《模具設(shè)計》課程教學(xué)改革與實踐

秦少雄,曲寶龍,廖海星,蘇高申 (長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,湖北荊州434023)

《模具設(shè)計》是普通高等學(xué)校高分子材料與工程專業(yè)的主干專業(yè)課程之一,其內(nèi)容主要包括塑料成型基本理論、注射成型工藝及模具設(shè)計、其他成型模具設(shè)計和修模改模。20世紀(jì)90年代以來,隨著塑料制品的廣泛使用和計算機(jī)技術(shù)在模具設(shè)計領(lǐng)域的全面應(yīng)用[1],塑料成型模具發(fā)展迅速,新型模具不斷涌現(xiàn),傳統(tǒng)的模具設(shè)計課程體系設(shè)置已經(jīng)不能滿足市場需求對高分子材料與工程專業(yè)人才的需求。此外,在高等教育 “厚基礎(chǔ),寬專業(yè)”的原則[2]指導(dǎo)下,專業(yè)課程學(xué)時壓縮,其教學(xué)內(nèi)容急待優(yōu)化整合,最大限度地發(fā)揮教學(xué)效果。為此,筆者針對傳統(tǒng)的高分子材料與工程專業(yè) 《模具設(shè)計》課程體系存在的問題,根據(jù)高分子材料與工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和課程教學(xué)體系改革的要求,對 《模具設(shè)計》的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式、實踐教學(xué)等方面進(jìn)行了綜合性的改革和教學(xué)實踐。

1 課程體系存在的問題

1)教學(xué)內(nèi)容落后于工業(yè)發(fā)展和市場需求 《模具設(shè)計》課程是一門理論和應(yīng)用都很強(qiáng)的專業(yè)課,并隨著塑料制品的廣泛使用和技術(shù)的進(jìn)步在不停發(fā)展,工業(yè)發(fā)展和新技術(shù)的應(yīng)用對設(shè)計人員提出了更高的要求[3]。傳統(tǒng)的塑料成型模具設(shè)計教學(xué)內(nèi)容過于偏重理論教學(xué),輕實踐和實驗教學(xué),并且教材內(nèi)容的更新程度也落后于工業(yè)技術(shù)和市場需求的發(fā)展,這對學(xué)生的就業(yè)十分不利。

2)陳舊的教學(xué)方法、教學(xué)手段導(dǎo)致課堂知識容量較少 受到各方面因素的限制,傳統(tǒng)的 《模具設(shè)計》課堂教學(xué)均采用板書理論教學(xué),但由于課堂知識過于繁瑣,有時一幅模具組合圖紙可能要在黑板上繪制十幾分鐘,而其他時間的教學(xué)內(nèi)容就顯得過于擁擠,通常是教師忙于趕教學(xué)進(jìn)度,學(xué)生忙于記筆記,導(dǎo)致課堂互動少,學(xué)生自主思考少,動手設(shè)計少,學(xué)生提問少,教師無疑可答,這樣大大影響了教學(xué)效果。塑料成型模具設(shè)計課程要求學(xué)生具有非常強(qiáng)的空間幾何和機(jī)械自動化基礎(chǔ),尤其是復(fù)雜結(jié)構(gòu)模具的開合模動作,如果學(xué)生基礎(chǔ)稍差就很難理解,更談不上靈活應(yīng)用和設(shè)計。

3)單一的考核方式不利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性 《模具設(shè)計》是一門涉及到機(jī)械制圖、塑料成型工藝、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、零件組合與裝配等多學(xué)科知識的綜合性課程。在實際生產(chǎn)設(shè)計中,設(shè)計人員必須將這些基本理論知識應(yīng)用到工程項目中去解決生產(chǎn)實際問題。而塑料成型模具是所有模具種類中最復(fù)雜的一種,很多生產(chǎn)參數(shù)需要在現(xiàn)場根據(jù)試模結(jié)果來調(diào)整,要經(jīng)過反復(fù)多次的試模、修模才能最終確定某些參數(shù)。由于這些參數(shù)的復(fù)雜性,不同的設(shè)計人員和不同的設(shè)計方案會得出不同的調(diào)試參數(shù),即結(jié)果具有多重性。傳統(tǒng)的筆試考核方式注重理論設(shè)計而忽略了課程實踐,無論是課后作業(yè)還是期中期末考試均采用筆試形式,而對實際動手設(shè)計和生產(chǎn)問題則束手無策。顯然,傳統(tǒng)的筆試考核方式不能完全考察出學(xué)生對塑料成型模具設(shè)計知識點的掌握程度和運用多種專業(yè)基礎(chǔ)知識解決實際模具設(shè)計的能力。

4)薄弱的實踐教學(xué)阻礙了學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng) 在傳統(tǒng)教學(xué)中,理論教學(xué)通常被置于首位,而實踐教學(xué)則常常被忽視,多數(shù)實踐教學(xué)僅僅拘泥于形式而無內(nèi)涵,學(xué)生對實踐課程的認(rèn)知程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。在實踐教學(xué)內(nèi)容中,演示性、驗證性內(nèi)容較多,學(xué)生能動手操作、主動思考性的較少,并且由于實驗環(huán)境的限制,教學(xué)手段比較單一,很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)生興趣。此外,出于安全風(fēng)險的考慮和受金融危機(jī)的影響,多數(shù)企業(yè)不愿接收學(xué)生進(jìn)行參觀和生產(chǎn)實習(xí),即使學(xué)生進(jìn)入工廠進(jìn)行生產(chǎn)實習(xí),考慮到企業(yè)的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)線的安全和對學(xué)生的人身安全考慮,企業(yè)通常不允許學(xué)生動手操作,所以生產(chǎn)實習(xí)多數(shù)情況下演變?yōu)閰⒂^實習(xí),學(xué)生很難學(xué)到操作性知識,這直接導(dǎo)致了學(xué)生對實習(xí)課程的興趣下降。

2 教學(xué)改革措施與實踐應(yīng)用

1)緊緊圍繞人才培養(yǎng)目標(biāo)定制教學(xué)內(nèi)容 首先按照長江大學(xué)高分子材料與工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)之一:成為綜合素質(zhì)良好的模具設(shè)計中初級技術(shù)人才,重新編寫了新的 《模具設(shè)計》課程教學(xué)大綱,重新規(guī)劃了授課內(nèi)容學(xué)時分配,力求知識點全面、重難點突出。在緒論中全面介紹了6種模具的簡單結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)流程和主要區(qū)別,同時給出了各種模具生產(chǎn)出的塑料產(chǎn)品的主要特點及典型示例圖片,學(xué)生通過簡單的了解能很快掌握塑料件的成型方法及應(yīng)選用何種模具來生產(chǎn),這樣很容易激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。在后續(xù)課程講解中,主要講解注射成型工藝及其模具設(shè)計,這部分內(nèi)容占總課時的3/5,對于其他類別的5種傳統(tǒng)模具及新型模具講解其主要設(shè)計流程、與注射成型模具的設(shè)計差異。

其次,在教學(xué)內(nèi)容中也舍棄或簡化了許多知識點,如第3章注射成型模具設(shè)計中澆口及流道的設(shè)計中,簡化了尺寸的設(shè)計內(nèi)容,只給出了2種經(jīng)典設(shè)計形式,因為在現(xiàn)在應(yīng)用的多數(shù)CAE軟件都可以直接設(shè)計出澆注系統(tǒng)形式并給出優(yōu)化后的尺寸,在這一部分沒有必要浪費過多課時來講解。為了培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)新精神,在課堂上適當(dāng)增加了科學(xué)技術(shù)和學(xué)術(shù)前沿這一內(nèi)容,引領(lǐng)學(xué)生關(guān)注模具設(shè)計界的科研和應(yīng)用。

最后,為了提高學(xué)生的就業(yè)競爭力,將計算機(jī)技術(shù)引入課堂教學(xué)中,主要是CAD和CAE軟件,如Pro E、Solidworks、Master CAM、Moldflow等,學(xué)生可以根據(jù)學(xué)習(xí)的側(cè)重點不同選擇不同的軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)。經(jīng)過對教學(xué)內(nèi)容的全面改革和在2005、2006級學(xué)生中的實踐,學(xué)生的計算機(jī)運用能力大幅度提升,自主學(xué)習(xí)能力顯著提高,同時增強(qiáng)了學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力和就業(yè)競爭能力。

2)改進(jìn)教學(xué)方法 在教學(xué)過程中,去除了傳統(tǒng)的 “填鴨式”教學(xué)方法,主要采用 “講練式”、“現(xiàn)場討論式”、“啟發(fā)式”等主動式的教學(xué)方法,培養(yǎng)學(xué)生的主動思維能力和創(chuàng)新能力,增強(qiáng)教學(xué)互動。在課堂上結(jié)合教學(xué)內(nèi)容提出具有工程意義的問題,如根據(jù)塑料件缺陷來修模改模,讓學(xué)生們分組討論解決方案,這樣不僅培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊合作精神,還提高了學(xué)生解決問題的能力,增強(qiáng)了創(chuàng)新意識。在 《模具設(shè)計》教學(xué)中,采用理論課與實踐課相結(jié)合的方法,使教師的 “教”與學(xué)生的 “學(xué)”交互進(jìn)行,提高學(xué)生對課堂知識的理解能力和吸收能力。如在第1章緒論教學(xué)過程結(jié)束后,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入塑料成型實驗室進(jìn)行模具的初步認(rèn)識,筆者購置了多套注射成型模具、壓制成型模具和吹塑料成型模具,指導(dǎo)學(xué)生對各種模具進(jìn)行拆裝并與課堂上的理論圖紙做對比,借助這些實際的塑料成型模具,學(xué)生們對模具的感性認(rèn)識有了直接的提升,增強(qiáng)了學(xué)習(xí)興趣。在經(jīng)過一段時間的學(xué)習(xí)之后,鼓勵學(xué)生對模具結(jié)構(gòu)提出改進(jìn)意見。事實證明,一些學(xué)生的改進(jìn)意見十分巧妙,能解決生產(chǎn)實際中存在的問題。

在課堂教學(xué)中,采用板書與多媒體課件相結(jié)合的方式授課,充分運用虛擬現(xiàn)實技術(shù),增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識,縮短學(xué)生的認(rèn)知時間,同時也增加了課堂容量。如將在傳統(tǒng)教學(xué)中的模具圖紙均制成多媒體課件,模具的運行均采用動畫形式表達(dá),將模具的三維圖紙直接應(yīng)用在課堂教學(xué)中,三維CAD軟件的強(qiáng)大功能使模具圖紙可以十分快捷和方便的查看,教師可以根據(jù)學(xué)生們的疑問對模具整體裝配圖或單一零件圖進(jìn)行全方位展示,甚至可以提供半剖圖、局剖圖,使學(xué)生們能在很短時間內(nèi)掌握模具圖紙的查看方法,并熟悉模具圖紙的繪制,提高了學(xué)生的專業(yè)技術(shù)水平。同時,這樣的授課方式避免了課堂的枯燥和無趣,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。

3)改革考核方式 考試內(nèi)容與方法的改革是以檢測學(xué)習(xí)綜合效果、找出差距和不足,以促進(jìn)知識的掌握、能力的培養(yǎng)及提高教學(xué)質(zhì)量為目標(biāo)[4]。《模具設(shè)計》考核方式采用綜合方式,總體目標(biāo)是去除傳統(tǒng)的高分低能現(xiàn)象,避免學(xué)生學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生死記硬背的現(xiàn)象,用綜合的考核方式激勵學(xué)生對所學(xué)知識能注重理解、活學(xué)活用,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性,并能在一定程度上對塑料成型模具進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。

《模具設(shè)計》考核采用了理論考核與設(shè)計考核2部分:理論考核以筆試形式進(jìn)行,主要考查學(xué)生對基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識的綜合運用能力,這部分內(nèi)容占總成績的50%;設(shè)計考核以大作業(yè)、課堂分組討論形式進(jìn)行,主要考查學(xué)生對塑料成型模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的全面掌握程度、對模具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊合作意識,這部分內(nèi)容也占總成績的40%;其余10%成績?yōu)檎n堂提問、課堂測驗和作業(yè)成績。在理論筆試考核中,除原有理論內(nèi)容外,添加了與生產(chǎn)實際密切聯(lián)系的工程內(nèi)容,如塑料成型模具圖紙的裝配與拆分、根據(jù)塑料件缺陷的修模改模方案、模具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)等;在大作業(yè)考核中,以4周為限,給出4種注射成型塑料件,學(xué)生可以按自己的意愿任選其中一種進(jìn)行注射成型模具設(shè)計,要求學(xué)生能獨立完成注射成型模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具主要尺寸計算、主要零部件圖紙繪制、總裝配圖繪制;在課堂分組討論中,給出10種注射成型塑料件的缺陷,學(xué)生4人為一組,要求學(xué)生能根據(jù)塑料件的缺陷從注射成型工藝、注射成型模具結(jié)構(gòu)與尺寸或注射機(jī)的操作方面提出解決方案。

4)強(qiáng)化實踐教學(xué) 塑料成型模具設(shè)計課程實踐教學(xué)包括實驗、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和生產(chǎn)實習(xí)等教學(xué)環(huán)節(jié)。在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中,學(xué)校在很早時期就注重實驗室建設(shè),先后購置了注射成型機(jī)、擠出成型機(jī)、熱壓成型機(jī)、制樣機(jī)及各種塑料成型模具。在實驗課程中,減少了驗證性和演示性的實驗,增加了綜合性、設(shè)計性和具有創(chuàng)新性的實驗,調(diào)整過的教學(xué)內(nèi)容科學(xué)合理,有利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)造性。通過學(xué)生的動手操作實驗,學(xué)生們能迅速的掌握各種成型模具的工作原理和實際結(jié)構(gòu),并促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在理論教學(xué)中較難掌握的知識內(nèi)容,如模具結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)、模具開關(guān)模動作等,通過實驗課程可以很快掌握。在課程設(shè)計中,為了滿足不同學(xué)生的個性化需要和提高創(chuàng)新能力,筆者對傳統(tǒng)的單一論題和單一設(shè)計模式進(jìn)行了相應(yīng)的教學(xué)改革。鼓勵學(xué)生能對自己熟悉的塑料件進(jìn)行注射成型模具的設(shè)計,通過指導(dǎo)教師的指導(dǎo)與審核,對有創(chuàng)新性的作品給予優(yōu)先指導(dǎo);在生產(chǎn)實習(xí)方面,加強(qiáng)了實踐基地建設(shè),先后與數(shù)家單位簽定了校企合作協(xié)議,為學(xué)生的生產(chǎn)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計提供良好的環(huán)境。

3 結(jié) 語

經(jīng)過2年的教學(xué)實踐,通過對課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式和實踐教學(xué)等方面的改革與實踐,極大地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性,提高了學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力和工程設(shè)計能力。在高校教學(xué)工作中,必須制訂出與工程應(yīng)用同步的動態(tài)教學(xué)計劃,不斷進(jìn)行教學(xué)改革和探索,才能培養(yǎng)出滿足社會需求的、有創(chuàng)新能力的專業(yè)人才。

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