和传统的专业知识，不拘泥于陈旧案例及工程实例的学习和思考。同时，经常组织成绩突出的高年级本科生或者研究生结合自身的科研经历就科研创新、工程实践及理论知识，与低年级本科生进行探讨，形成研究生牵头的科研小组，参加各项实验类、科研类竞赛，培养学生的创新思维。理论、科研及实践之间的相互关联即为专业知识学以致用的过程，以此过程促使学生体会专业课程趣味性、实用性的同时激发其创新性思维，从根本上削弱专业课程学习的功利性思想。

4 仿真模拟与实践相结合，调动学生积极性

模具制造技术教材中的理论知识抽象复杂、理解难度大，同时模具制造通常是三维的、立体的加工过程，教材中二维图像不足以直观展示模具制造过程，因此，授课教师讲解难度大，学生学习难度大，长时间容易造成学生积极性下降。针对以上问题，授课教师除了展示相关视频、课件外，还可以引入仿真模拟教学，进而增加课堂学习的趣味性，调动学生学习的积极性。如图1所示，为某型号航天用弯管零件精密铸造的浇注系统模拟，通过浇注系统的计算及模拟，可以直观的观察到铸造工艺过程中零件的温度场分布、金属流动及缩孔、缩松等缺陷的产生，三维建模和仿真软件能够识别加工缺陷及其形成原因，进而正确设计模具以实现无缺陷零件的制造，同时结合流体力学规律，采用合适的金属流体流动规律设计浇口，在实际的铸造模具设计及制造中制定合理的工艺流程，获得更高的成品率，提高零件的生产效率。理论课程教学过程中，相关的模拟和建模不但能够生动的阐述零件制造的先进预测手段，而且可以立体的展示模具、零件的制造过程，结合工程实践训练，促使二维的理论内容转化为三维立体的工程实践问题，便于学生理解抽象的专业知识，调动学生积极性，进而提高课堂的教学质量。

图1 某航天用弯管零件浇注系统模拟

5 结 语

在高等教育的人才培养阶段，高等教育院校具有理论及创新型研究的优势，但是企业往往需要的是具有一定工程应用背景的毕业生，进而大幅度缩短大学生毕业后投入实际生产工作的过渡时间，提高企业效益的同时增强工程人员的技术能力。因此，紧密联系高校教育及企业需求，依托两者关联性较高的专业核心课程，建立学校与企业相结合的复合教育机制，促使工程实践始终伴随理论教学过程，从而培养出应用型、创新型的高素质人才，能够更好的服务地方经济发展及产业结构的改革。