模具專(zhuān)業(yè)閉環(huán)式教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建及實(shí)施

閆華軍 馬世博 汪殿龍 王麗娟 王 偉

河北科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 河北石家莊 050018

模具是制造業(yè)的一個(gè)基礎(chǔ)行業(yè)，保守估計(jì)，工業(yè)生產(chǎn)以及生活中50%以上的產(chǎn)品都是通過(guò)模具制造的。常用模具包括沖壓模具、塑料模具、鍛造模具、鑄造模具、玻璃模具等十幾種不同類(lèi)型，其中汽車(chē)模具作為沖壓模具中的一個(gè)重要組成部分，在河北省的占比非常高，河北擁有長(zhǎng)城汽車(chē)、金環(huán)模具，滄州的興達(dá)、興林等全國(guó)知名模具廠，其他類(lèi)型的模具在河北省也有很大占比[1]。隨著京津冀一體化國(guó)家戰(zhàn)略和雄安新區(qū)任務(wù)落地，河北省面臨著行業(yè)的快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的大好形勢(shì)。沖壓件、塑料件的生產(chǎn)也是響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排、少污染的重要技術(shù)，因此為京津冀地區(qū)培養(yǎng)模具行業(yè)應(yīng)用型人才是河北省地方學(xué)校的重要責(zé)任。

地方學(xué)校培養(yǎng)應(yīng)用型人才也是響應(yīng)國(guó)家政策的一個(gè)體現(xiàn)，面臨行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)和發(fā)展、教學(xué)改革的形式，在工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證背景下，河北科技大學(xué)對(duì)材料成型專(zhuān)業(yè)模具方向進(jìn)行了教學(xué)改革，針對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革形成了一整套的閉環(huán)式教學(xué)系統(tǒng)，各培養(yǎng)環(huán)節(jié)連接緊密，相互作用，培養(yǎng)目標(biāo)統(tǒng)一，師生配合緊密，能夠培養(yǎng)出符合社會(huì)要求的高素質(zhì)人才。

模具行業(yè)需要模具人才能夠進(jìn)行模具設(shè)計(jì)、模具工藝計(jì)算、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具加工制造等操作，一個(gè)高素質(zhì)模具人才既要懂理論、懂實(shí)踐，還要會(huì)設(shè)計(jì)和加工，以培養(yǎng)學(xué)生全面的素質(zhì)和綜合能力，服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)需求[2]。河北科技大學(xué)材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)模具方向?qū)φn程的實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行了改革，把課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)與技能培訓(xùn)等實(shí)踐環(huán)節(jié)結(jié)合起來(lái)，用統(tǒng)一而綜合的任務(wù)貫穿始終，讓學(xué)生全方位地對(duì)問(wèn)題進(jìn)行深入理解和加工制造，從而更好實(shí)現(xiàn)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的作用，達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)人才的目的。

以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為導(dǎo)向，對(duì)專(zhuān)業(yè)課程實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行了改革，構(gòu)建了理論教學(xué)(任務(wù)布置環(huán)節(jié))→課程設(shè)計(jì)(模具設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，創(chuàng)建模具結(jié)構(gòu))→專(zhuān)業(yè)技能培訓(xùn)(模具加工裝配環(huán)節(jié))→理論教學(xué)(任務(wù)驗(yàn)證環(huán)節(jié))的三環(huán)節(jié)閉環(huán)教學(xué)體系。三環(huán)節(jié)閉環(huán)教學(xué)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 三環(huán)節(jié)閉環(huán)教學(xué)系統(tǒng)

1 打好理論學(xué)習(xí)基礎(chǔ) 明確實(shí)踐環(huán)節(jié)任務(wù)

模具方向的專(zhuān)業(yè)課程包括各種工藝成型方法、模具設(shè)計(jì)方法、模具結(jié)構(gòu)原理、模具加工制造方法等，有些課程側(cè)重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算，如沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)、塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì)、金屬體積成型工藝及模具設(shè)計(jì)等課程；有些課程側(cè)重模具加工制造，如數(shù)控加工技術(shù)、模具制造工藝等課程，各課程制件知識(shí)點(diǎn)比較零散，沒(méi)有直接的關(guān)系，課程由不同教師授課，各教師的教學(xué)風(fēng)格不同，強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)內(nèi)容也不一樣，因此學(xué)生對(duì)于各門(mén)課程的認(rèn)識(shí)是孤立的，各課程知識(shí)點(diǎn)之間沒(méi)有建立必要的聯(lián)系，這樣對(duì)于課程學(xué)習(xí)非常不利。因此，課程的知識(shí)體系之間應(yīng)有關(guān)聯(lián)，如何通過(guò)教學(xué)改革建立課程之間、知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系是專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)需要考慮的問(wèn)題。

圖1建立了貫穿理論教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和專(zhuān)業(yè)技能培訓(xùn)3個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的任務(wù)教學(xué)模式，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法，形成了前后關(guān)聯(lián)的閉環(huán)式教學(xué)體系。該教學(xué)體系中，專(zhuān)業(yè)理論課教學(xué)環(huán)節(jié)與實(shí)踐環(huán)節(jié)是息息相關(guān)的，專(zhuān)業(yè)課教師講授理論課時(shí)設(shè)定明確的學(xué)習(xí)任務(wù)，專(zhuān)業(yè)課程采取任務(wù)驅(qū)動(dòng)結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的方式進(jìn)行授課[3]，讓學(xué)生積極主導(dǎo)學(xué)習(xí)過(guò)程，自行設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)方法和安排設(shè)計(jì)思路，正確運(yùn)用工具手冊(cè)進(jìn)行工程問(wèn)題的設(shè)計(jì)和計(jì)算。平時(shí)以階段性小任務(wù)的方式激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，使其深入掌握知識(shí)內(nèi)容，了解知識(shí)之間的關(guān)系，結(jié)課時(shí)，學(xué)生采取匯報(bào)方式展示學(xué)習(xí)效果，通過(guò)答辯進(jìn)一步明確任務(wù)的目的、要求、設(shè)計(jì)方法和基本思路。這樣進(jìn)行后期的課程設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生就可以非常自然、積極主動(dòng)地開(kāi)展課程設(shè)計(jì)的各項(xiàng)任務(wù)。理論學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師的作用是輔導(dǎo)，教師可采用案例教學(xué)法為學(xué)生提供必要的實(shí)踐案例，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教師精選工程中的案例，精心設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)、問(wèn)題及解決方法等，做到知識(shí)點(diǎn)前后連貫、重點(diǎn)突出、現(xiàn)象明顯，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

2 課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)

模具專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是運(yùn)用已學(xué)的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)對(duì)特定任務(wù)進(jìn)行工藝計(jì)算和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該環(huán)節(jié)是理論和工程實(shí)踐相結(jié)合的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。為了提升學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，河北科技大學(xué)模具專(zhuān)業(yè)教師為學(xué)生安排3周課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，本環(huán)節(jié)需完成的任務(wù)為工藝設(shè)計(jì)方案、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、繪制模具圖。學(xué)生需要根據(jù)任務(wù)要求，自行進(jìn)行資料查詢、工藝方案設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪制裝配圖以及零件圖等。本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的模具結(jié)構(gòu)將作為第三環(huán)節(jié)“專(zhuān)業(yè)技能培訓(xùn)”的加工零件，因此設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)時(shí)，學(xué)生還要考慮模具的加工工藝、加工設(shè)備選取等問(wèn)題。教師在該環(huán)節(jié)為學(xué)生做好輔導(dǎo)和答疑，與學(xué)生共同探討設(shè)計(jì)方案，豐富學(xué)生的設(shè)計(jì)思路，綜合考慮設(shè)計(jì)、加工的各種技術(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并給出合理的設(shè)計(jì)結(jié)果。最終學(xué)生完成該階段的任務(wù)，給出模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、繪制裝配圖和零件圖，書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。

3 專(zhuān)業(yè)技能培訓(xùn)實(shí)踐環(huán)節(jié)

專(zhuān)業(yè)技能培訓(xùn)是側(cè)重設(shè)備操作、模具加工操作的實(shí)踐環(huán)節(jié)[4]。該環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)模具的加工方法、設(shè)備結(jié)構(gòu)及操作過(guò)程的掌握情況。圖1中，為了培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，讓學(xué)生掌握數(shù)控加工、線切割加工操作技巧，以課程設(shè)計(jì)制件為加工對(duì)象，完成3個(gè)任務(wù)，即加工方案制訂、加工過(guò)程仿真和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物加工。

3.1 加工方案制訂

學(xué)生需要針對(duì)課程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部件進(jìn)行加工工藝設(shè)計(jì)和分析，綜合考慮制件的用途、形狀、加工設(shè)備等因素，最終設(shè)計(jì)加工方案，加工方法一般包括數(shù)控加工、線切割和普通機(jī)加工等方法，該過(guò)程需要選取設(shè)備、繪制加工圖，制訂加工工藝卡。

3.2 加工過(guò)程仿真

模具實(shí)際加工之前，教師先為學(xué)生進(jìn)行仿真模擬培訓(xùn)和數(shù)控加工技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)。學(xué)生依據(jù)初定的模具加工方案，在仿真系統(tǒng)中模擬模具加工過(guò)程，優(yōu)化加工參數(shù)。該過(guò)程中，教師及時(shí)關(guān)注學(xué)生的設(shè)計(jì)方案，并監(jiān)管學(xué)生進(jìn)行正確設(shè)備操作，然后引導(dǎo)學(xué)生在軟件中進(jìn)行加工模擬，通過(guò)比較工藝參數(shù)，選出合理結(jié)果。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物加工

通過(guò)完成加工方案、加工過(guò)程仿真結(jié)果，本環(huán)節(jié)在學(xué)習(xí)加工設(shè)備操作基礎(chǔ)上，完成零件的現(xiàn)場(chǎng)加工過(guò)程，使加工制件的精度滿足要求。本環(huán)節(jié)結(jié)束后，為了驗(yàn)證加工制件精度，還需要把本環(huán)節(jié)加工的制件反饋到理論教學(xué)和制訂的任務(wù)中。檢查加工方法是否正確，對(duì)理論教學(xué)形成驗(yàn)證，另外加工制件反饋到整個(gè)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，用以驗(yàn)證加工結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。理論教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、專(zhuān)業(yè)技能培訓(xùn)3個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣。理論教學(xué)時(shí)，需采取合理的教學(xué)方法引領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，最終明確整體教學(xué)任務(wù)；課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)基于理論教學(xué)所學(xué)的知識(shí)，以特定題目，自動(dòng)完成該階段方案設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和圖紙繪制；專(zhuān)業(yè)技能培訓(xùn)階段，學(xué)生學(xué)習(xí)各種機(jī)床加工方法，以課程設(shè)計(jì)零件為對(duì)象，進(jìn)行數(shù)控加工仿真、現(xiàn)場(chǎng)加工，最終獲得合格的產(chǎn)品，本環(huán)節(jié)的結(jié)果和加工質(zhì)量反饋到理論教學(xué)和目標(biāo)任務(wù)處，系統(tǒng)分析了整個(gè)設(shè)計(jì)和實(shí)踐環(huán)節(jié)是否正確、方法是否合理。本系統(tǒng)環(huán)環(huán)相扣，充分提升了學(xué)生的實(shí)踐能力、合作能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)模具專(zhuān)業(yè)中理論教學(xué)環(huán)節(jié)、課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和專(zhuān)業(yè)技能培訓(xùn)環(huán)節(jié)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，形成了一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，各環(huán)節(jié)之間環(huán)環(huán)相扣，緊密相連。通過(guò)該系統(tǒng)的實(shí)施，教師講授理論課程和實(shí)踐課程有了統(tǒng)一的任務(wù)目標(biāo)，各環(huán)節(jié)執(zhí)行過(guò)程中，學(xué)生需要兼顧上、下環(huán)節(jié)與本環(huán)節(jié)之間的關(guān)系。整個(gè)系統(tǒng)有很鮮明的特點(diǎn)，執(zhí)行過(guò)程中，以學(xué)生為主導(dǎo)完成各項(xiàng)任務(wù)，本系統(tǒng)建立了課程之間的關(guān)系。本系統(tǒng)對(duì)培養(yǎng)綜合性應(yīng)用人才具有重要意義。