职教师资类院校け究粕《板料冲压成形CAE课程》教改探索

武川 王权 阎妍

摘要：板料冲压成形CAE课程是材料成型与控制工程本科专业的一门必修课，旨在培养学生掌握数值模拟技术并解决工程问题的能力。本文针对这门课程目前教学过程存在的问题，提出了教学内容和方法的改革。教学内容可以增加金属塑性成形原理、金属材料学和有限元基础理论。教学方法尝试引入工程案例法、讨论式教学和企业式教学。在提高学习主动性与积极性的同时，可以提高学生分析解决问题的能力。

关键词：板料冲压成形CAE;数值模拟;教学内容与方法;企业式教学

职教师资类高等院校主要为大专、高/中职院校培养师资。因此，这类院校本科毕业生不但要具备动手操作能力，而且还需要扎实的理论功底和教学技巧。材料成形与控制工程专业是职教师资院校的一个重要应用型本科专业，对推动我国热加工技术发挥了重要作用[1]。而板料冲压成形是一门重要专业基础课，主要从理论和技术层面上，对汽车结构零部件的模具设计、工艺方案和加工工艺进行介绍。

随着我国汽车轻量化技术对零部件形状、尺寸、精度提出的高要求，迫使板料成形技术需要从理论和技术上与时俱进、深入发展。但是，面对成形难度大的零件，传统试错法和理论解析法发挥的作用有限，无法满足现代工业的要求。而计算机辅助工程（CAE）可以通过模拟技术，研究工艺参数、模具结构、产品尺寸的影响规律，继而对结构、工艺、产品信息进行优化改进，实现“无纸化”操作，不但降低了成本、节省了时间，而且提高了产品质量。因此，近年来CAE技术在板料冲压成形工艺中得到了广泛应用。

然而，随着目前多媒体技术的盛行，导致学生课堂精力难以集中，听课质量下降，对一些重要的专业课失去兴趣。这种现状使得CAE技术的优势在板料成形工艺课程中没有得到完全释放。因此，本文主要针对这一问题提出了课程教学内容和教学方法的改革尝试。目的是通过这样改革，提高学生的学习兴趣、动力和分析解决问题的能力。下面主要针对课堂问题、教改内容、方法进行逐一介绍。

一、板料冲压成形CAE课堂教学现状和待改进方面

（一）课堂教学现状

板料冲压成形CAE课程是一门重要的专业必修课，无论从教学大纲制定、课程安排，还是从专业教师、教学资源的配置，从学校层面都给予了足够重视。但是，随着国内多媒体技术在大学校园的盛行，很多学生的注意力从课堂转向了手机、电脑，从而减弱了他们学习的主动性和积极性，使得目前学生课堂表现存在一些问题。针对当前现状，本文提出了相应的教学内容和方法改革尝试。期望以此为契机，调动学生兴趣，提高课堂质量，促进对专业技能的熟练掌握。

（二）待改进方面

1.加強理论课程学习

虽然板料冲压成形CAE是一门应用型课程，但是主要涉及金属塑性成形原理、金属材料学和有限元基础理论。其中，前两门理论课程主要是针对材料变形与工艺制定方面的一些原理和方法的介绍，而有限元基础是针对CAE数值模拟技术的具体介绍。本门课程CAE数值模拟技术是以DYNAFORM软件为代表，对数值模拟进行讲解。因此，在板料冲压成形CAE课程进行过程，需要对上述提及的相关原理进行选择性讲解，使得学生对一些关键基础理论有正确认识，以提高课堂质量。

2.提高学习兴趣和主动性

尽管这门课程以上机练习为主，但是仍需要投入足够的时间和精力。在熟练操作的同时，需要对这门课程涉及的一些原理和概念有正确的认识。这门课程是一门涉及材料塑性变形机理、有限元理论、数值分析和金属工艺学等相关知识，需要学生认真对待。特别是在这些课程方面基础较为薄弱，更需要投入足够的精力弥补专业知识的不足。只有这样才能较为深刻理解和掌握这门技术。

3.多元化教学

尽管这门课程主要是上机操作完成，但是仍具有理论性强的特点。如果采用传统的被动说教式教学，很难激发学生兴趣，调动学生学习积极主动性。因此，应该采用多元授课方法。比如，首先划分若干小组，每小组分配不同工程案例;小组内，根据各人特长，完成一定任务;然后，每小组指定一名学生进行讲解，其他小组成员可以提出问题;每个小组把各自案例讲解一次。这样不但可以提高学生的主动性和积极性，而且可以培养团队合作精神。这种课堂教学比传统说教式有很大的优势。

4.引进工程案例

目前课堂教学缺乏生动的工程案例，所以任课教师应该搜集一些实际工程案例。这类案例产品形状相对复杂、工艺烦琐。对学生来说，通过学习解决工程问题具有一定难度和挑战性。但是在老师协助下，仍然可以完成并得到一些可信结果。更重要的是，通过这个学习过程，学生可以近距离接触工程问题，能够将理论知识与实际相结合，针对问题提出解决方案。这样可以帮助学生切实体会到DYNAFORM数值模拟技术在解决工程实际问题中所发挥的作用，从而提高学生的学习兴趣、动力和自信心。

二、板料冲压成形CAE课堂教学内容与方法改革措施

（一）教学内容改革

板料冲压成形CAE是一门涉及金属塑性成形原理、金属材料学、有限元理论的综合性课程。尽管这门课程主要以DYNAFORM上机练习操作为主，但考虑到这门课程理论基础性较强，我们在DYNAFORM上机练习过程必须适当增加相关理论部分的讲解，以保证学生能够从理解DYNAFORM每一步操作的理论依据和意义。例如，通过金属塑性成形原理学习，可以帮助学生理解材料变形本构的实质，继而正确理解了DYNAFORM操作过程，填加材料物性参数与应力应变曲线时的意义;理解了有限元的本质是离散化后，对几何模型的网格划分理解更为深刻。因此，在这门课程的教学过程，要把上述提及的理论引入到课堂，在保证学生熟练操作的前提下，还要提高他们的理论基础。

（二）教学方法改革

在教学内容改革中，要求将金属塑性成形原理、金属材料学和有限元基础理论引入到课堂教学。众所周知，这些课程理论性强，内容深奥抽象，很难直观理解。如果不采取恰当的教学方法进行讲解，可能起到适得其反的效果。因此，针对这门课程，我们还需要注意教学方法的改革。

1.工程案例教学法

在DYNAFORM上机练习过程，尽可能选取一些具体的工程案例，作为学生练习的素材。这样可以理论知识与实际问题有机结合。一方面，通过实际工程问题可以调动学生学习的主动性和積极性;另一方面，通过对实际案例的操作，可以提高学生解决实际问题的能力，培养其创造性。例如，模拟分析某汽车覆盖件的成形性能。这个具体案例考查学生的分析能力、模具造型能力、DYNAFORM操作能力以及对缺陷解决的能力。因此，通过这个具体案例可以极大提高学生的工程能力。

2.讨论式教学

传统的教学模式是老师作为课程主体，而学生们主要是被动接受。对于这门理论+操作为主的课程，这种教学方式的授课质量不太理想。因此，我们要把教师和学生角色进行转换，即让学生成为课堂主体。首先将学生分成若干小组，每个小组分配具体工程案例，组内针对每位学生的特长进行问题分析、模具结构设计、有限元分析、结果讨论、工艺改进等，最终完成整个案例分析。然后，每个小组派一名代表对案例进行讲解，其他小组可以进行提问。以此类推，让每位学生完成各个环节的练习。这样既提高了学生学习的主动性，也培养了学生团队合作和解决工程问题的能力。

3.企业教学法

首先，让学生亲临企业一线，对生产实习过程遇到的问题进行简化并抽象成工程案例。其次，基于已学知识，对工程案例进行模拟分析，得出相关结论或规律，对产品尺寸或生产工艺进行改进。最后，基于实际结果判断模拟分析是否合理。这样可以极大提高学生的学习热情和动力，而且可以切实提高分析解决问题的能力。这种企业教学法对以培养高职师资类院校尤为奏效，应该予以推广。

三、结论

板料冲压成形CAE课程是材料成型与控制工程专业的一门重要课程。通过理论学习和上机操作，不但可以培养学生板料件成形的模具设计能力和工艺分析能力，而且可以帮助学生掌握相关CAE软件如DYNAFORM的熟练应用。但是目前课堂教学质量存在一些问题有待提高。因此，本文针对一些普遍问题，提出了这些课程课堂教学内容和教学方法的改革。目的是通过这些改革，不但提高学生的学习兴趣，而且要提高他们对CAE分析软件的熟练操作性，可以利用这类软件很好地解决一些实际工程问题。

参考文献：

[1]杜学山，曹文博，压成铎.《材料成形原理》教改初探[J].教育教学论坛，2016（11）：111112.

[2]陈志钢，尹喜云，储爱民，陈宇强，胡海蓉.新工科背景下材料成型及控制工程专业毕业设计教改探讨[J].科技创新导报，2019（21）：235237.

[3]金文中.转型发展下材料成型专业的毕业设计教改实践[J].教育教学论坛.2016（28）：142143.

基金项目：2017年教育部项目“基于项目引导式的产教融合应用型人才培养模式研究”（201702068032）;2018年教育部项目“职教师资人才培养模式探索与实践”（201801213009）

作者简介：武川（1981—），男，汉族，天津人，博士研究生，讲师，研究方向：材料加工工程。