材料成型及控制工程專業(yè)教學(xué)改革探索與實(shí)踐

劉 芳

(上海理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院, 上海 200093)

專業(yè)調(diào)整和專業(yè)建設(shè)是高校培養(yǎng)模式改革的核心,是學(xué)校教育與社會需求的結(jié)合點(diǎn),也是學(xué)校保持可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在動力。為適應(yīng)這一形勢,高等教育的改革必將越來越面向市場,面向社會[1-7]。

2009年1月,為了適應(yīng)上海市乃至全國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和上海理工大學(xué)學(xué)科發(fā)展的需要,上海理工大學(xué)成立了材料科學(xué)與工程學(xué)院。同年9月,材料成型及控制工程專業(yè)整體從機(jī)械學(xué)院劃轉(zhuǎn)到材料學(xué)院。為了適應(yīng)行業(yè)和學(xué)科發(fā)展需要,要求對材料成型及控制工程專業(yè)課程體系進(jìn)行深入改革和調(diào)整,建立和學(xué)科發(fā)展方向相吻合的課程體系,在保持原有機(jī)械基礎(chǔ)和模具特色的基礎(chǔ)上,加強(qiáng)材料學(xué)科基礎(chǔ)教育。并且,根據(jù)學(xué)院發(fā)展和上海市產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要,材料成型及控制工程專業(yè)明確了金屬板材沖壓成形、高分子材料成形和粉末材料成形三個重點(diǎn)發(fā)展的專業(yè)方向。以此為基礎(chǔ),按照 “厚基礎(chǔ)、寬專業(yè)、重能力” 的指導(dǎo)思想,進(jìn)行了一系列改革和探索。

一、 明確思想、準(zhǔn)確定位、凝煉學(xué)科方向

(一) 專業(yè)建設(shè)要服從于經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求和市場需求

材料成型與控制工程專業(yè)的目標(biāo)是培養(yǎng)具有國際視野和較高工程實(shí)踐能力的一流卓越工程人才。因此,經(jīng)濟(jì)發(fā)展和市場對人才的需求是本專業(yè)教學(xué)改革和建設(shè)的依據(jù)。在專業(yè)教學(xué)改革中,根據(jù)市場對人才素質(zhì)的需求,對課程體系和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革。材料成型包含的內(nèi)容相當(dāng)廣泛,過去該專業(yè)方向以模具設(shè)計為主,畢業(yè)生的就業(yè)面比較窄。隨著上海市及長三角地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,學(xué)生的就業(yè)渠道越來越多,就業(yè)面越來越廣,要求學(xué)生的知識面越來越寬。因此,必須從材料成型大專業(yè)的構(gòu)建思路,按照 “寬專業(yè)” 的指導(dǎo)思想,確定本專業(yè)的培養(yǎng)計劃。

(二) 按照 “厚基礎(chǔ)、寬專業(yè)、重能力” 的指導(dǎo)思想確定專業(yè)培養(yǎng)計劃

為適應(yīng)學(xué)科建設(shè)和專業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,根據(jù)上述指導(dǎo)思想,對課程體系進(jìn)行了重新規(guī)劃和調(diào)整。在保證機(jī)械、力學(xué)等基礎(chǔ)知識的前提下,加強(qiáng)了材料基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)。在學(xué)科平臺課程中加入 “ 材料科學(xué)基礎(chǔ)” 和 “材料工程基礎(chǔ)” 課程,使學(xué)生從大二開始就接觸到材料類學(xué)科知識,既為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ),又對學(xué)生進(jìn)行了很好的專業(yè)教育。與學(xué)科方向調(diào)整相適應(yīng),改革后的培養(yǎng)計劃形成了金屬材料成形、聚合物高分子材料成型和粉體材料成型三大模塊,如圖1所示。

圖1 材料成型及控制工程專業(yè)培養(yǎng)方案架構(gòu)Fig.1 Sketch of the major map for material forming and controlling

在確定專業(yè)教學(xué)計劃時,要把握好本專業(yè)的材料、成型和控制三個方面的基本內(nèi)容和要求。因?yàn)楸緦I(yè)是工藝性比較強(qiáng)、技術(shù)基礎(chǔ)要求比較高的專業(yè),對材料學(xué)、機(jī)械學(xué)、力學(xué)、電力及控制都有一定的要求,把握好技術(shù)基礎(chǔ)的深度和廣度在確定培養(yǎng)計劃時是非常重要的。

二、 強(qiáng)化課程建設(shè),進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革

此次改革把課程體系建設(shè)作為改革的重點(diǎn),特別是課程群的建設(shè)。在上海市第四期本科教育高地的支持下,重點(diǎn)建設(shè)了英文課程群、材料科學(xué)課程群和數(shù)字化成型加工技術(shù)課程群。每個課程群有1～2門核心課程,并有其它5～6門課程圍繞在核心課程周圍。通過課程群建設(shè),以核心學(xué)科基礎(chǔ)課為龍頭,詳細(xì)修訂每門課程教學(xué)大綱,更新授課內(nèi)容,防止教學(xué)內(nèi)容和實(shí)際脫節(jié)。同時,通過課程群建設(shè),保證前修課程和后修課程內(nèi)容不重復(fù)、銜接流暢,從而形成比較成熟而完整的課程體系。通過改革,成效顯著。 “材料成型原理” 等一批課程獲批上海市重點(diǎn)建設(shè)課程。

三、 英文課程建設(shè)

為了培養(yǎng)具有國際競爭能力的人才,本次改革強(qiáng)調(diào)了英文課程的開設(shè)。在學(xué)科基礎(chǔ)平臺課程中增加 “材料科學(xué)基礎(chǔ)” 和 “材料工程基礎(chǔ)” 全英文課程,在專業(yè)課程中,開設(shè) “現(xiàn)代材料分析方法”、 “納米材料學(xué)”、 “復(fù)合材料學(xué)” 等全英文課程。

全英文課程采用英文原版教材,每門課程都配備具有海外博士學(xué)位并具有國外授課經(jīng)驗(yàn)的教師團(tuán)隊。為了確保英文課程授課效果,開辟專門的自習(xí)答疑室,要求教師用兩倍以上課堂教學(xué)的時間為學(xué)生答疑。全英文課程的設(shè)立,使學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)知識的同時提高了英文能力,尤其是專業(yè)英語的能力,對培養(yǎng)具有國際交流能力和國際視野的學(xué)生起到了積極作用。

此次改革還進(jìn)行了系列英文課程建設(shè)。英文課程建設(shè)主要進(jìn)行英文教材編選、英文實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)書撰寫、教學(xué)方法改革、課程網(wǎng)站建設(shè)等,使得教學(xué)內(nèi)容和國際接軌,適應(yīng)教育國際化的要求。經(jīng)過三年多的建設(shè),系列英文課程建設(shè)取得了明顯成效。 “材料科學(xué)基礎(chǔ)” 、 “材料現(xiàn)代分析方法” 等全英文課程獲批上海市英文示范課程。

四、 網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)

充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,開展多媒體、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。目前,所有已開課程全部實(shí)現(xiàn)課程信息上網(wǎng),包括課程教學(xué)大綱、教學(xué)進(jìn)度表、全部課件、作業(yè)、習(xí)題集等。網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)使得從選課開始就能給學(xué)生明確的指導(dǎo)。同時學(xué)院內(nèi)部狠抓課程網(wǎng)站質(zhì)量,要求核心課程和重點(diǎn)建設(shè)課程完善多媒體課件,并逐步提供完整的教學(xué)錄像資料。

五、 實(shí)踐課程體系建設(shè)

實(shí)踐教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)體系的重要組成部分,是培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的重要途徑,實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不僅有利于提高學(xué)生的實(shí)踐能力,而且有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。課程體系的調(diào)整伴隨著實(shí)踐教學(xué)體系的深入,必須建立與學(xué)科方向相適應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)體系。目前,材料成型及控制工程專業(yè)已經(jīng)形成了從課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計、綜合實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)到畢業(yè)設(shè)計(論文)一體化漸進(jìn)式課程體系,如圖2所示。

圖2 材料成型及控制工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系Fig.2 Practical teaching system for materical forming and controlling

綜合實(shí)驗(yàn)是本次課程體系調(diào)整新加入的模塊,是課程體系建設(shè)中重點(diǎn)建設(shè)部分。在綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)K,實(shí)行模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué),建立了金屬材料成形、聚合物材料成型和粉體材料成形三大模塊。每個模塊圍繞一種典型材料的成形和性能,包含6～7個子實(shí)驗(yàn)。學(xué)生根據(jù)教師的引導(dǎo)和自己的專長選擇合適的模塊,針對某種典型材料進(jìn)行深入的試驗(yàn)和研究,提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力。

例如金屬板材成形性能綜合實(shí)驗(yàn),從單向拉伸建立材料的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線開始,測定材料基本力學(xué)性能指標(biāo); 然后通過筒形件拉深、杯突實(shí)驗(yàn)和錐杯復(fù)合實(shí)驗(yàn),測定材料基本成形性能; 直至目前比較先進(jìn)的沖液拉深實(shí)驗(yàn),提高板料的成形性能。這種一體化、漸進(jìn)式的綜合實(shí)驗(yàn)體系,讓學(xué)生可以深入掌握板料成形的基本性能、改善手段、檢測方法、檢測設(shè)備以及基本原理,使學(xué)生在掌握理論知識的同時,強(qiáng)化了動手實(shí)踐能力。

六、 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

實(shí)驗(yàn)室建設(shè)對于增強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力、增強(qiáng)學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力、強(qiáng)化科研手段、提高教師的科研學(xué)術(shù)水平極其重要。目前,本專業(yè)已經(jīng)改造和建設(shè)了以下幾個實(shí)驗(yàn)室。

表1 材料成型綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)K組成Tab.1 Modules of the integrative experiments

(一) 數(shù)字化成型技術(shù)實(shí)驗(yàn)室

擁有先進(jìn)的微機(jī)、工作站等硬件設(shè)備以及Deform,Dynaform,Abaqus等先進(jìn)的成形仿真軟件,無論是對本科教學(xué)還是對提高教師的科研水平都起了非常重要的作用。目前已經(jīng)在本科教學(xué)中開設(shè)了 “金屬成形數(shù)值模擬” 、 “塑料成型CAE技術(shù)” “模具CAD/CAM” 和 “實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理” 等課程。

(二) 金屬成型實(shí)驗(yàn)室

成型實(shí)驗(yàn)室主要裝備有機(jī)械壓力機(jī)、315T單動液壓機(jī)、160T雙動液壓機(jī)、立式擠壓機(jī)、沖液拉深試驗(yàn)機(jī)等多種金屬成形設(shè)備,可以為多門課程開設(shè)課內(nèi)實(shí)驗(yàn),并且進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究。

(三) 聚合物材料成型技術(shù)實(shí)驗(yàn)室

主要設(shè)備包括雙螺桿擠出機(jī)、臥式注射機(jī)、微型注射機(jī)、轉(zhuǎn)矩流變儀和旋轉(zhuǎn)流變儀等,實(shí)現(xiàn)了高分子材料改性、性能測定和成形完整的實(shí)驗(yàn)體系。

(四) 材料性能結(jié)構(gòu)和微觀表征實(shí)驗(yàn)室

包括萬能材料試驗(yàn)機(jī)、高溫蠕變試驗(yàn)機(jī)等材料力學(xué)性能檢測設(shè)備,凝膠色譜、熱重分析、電子探針和拉曼光譜等理化性能設(shè)備,以及場發(fā)射電子掃描顯微鏡、X射線衍射儀、高分辨率透射電子顯微鏡等微觀組織表征設(shè)備等,基本實(shí)現(xiàn)了材料制備、微觀表征、性能測定等一體化的實(shí)驗(yàn)室體系。

七、 總結(jié)

整合資源,理清學(xué)科發(fā)展方向,通過改革課程體系,形成與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和學(xué)科發(fā)展相適應(yīng)的培養(yǎng)體系。同時大力推進(jìn)英文課程、實(shí)踐課程和創(chuàng)新類課程建設(shè),推動實(shí)踐基地建設(shè),培養(yǎng)具有國際視野和創(chuàng)新精神,符合經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的材料成型高級技術(shù)人才。

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