《冲压工艺及模具设计》课程改革与创新

马秉馨，苏 光，丁 海，马 倩，李佳怡，王静宇，李俊杰，3，缪义财

（1.河南工学院，河南 新乡 453003；2.西北工业集团，陕西 西安 710005；3.天合光能（宿迁）光电有限公司，江苏 宿迁 223832）

0 引言

《冲压工艺及模具设计》是材料成型及控制工程专业模具方向的必修课，是培养冲压行业应用型本科人才的重要环节。目前已有教师针对冲压相关课程基于OBE 模式进行改革[1]，为培养学生创新能力探索线上线下混合式教学模式[2]，采用云班课等新平台应用于课堂教学[3]，校企合作开发更符合企业生产实际的教材，对标技能竞赛及技能等级证书改革教学内容[4]，开展课程思政教学[5]，均已取得良好的教学效果。

近年来制造业发展迅猛，工业加速转型升级，冲压工艺和模具设计领域也在不断发展和变革。越来越多的企业在设计模具时采用全流程无纸化的方式，通过冲压件的仿真分析确定冲压工艺，进行模具建模和数控加工仿真等工作。在生产冲压件时，采用计算机控制的自动化生产线进行生产。随着人们物质生活水平的不断提高，对冲压件的要求不仅仅是满足使用性能和工艺性能的要求，而是越来越重视冲压件的审美要求。由此可见对学生的计算机技能和审美要求日益提高，仅传授课本知识和传统的设计方法已无法满足现实发展的需要。因此在教学过程中，需要更加主动地融入多种学科及知识领域，以培养学生的多元思维和创新能力，同时应结合多门课程的内容，促进学生的综合素养和实际应用能力的发展，为了满足这样的要求，创新的教学模式和教学方式至关重要。

1 灵活运用教学方法夯实基础知识

教学过程中将启发引导法、问题探究法、分组探究法、分组讨论法、任务驱动法、项目教学法等教学方法，与传统讲授法有机结合、综合运用，将“价值塑造、能力培养、知识传授”三位一体的理念贯穿教学各环节，全方位提高学生素质能力。

（1）启发引导法。通过设问启发引导学生按步骤利用所学知识去分析和解决问题，同时将思政理念融入专业教学中[5]。如在讲解拉深工艺计算时，指定拉深件形状尺寸，逐步引导学生判断毛坯形状，根据拉深前后体积不变及可能存在的凸耳缺陷，引导学生确定修边余量，并计算毛坯尺寸，告诉学生每次拉深都有成形极限，引导学生确定拉深次数，最后确定拉深工序件尺寸。不仅能够调动学生积极思考，提高学习主动性，还可以在计算过程中培养学生严谨细致的科学态度和精益求精的工匠精神。

（2）问题探究法。依据教学目标和任务，合理创设问题情境，让学生经历“发现问题→分析问题→解决问题”的思维过程，培养学生的问题意识和探究精神。如在讲解冲模类型时，为了引出传递模，先通过播放单工序模和级进模的生产视频，让学生发现单工序模（结构简单，生产效率低）和级进模（模具复杂，生产效率高）各自的优缺点，随后提出“能不能既能简化模具结构，又能保证生产效率”的问题，让学生进行探究，逐步引出传递模这一模具类型，在揭示答案时让学生有豁然开朗的感觉，这能够充分调动学生的创新思维，并从中体会获得感和成就感。

（3）分组探究法。探究的内容相对深入，同时以小组合作的形式进行，多设于课后进行，通过资料查找、讨论研究等学习互动，获得知识技能，互相取长补短、共同学习、共同进步。如在学习冲压材料及其性能要求时，让学生课后分组查找深海环境情况和钛合金力学性能数据，从使用性能要求和冲压工艺要求考虑，分析为什么选用钛合金作为蛟龙号耐压舱的材料。

（4）分组讨论法。在教学过程中引导小组学生通过讨论和思辨追寻问题的本质，弄清楚问题根本所在，加深对知识点的理解；同时通过讨论，小组成员互帮互助，形成活跃的学习氛围，增加学生学习兴趣，增强团结协作意识。

（5）任务驱动法。围绕共同的任务活动中心，让学生在任务驱动下，进行自主探索和互动协作的学习，使学生带着真实的任务在探索中学习。如在学习简单的冲裁模零部件结构特点时，给学生安排讲解任务，并根据零部件类型分解任务，安排不同小组去完成，明确要求用PPT 汇报讲解。在准备任务过程中，学生会自觉学习PPT制作、图片处理等相关知识，采用更好的方式将内容呈现。在完成任务时，学生会不断地获得成就感，可以更好地激发他们的求知欲，逐步形成一个感知心智活动的良性循环，培养独立思考、勇于探索、开拓进取的意识，提升学生的自学能力。

2 多课程并行教学锻炼专业能力

结合冲模课程设计，在《冲压工艺及模具设计》课程教学过程中开展项目式教学，河南工学院课程设计重点针对冲裁模，因此在课程讲解冲裁工艺及模具设计相关内容之前，先对学生进行分组，给每组布置一个难度适当的设计题目，讲课过程中，按照模具设计流程的先后顺序讲解知识点，方便学生能够带着任务，逐一完成每个步骤，让学生在学习过程中带着任务进行思考及协作学习，学完一部分内容后合作完成相应部分的设计工作，在学习知识的同时，又能锻炼模具设计水平。以项目促学习，学生在完成项目的同时，也增强了团队协作意识，培养了工匠精神，提高了职业素养。

结合《文献检索与论文写作》、《材料成型计算机辅助设计》、《塑性成形数值模拟》和《实验设计与方法》等课程，以学生自拟选题的方式，能够结合专业知识分析影响冲裁件断面质量、弯曲件质量或拉深件质量等因素，并设计合理的试验方案研究冲压成形的变形规律及弯曲件质量、拉深件质量等的影响因素，使用UG 创建冲压件及冲模零件的模型，利用数值模拟软件对典型冲压件的成形过程进行模拟仿真，获取应力应变等试验结果，进行数据处理后结合理论知识进行分析，并将分析过程及结果以小论文的形式撰写。通过这样的锻炼过程，能够巩固冲压课程的专业理论知识，提升学生对多课程知识内容综合运用的能力。完成全过程需要用到Design Expert、Excel、UG、Dynaform、Origin、Word 等多种软件，能够提高学生利用计算机分析、解决工程问题的能力，促进培养锻炼技术研发、科研创新的专业能力。

3 融合多学科以赛促教提升创新能力

从本专业低年级学生开始，重点培养其建模绘图能力，指导其参加“高教杯”大学生先进成图技术与零件信息建模创新大赛。通过这一过程的训练，提升学生创新建模的基础专业能力，并为其结合专业知识开展创新打下基础，为后续参加其他竞赛做好准备。近5年学生参加“高教杯”大学生先进成图技术与零件信息建模创新大赛获得国家级三等奖4项、省级一等奖3 项、省级二等奖3 项、省级三等奖4项。

课程团队教师指导学生申报大学生创新创业训练计划项目，结合计算机学科中的VR 技术和AR技术等，利用Unity 软件完成开发冲模VR 拆装软件以及冲模零件AR 识别APP，冲模VR 拆装软件操作演示如图1所示，冲模零件AR识别APP操作演示如图2所示。

图1 冲模VR拆装软件操作演示

图2 冲模零件AR识别APP操作演示

在项目完成过程中，学生首先使用UG 软件进行建模，然后使用Blender等软件进行模型渲染和动画制作等，最后使用Unity编写代码并完成软件的开发。在此过程中，学生不仅锻炼了模具三维建模的技能，还通过自学掌握了模型渲染、动画制作、编程语言等技术，除提升了专业技能外，还扩展了计算机专业技能。开发的软件与《冲压工艺及模具设计》教学内容紧密贴合，能够辅助应用于课程教学，有效帮助学生熟悉冲模结构、了解冲模的拆装过程及注意事项。

此外通过将艺术学科的相关知识与实践相结合，学生自主设计书签、纪念币等校园文创作品，借助冲压课程学到的模具设计相关内容，设计了书签毛坯落料冲孔模和纪念币压印模。模具制造后，学生独立操作曲柄压力机，对书签毛坯和纪念币进行冲压加工，学生调试压力机并对书签毛坯进行冲压如图3 所示，书签毛坯实物如图4 所示，纪念币压印模实物如图5所示。

图3 调试压力机并进行书签毛坯冲压

图4 书签毛坯实物

图5 纪念币压印模

对书签毛坯进行表面处理和激光雕刻，对纪念币表面进行电镀，最终制成了精美的成品，图6所示为学生正在对书签进行激光雕刻，书签及纪念币成品如图7、图8 所示。在该过程中，学生不仅实践了冲模设计过程，熟悉了冲压设备的结构，还掌握了冲模的安装和调试过程，提升了专业实践和动手能力。同时通过整个实践过程，培养学生欣赏美和创造美的能力。学生能够将艺术和工程知识相结合，展现创造力和才能，这样的实践经验将有助于他们未来在学术和职业领域取得成功。

图6 激光雕刻书签现场

图7 书签成品

图8 纪念币成品

上述成果为河南工学院材料成型及控制工程等专业学生多年来的积累，先后参加“互联网+”大学生创新创业大赛获省级二等奖1 项，参加“挑战杯”创业计划竞赛获省级三等奖2项，获得河南省大学生创新创业训练计划优秀成果三等奖1项。学生在项目研究及参赛过程中，巩固了专业知识，强化了专业技能，提升了创新创业能力，在计算机应用水平、审美水平及艺术创作能力等方面有所提高，通过实践活动，学生的综合能力得到了锻炼。

4 结束语

在教学过程中采用多种教学方法，多课程并行教学以及融合多学科以赛促教，提高学生综合素质能力。通过启发引导法、问题探究法、分组探究法、分组讨论法、任务驱动法和项目教学等多种教学方法的综合运用，可以提高学生的素质能力。同时通过多课程并行教学和多学科融合以赛促教等方式，锻炼学生的专业能力和创新能力；通过项目式学习培养学生团队协作意识。这些方式实现了对学生从知识、能力和思想的全方位、全过程培养，学生的知识综合运用能力、实践创新能力得以提升，能够结合本课程教学内容及教学需求，应用计算机技术开发AR、VR 软件，设计校园文创书签、纪念币等作品。