基于OBE理念的金属挤压与拉拔课程教学改革探索

2021-10-11谢玲玲李景辉方进秀章小峰黄贞益

安徽工业大学学报（社会科学版） 2021年3期

谢玲玲，李景辉，张龙，方进秀，章小峰，黄贞益

(安徽工业大学冶金工程学院，安徽马鞍山 243002)

一、引言

工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。自从我国加入《华盛顿协议》以来，我校材料成型及控制工程(简称材控)专业根据学科建设现状，结合区域经济发展的需要以及工程教育专业认证的标准，了解行业和相关企业对毕业生能力的要求，确定了该专业的培养目标，坚持“以产出为导向，以学生能力达成为中心”的成果导向(Outcome-Based Education，OBE)专业建设理念，强调对学生整个学习过程的全程跟踪与进程式评价。

工程教育改革强调要以能力培养为核心，加强实践教学，深化人才培养模式，并强调通过各种实践教学环节，培养学生的实践能力。我校材控专业数字化方向的毕业生就业大部分面向国内尤其是长三角地区中小企业，面向生产第一线。企业需要的是能尽快在工作中独挡一面，具有较强的沟通交流、自主学习和工程实践能力及创新精神的综合应用型人才，这也是我们的培养目标之一。围绕这一目标，我们着手对实践教学的内容、方法和手段进行改革，增强本专业学生对金属挤压与拉拔的工艺与模具设计的能力，培养学生的实践能力，提高实践教学的效果。

紧密跟踪学科前沿，改革传统的实践教学模式、提升模具数字化设计能力、产品质量控制能力和设备的操作能力是当前金属挤压与拉拔工程应用型人才培养方面需要研究和探讨的重要内容。金属挤压与拉拔工程课程教学模块必须以 OBE 理念为指导进行反思并加以调整，探索符合工程教育认证要求的评价方法，力图通过重构课程体系，加强专业理论学习，强化工程实训，逐步增加综合性、设计性实验，加强实习环节等教学改革措施，引导学生借助计算机等手段理解、分析复杂工程问题，提出解决复杂工程问题的方案。

二、课程体系建设

按照“反向”设计思路首先确定专业人才的培养目标，然后细化到毕业要求，以此确定课程体系；再根据不同课程教学内容和知识、能力培养要求，确定课程教学方法；最后通过多元评价人才培养效果的达成情况，形成教学反馈与改进措施。

课程体系的建设是一个持续改进的过程，注重强化理论教学与实践应用教学的相互交叉，着眼于学生的创新能力、工程能力和职业道德素养的培养。在课程设置方面，强化对学生工程实践能力的培养，以企业和行业对本专业毕业生的能力要求为主线，突出对毕业生必须具备的知识、能力和素质的培养，训练学生的创造性思维，提高其解决工程实际问题的能力，从而实现毕业要求的达成。

为适应新时期社会发展及铝型材等有色金属加工企业对高素质人才的需求，更好地促进毕业要求的达成，金属挤压与拉拔工程应用型人才培养的课程体系设置应符合作为数字化方向的毕业生具备知识面广、动手能力强，适应性强的能力要求。经过认真探索、反复论证，依据“卓越工程师”的标准，我们努力探索并构建了以能力培养为主线，基于数字化设计的有关金属挤压与拉拔方面的工艺分析、模具设计与制造应用能力、创新能力和综合适应能力的课程体系新模式，如图1所示。

图1 基于数字化设计的金属挤压与拉拔工程应用能力培养的课程体系构建

由图1可见，课程体系模型清晰显示了“挤压与拉拔”教学模块在OBE理念下的课程结构和课程组织形式，以专业技能培养为主线，与理论教学紧密联系，并围绕挤压与拉拔工程教学为主要内容组织课程群，形成理论教学与实践教学相结合，知识、能力和素质培养相融合，理论知识之间相互支撑的一体化课程体系。

该课程体系注重理论教学与工程实践训练的结合，要求学生通过“挤压与拉拔”主题内容所涉及到的专业基础课程和专业领域课程的学习掌握科学理论知识；为学生提供材料成型及控制工程专业的基础理论知识，使其掌握一定程度的专业相关概念，初步接触材料成型过程的实践经验，并了解工程师应具备的职业态度和职业素养，激发学生学习该专业的兴趣。引导学生在课程设计、仿真模拟、毕业设计及各类实习等实践环节构成“虚实结合”的生产环境中利用所学的理论知识完成对一个项目的构思、设计、实施和运行，培养学生系统的工程思维和能力。

三、教学改革与探索

(一)重构实践教学，强化工程训练

为提高学生的实践能力，必须加强实践教学，重构实践教学体系。

1.加强和周边企业的联系，建立校企联合培养机制。拟新增科蓝特铝业和新马铝业公司等实践基地，让学生走进模具制造与使用的真实环境，提高学生对模具知识的学习兴趣。

2.建设校内实习实训平台，与校外实习基地形成互补。以重型实验室的300吨卧式挤压机和10吨冷拔管机为实训平台开展实验教学，增加模具课程现场教学的环境，既提高了“模具的结构组成”“模具的安装与调试”等章节的教学效果，又增加了师生互动的空间。

3.设计虚拟仿真技术教学平台。在课程设计、大学生创新创业训练项目和毕业设计等实践教学环节实行虚拟仿真教学，让学生采用HyperXtrude、DEFORM等商用有限元软件对挤压和拉拔成形过程进行数值模拟，根据结果分析设计方案和工艺参数的合理性，以获得工艺优化方案。该教学方式使得教师在训练学生的工程技能方面有了切实可行的抓手。

4.虚拟仿真基地的建设。为了突出强调工程训练中学生创新意识、创新能培养的重要性，预增设挤压与拉拔等塑性成形虚拟仿真平台，让学生虚拟观察金属成形流动过程和温度、应力分布，通过数据分析优化工艺设计和模具设计。该仿真实验是对课堂教学、实验及实习等教学环节的高效补充，有助于学生金属挤压与拉拔成形工艺设计进入以模型化、最优化和柔性化为特征的工程科学阶段。

综合以上举措建立立体交叉的、以提高实践和创新能力为目标的创新型实践教学体系，培养了学生解决复杂工程问题的能力，提高了学生的工程能力。

(二) 优化教学方法，促进目标达成

运用多媒体软件制作一套“虚拟实习工厂”的辅助课件，进而实现实验过程的虚拟操作与演示。课件以实习工厂为模块，以基本设备和工艺过程为主线，采用多种途径搜集素材，以工厂录像、网络视频、3D 动画及文字图片多种形式制作。

以典型铝型材件项目为载体，以挤压与拉拔工艺及模具设计为主线，先给学生一个可以参照的对象进行范例教学，待学生掌握设计原则后进行自主创新设计，完成模具的设计与制造，最终达到课程要求。该项目学习的教学模式能促进学生主动性、合作性、反思性学习，培养学生的技术综合能力和工程实践能力。

为了科学有效地持续改进，现已开展了课程的形成性评价和过程性考核方式。目前已实行的形成性评价内容主要包括平时考核、课后作业及评价、课堂讨论后的结论水平、随堂测试结果、课程项目任务和模具设计水平等，同时适当增加了平时考核的权重，相对降低了期末考试的比重。过程性考核尽量从学生的学习成果角度和教师的教学目标角度综合考查课程目标的达成情况。