竞赛+课程融合的注塑模具CAD/CAE课程改革

摘  要  改革注塑模具CAD/CAE课程教学设计，将2021—2022年度广东省高职院校模具设计与制造专业技能大赛的任务书文件引入课程规范，以大赛为引领，重构课程规范。将大赛文件相关要求纳入课程教学，让所有2020级模具班的学生都能参与大赛并在学习中不断完善自己的知识技能。课程设计完全按照大赛的要求，引入任务竞争机制，鼓励学生良性竞争。这样的教学方式解放了教师，同时培养了学生的职业人格。

关键词  模具设计与制造专业；注塑模具CAD/CAE；课程改革；教学设计；技能大赛

中图分类号：G712    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）21-0110-04

0  引言

注塑模具CAD/CAE课程强调注塑模具设计和模流分析，是模具设计与制造专业的核心课程。通过该课程的学习，学生可以掌握塑料注射成型工艺的相关知识和学会设计典型注塑模具。在学习过程中，对于模具设计和注塑生产过程中经常出现的质量问题，学生应该具备分析和解决的能力。完成该门课程后，学生应该具备独立设计较复杂模具的能力。该门课程以三维建模与工程制图、机械设计与体现、注塑模具设计为先修课程，共修课为数控加工工艺与编程。

1  课程改革前存在的不足

注塑模具CAD/CAE课程在改革前已经实施多年的项目式教学，教学内容基本没有大的变化；基于成果导向的SOC（预期学习成果）考核模式也已经定型，教学设计也是基于工作过程由简单到复杂、由点到面逐步展开。表1是课程改革前的课程规范SOC设计，从教学过程来看没有太大的问题，基于工作过程的模具设计也是从简单模具设计到较复杂模具設计这样一个流程。在教学过程中，教师从布置任务到知识点的讲解以及软件操作技能的演示会占用较长的时间，课堂上留给学生实操的课时相对较少；学生逐步学习实操过程中，知识接受相对比较被动，知识和技能的融会贯通较差。很多学生课后基本不会再学习，下一次来上课，前堂课的知识点和操作技能又有所遗忘，教师还需要抽出宝贵的课堂时间适当复习，导致课堂教学效率比较低，难以调动学生主动学习的积极性。

随着模具产业的升级，企业对模具人才的要求越来越高，不仅需要学生掌握基本的模具设计知识和技能，而且在模具设计创新方面提出更高的要求。课程改革强调将工匠精神培育与专业课程教学相融合，有利于实现专业知识技能、岗位能力培养和价值引领相结合的育人目标[1]。课程改革前按部就班的教学模式已无法适应模具设计发展的需要，基于此，智能制造学院模具设计与制造专业率先在学校进行课程体系改革。

截至2021年底，改革已历经三个学期的实践，2019级模具班、2020级模具班、2021级模具班都接受了课程改革的洗礼。教学设计基于工作过程的专业课程群模式，希望通过改革让学生能够在工作过程中学习、在学习过程中工作，缩短学习与工作的距离，在学校期间就能真正掌握岗位技能和专业知识，实现与将来的工作无缝对接。大力推行模块式教学，把能力培养贯穿教学全过程，把知识传授与技能培养紧密结合起来[2]。

2  注塑模具CAD/CAE课程设计采用竞赛+课程融合教学模式

2021—2022年度广东省高职院校模具设计与制造专业技能大赛，以及前两年的大赛，广东岭南职业技术学院的学生取得较好的成绩，但每次参赛的队伍只有一支，平时备战也只有2～3个学生在练习，如何让更多的学生体验到竞赛的氛围以及学到过硬的实战本领，这个问题一直萦绕在模具设计与制造专业教师的心头。2022年春季学期，有针对性地对注塑模具CAD/CAE课程教学进行改革，将2021—2022年度广东省高职院校模具设计与制造专业技能大赛的任务书文件引入课程规范，以大赛为引领，重构课程规范。把大赛文件相关要求纳入课程教学，让所有学生都能参与大赛并在学习中不断完善自己的知识技能。课程设计完全按照大赛要求，从创新产品设计→模具3D设计→模具2D设计→模流分析→模具设计说明书。

表2是本学期课程规范SOC设计。课程设计采用竞赛+课程融合教学模式，让学生在每堂课的学习中都感受到大赛的紧张氛围，知识点的学习也不是碎片式的被动吸收。学生因为已经在上学期学习了模具设计基础，具备一定的模具设计知识储备，为解决竞赛中的每一个分任务，会主动搜寻资料和提出解决方案，所以主动学习的积极性被充分调动起来，知识和技能的融通能力也得到强化。

3  课程教与学的具体设计

3.1  广东省高职院校模具设计与制造专业技能大赛总体要求

1）根据给定竞赛任务、赛题提供产品的部分零件的2D/3D图，完成包括创新设计与给定零件配合的塑料件、注塑模具分析设计、模具主要零件CAM编程制造、模具装配等内容，并由选手完成试模，注塑制件。

2）整个比赛过程考核文明生产、职业素养、规范操作、绿色环保、循环利用等职业素养和信息化应用水平。

3.2  课程设计

注塑模具CAD/CAE课程对接大赛要求中“创新产品设计”“模具分析设计”“2D/3D模具设计”三大部分内容，课程总体设计思路完全基于工作过程导向构建项目（学习情境）。本门课总课时96学时，每周六学时，由五个项目构成，项目完全按照广东省高职院校模具设计与制造专业技能大赛任务书要求搭建。2020级模具班学生上学期已经学习模具设计的基础知识，有一定的模具设计知识和技能积累。

教学团队决定在本门课的教学中完全采用以学生为主体、教师为主导教学方式，在课堂教学过程中充分发挥学生主观能动性，积极调动学生学习积极性。对于每项任务，教师不会像以前一样教学，即教师仔细讲解后，学生再依葫芦画瓢进行练习。本学期教学，教师只提要求，学生作为假想的参赛个体，自己去解读任务要求以及决定采用什么方式去达成任务。在这个过程中，教师把时间还给学生，把思考还给学生。教师在整个教学过程中只是任务的布置者和答疑者，学生在完成任务过程中产生疑问可以咨询教师，教师给予解答，如是共性的问题，教师可以控屏作简短讲解。这样的教学方式既解放了教师，也培养了学生的职业人格，把“要学生学”转变成学生自己“我要学”的良好状态。引入任务竞争机制，根据学生完成的情况和完成的过程，采用课堂点名表扬、记录平时成绩打分、请学生上台讲述自己的设计心得等方式，形成一种良性的竞争氛围，最大限度调动学生自主学习和探索的积极性。

3.3  具体项目教学设计

以项目2前盖注塑模具设计（3D）为例，介绍教学设计思路和具体教与学的做法，教与学的过程体现学生主体、翻转课堂、基于工作过程的特点。

3.3.1  课前预习  课前，教师在学校得实平台注塑模具CAD/CAE课程网站布置预习任务和发布课堂教学PPT微视频等，学生提前自学完成预习任务，其间有疑问可以通过网站互动平台提问，教师答疑。

3.3.2  课中竞赛式赛课融合教学  在课堂教学中，教师提出任务要求，简要讲解重难点，介绍项目成果考核细则。学生自主进行产品设计，设计过程中自主查阅相关资料，遇到无法解决的问题可向教师提问咨询。按照六步法组织教学，依据咨询、决策、计划、实施、检查、评价实施教学，学生为主体参与教学活动，真正融理论与实践为一体。

以冷却系统的设计为例，课程改革前的教学方法是通过教师的理论讲解，把整个冷却系统的特点、结构、工艺、冷却水量的计算等灌输给学生，然后通过一个实操案例使用UG软件给学生实操演示，再让学生根据教师的演示过程照猫画虎般做一遍，算是完成一个SOC。学生真正掌握了模具冷却系统设计的技能吗？答案是否定的。课程改革后，本项目教学设计提前在网站布置任务，学生提前预习并咨詢；课堂上小组讨论决策确定方案；计划和实施过程中主动查阅资料和咨询教师，有针对性地学习和解决问题，完全基于工作过程；检查和评价通过组内完成和教师总结的方式，对项目完成过程和项目成果不断修正，实现螺旋式提升的效果。

通过教学实践，学生为完成模具冷却系统的设计，会主动查阅资料（主要是国家级规划教材），在查阅资料的过程中主动学习冷却系统的特点、结构、工艺、冷却水量的计算方法和相关公式，不懂的地方会主动向教师提问；确定了冷却系统的结构和布置形式、流量大小后，使用UG软件进行结构设计，软件使用过程中有些功能不会用，也会主动向教师提问，最终的目标是正确完成一套冷却系统的设计，以3D图的形式展现出来。在项目完成的过程中，学生的学习主动性得到强化，思维更加活跃，实现了课程教学改革的预期目标。

每个学生的设计进度可以不一样，如有先完成的学生，经教师检查考核后可以进行另一个难度更大的产品设计。项目设计以人为本，适应不同学生学习的需求，在完成基本任务的前提下，更好地利用课堂时间去学习更多的知识和技能。课堂教学的整体节奏由教师掌握，尽量把有限的课堂时间还给学生，让他们“动”起来，让教师“闲”下来。项目2设计流程如图1所示：产品→分模→外侧抽芯→模架浇注系统冷却系统→标准件。

4  考核答辩

课程平时成绩占60%，期末考核占40%。考核采取项目考核和期末设计任务书答辩两种方式相结合的形式，采用多元化考核方式来综合评价学生的学习情况。学习的过程即考核的过程，促使学生全身心投入学习，变被动学习为主动学习，增强学习效果[3]。每个项目考核包含平时出勤、课堂表现、产品任务量完成多少等指标。在教与学过程中，教师有更多的时间观察学生平时课堂表现，结合学生产品完成质量的高低，平时教学中就能准确给出学生的平时成绩。考核总体指标细则如表3所示。

5  结束语

模具设计与制造专业课程改革经过三学期的探索和实践，以学生为主体、教师为主导，基于工作过程的教学模式深深植入模具设计与制造专业师生心中。学生通过努力学习，积极参加广东省模具设计与制造专业技能大赛、全国3D创新大赛，取得优异成绩；师生共同创新，取得多项实用新型专利；教师参加省级、校级教学能力大赛，获得多项奖项。

如何提高学生的学习积极性以及最大限度利用好课堂时间，是学校模具设计与制造专业教师一直探索的课题。为此，模具设计与制造专业教师申报了多项省、校模具设计与制造专业教改项目，总结了不少探索经验。相信随着教学改革的进一步推进，会涌现出更多更好的教学理念和思路，模具设计与制造专业课程改革的步伐会不断加大，专业办学水平会不断提高。

参考文献

[1] 任天娟.基于工匠精神培育的高职模具综合实训课程教学改革与实践[J].模具制造，2022（5）：91-93.

[2] 张琳，孙晓燕.模具专业“产教、赛教”双融合的课程体系构建[J].内燃机与配件，2020（20）：237-238.

[3] 王赟.面向应用型人才培养的塑料成型工艺与模具设计课程教学改革探析[J].农业工程与装备，2020，47（3）：66-69.

*项目来源：2021年广东岭南职业技术学院精品开放课程《模具设计基础》（基金编号：JPKC202131）。

作者：郑钢，广东岭南职业技术学院，副教授，研究方向为机械工程、职业教育（511500）。