《金属与塑料成型设备》教学方法改革探究

彭 进，许红巧，倪增磊，蒋正权

（华北水利水电大学，河南 郑州 450045）

0 引言

近年来，随着材料加工领域的发展，企业对材料成型及控制工程（简称“材控”）专业人才必备的知识体系的要求逐渐提高[1]。这就要求学生在掌握理论知识的基础上还需具备一定的实践技能[2]。《金属与塑料成型设备》是培养模具方向人才的重要课程之一。要求学生掌握金属成型设备、塑料成型设备等专业知识，为解决模具方向复杂工程问题奠定基础。华北水利水电大学材料成型及控制工程专业于2020年被评为河南省一流本科专业。一流学科建设，离不开一流课程的支撑。因此对《金属与塑料成型设备》教学模式的改革与创新势在必行。

1 本课程的教学结构

本课程涉及金属成型设备及塑料成型设备[3]。由于成型设备的结构都比较复杂，本课程涉及的设备结构图较多，这就要求学习本门课程的学生在大一和大二阶段能熟练掌握绘图相关的课程内容。也就是说学生需完成《工程图学概论（机电类）》《机械制图》《机械设计》等课程后再进行，学生通过对本门课程的学习，能够熟练论述各个成型设备的工作原理以及性能特点，能够理解设备的技术参数的概念及物理意义，使学生具备材料成形设备所需的基础理论、基础知识和基本技能，能够选用合适的成型设备及对参数进行正确的设置，通过对学生的综合能力的训练，让学生能够针对实际问题独立思考，提出切实可行的解决方案。

2 本课程的教学现状

学生对本门课程目标不明确，在学习过程中不能把握本课程知识拓展方向，对本课程的学习目的和意义认识不够深入。

本课程在授课过程中会涉及相关设备的外形简图、工作示意图、结构图等，由于学生对设备实物认知较少、缺乏相关设备的动手操作经验、机械绘图基础较弱等原因，在听课过程中就会出现老师卖力的传授理论知识，而学生课堂气氛不活跃，无法完全消化吸收课堂的知识的情况。

授课教师没有企业生产经历，这样教师传授成型设备相关知识时更加倾向于理论知识的传输而在理论与实践相结合的教学方面心有余而力不足。

3 本课程的教学模式改革与创新

3.1 改变现有课堂教学模式

在本门课的首次课，为学生详细讲解课程教学大纲，让学生明确每部分内容对应的课程目标以及课程目标与毕业要求的关系，考核方式，成绩构成、授课章节的重点难点内容等。如：曲柄压力机章节中要求学生能够理解并能论述曲柄压力机的工作原理，能够识别曲柄压力机结构图中的各个结构并能论述各个结构的作用，能够阐述曲柄滑块结构的运动规律，并能正确分析曲柄滑块机构受力。

在《金属与塑料成型设备》课程授课模式上，考虑到成型设备结构图的复杂性，可以结合实际设备加工生产工件的视频以及三维软件生成的设备运动仿真三维动画进行辅助教学，可以采取课堂提问与学生互动的方式，提高学生学习的积极性和主动性，在课堂上留有时间让学生积极思考问题，让一些学生由被动学习转变为主动学习。例如：在给材料学院材控的大三学生讲授第二章曲柄压力机时，为了增加学生对曲柄压力机的主要原理及结构组成的认知，可以讲授完曲柄压力机的用途后通过播放曲柄压力机加工生产工件视频以及曲柄压力机运动仿真动画视频增加学生对曲柄压力机的宏观认知，之后讲解曲柄压力机外形和工作示意图的方式增加学生对设备的各个零部件的功能的认知。在学生理解上述内容后，可进一步讲授对曲柄压力机型号的物理意义。采用互动教学的方式引导学生理解曲柄压力机的运动特点以及受力情况。曲柄压力机的主要零部件结构较为复杂，涉及的各个部件的结构图比较晦涩难懂，在讲授此部分内容时可借助零部件的运动仿真动画、零部件模型辅助零部件结构图纸进行讲解，可有助于学生对零部件结构图有更加深入的理解。

学习每一章成型设备时，为提高学生的认知及分析解决问题的能力，教师可以在课堂上提出成型设备生产过程中遇到的实际问题，之后学生以讨论的方式完成此问题的解决方案，

为达到良好的互动效果可以另3-5人为一组分组讨论研究解决方案、实施路径，进行分组答辩，现场记录每位学生的课堂表现成绩。为了激发学生读图看图的积极性，可以留读图讲解作业。例如：对于第二章曲柄压力机这一章，要求学生要能读懂曲柄滑块结构图。教师在前一节课可以留曲柄滑块结构图的读图作业，要求下次课时学生能根据PPT中显示的曲柄滑块结构图自行讲解曲柄滑块的各部分的结构以及各个结构的功用，根据学生讲述的情况，教师现场记录学生的课堂表现成绩。

3.2 课程实验与实习相结合的实践教学模式

学生通过做课程相关实验，能够进一步对成型设备相关知识点进行消化吸收及运用，提高学生通过成型设备进行产品生产的动手能力。成型设备的课程实验可以选取典型成型设备作为实验设备。

以华北水利水电大学材料学院的《金属与塑料成型设备》课程为例，本门课程实验内容为：曲柄压力机基本结构及操作应用实验、注塑机结构及操作应用实验。通过曲柄压力机基本结构及操作应用实验可以让学生熟悉曲柄压力机的工作原理；基本掌握曲柄压力调试方法。通过注塑机结构及操作应用实验可以让学生熟悉注射机的基本结构、外形、主要部件（机身结构、注射系统等）。熟悉塑料模具的安装及注意事项。

在进行实验前对学生进行实验分组，对于曲柄压力机基本结构及操作应用实验，学生可以先对曲柄压力机结构认知，进一步对模具进行安装调试、冲压成型。学生观察冲压件情况，分析其有无质量问题。实验完毕后，卸下模具，涂油保护，清理现场。

对于注塑机结构及操作应用实验，学生可先对注塑机结构（开、合模机构；注塑系统）认知，进一步操作程序（开机与调试；塑料模具安装；注射机的调试和试验）。实验完成后，学生观察塑件表面有无起皱、拉裂、索孔翘曲变形等缺陷。若表面有气泡、变形等缺陷，分析其原因，并采取相应的措施。

后期还可以开展涵盖成型设备相关的综合性实验，这样学生不仅能把平时所学应用此，而且能够实现将模具方向所学其他课程之间进行衔接转化及应用，这样培养有利于学生掌握模具方向专业知识，为解决材料成型及控制工程复杂工程问题奠定基础。

为进一步加深学生对成型设备的认知，可安排学生去校外相关单位进行实习[4-5]。通过实习学生可以零距离接触产品生产过程，并且能够对成型设备的各个零部件的结构特点有较为深入的理解，这样有利于提高学生对成型设备知识的掌握度，理论联系实际，增强创新意识。

3.3 加强师资队伍建设

教师队伍对学生培养的质量有至关重大的影响。为了提高授课教师对成型设备知识与企业实际生产之间的关联性的理解，可鼓励授课教师在相关企业做在职师资博后，这样教师可以深入企业实践学习，之后再通过课堂授课将所学知识传授给学生。或者学校可以采用全职或者兼职方式引进的企业成型设备相关工程师参与到成型设备课程教学中。这样教师不但能把成型设备的相关知识讲解得很透彻，而且能够理论联系实际把当今企业生产发展趋势、人才培养、产品生产等情况介绍给学生，这非常有利于提高学生的综合能力。

4 结语

现代工科教学方法的改进与创新是在传统教学方法的基础上进行改进的；为推进《金属与塑料成型设备》的课程改革，应该在课程教学方法的多样性、加强师资队伍建设，进一步结合课程实验、综合性实验、实习实践等环节，为培养学生掌握材料成型原理、材料成型工艺、材料成型设备等专业知识，解决材料成型及控制工程复杂工程问题奠定基础。