基于OBE理念的金屬擠壓與拉拔課程教學(xué)改革探索

謝玲玲，李景輝，張 龍，方進(jìn)秀，章小峰，黃貞益

(安徽工業(yè)大學(xué) 冶金工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002)

一、引言

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國際通行的工程教育質(zhì)量制度，也是實(shí)現(xiàn)工程教育國際互認(rèn)和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。自從我國加入《華盛頓協(xié)議》以來，我校材料成型及控制工程(簡稱材控)專業(yè)根據(jù)學(xué)科建設(shè)現(xiàn)狀，結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要以及工程教育專業(yè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)，了解行業(yè)和相關(guān)企業(yè)對畢業(yè)生能力的要求，確定了該專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，堅(jiān)持“以產(chǎn)出為導(dǎo)向，以學(xué)生能力達(dá)成為中心”的成果導(dǎo)向(Outcome-Based Education，OBE)專業(yè)建設(shè)理念，強(qiáng)調(diào)對學(xué)生整個(gè)學(xué)習(xí)過程的全程跟蹤與進(jìn)程式評價(jià)。

工程教育改革強(qiáng)調(diào)要以能力培養(yǎng)為核心，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，深化人才培養(yǎng)模式，并強(qiáng)調(diào)通過各種實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。我校材控專業(yè)數(shù)字化方向的畢業(yè)生就業(yè)大部分面向國內(nèi)尤其是長三角地區(qū)中小企業(yè)，面向生產(chǎn)第一線。企業(yè)需要的是能盡快在工作中獨(dú)擋一面，具有較強(qiáng)的溝通交流、自主學(xué)習(xí)和工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新精神的綜合應(yīng)用型人才，這也是我們的培養(yǎng)目標(biāo)之一。圍繞這一目標(biāo)，我們著手對實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容、方法和手段進(jìn)行改革，增強(qiáng)本專業(yè)學(xué)生對金屬擠壓與拉拔的工藝與模具設(shè)計(jì)的能力，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，提高實(shí)踐教學(xué)的效果。

緊密跟蹤學(xué)科前沿，改革傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式、提升模具數(shù)字化設(shè)計(jì)能力、產(chǎn)品質(zhì)量控制能力和設(shè)備的操作能力是當(dāng)前金屬擠壓與拉拔工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)方面需要研究和探討的重要內(nèi)容。金屬擠壓與拉拔工程課程教學(xué)模塊必須以 OBE 理念為指導(dǎo)進(jìn)行反思并加以調(diào)整， 探索符合工程教育認(rèn)證要求的評價(jià)方法，力圖通過重構(gòu)課程體系，加強(qiáng)專業(yè)理論學(xué)習(xí)，強(qiáng)化工程實(shí)訓(xùn)，逐步增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)等教學(xué)改革措施，引導(dǎo)學(xué)生借助計(jì)算機(jī)等手段理解、分析復(fù)雜工程問題，提出解決復(fù)雜工程問題的方案。

二、課程體系建設(shè)

按照“反向”設(shè)計(jì)思路首先確定專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，然后細(xì)化到畢業(yè)要求，以此確定課程體系；再根據(jù)不同課程教學(xué)內(nèi)容和知識、能力培養(yǎng)要求，確定課程教學(xué)方法；最后通過多元評價(jià)人才培養(yǎng)效果的達(dá)成情況，形成教學(xué)反饋與改進(jìn)措施。

課程體系的建設(shè)是一個(gè)持續(xù)改進(jìn)的過程，注重強(qiáng)化理論教學(xué)與實(shí)踐應(yīng)用教學(xué)的相互交叉，著眼于學(xué)生的創(chuàng)新能力、工程能力和職業(yè)道德素養(yǎng)的培養(yǎng)。在課程設(shè)置方面，強(qiáng)化對學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，以企業(yè)和行業(yè)對本專業(yè)畢業(yè)生的能力要求為主線，突出對畢業(yè)生必須具備的知識、能力和素質(zhì)的培養(yǎng)，訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提高其解決工程實(shí)際問題的能力，從而實(shí)現(xiàn)畢業(yè)要求的達(dá)成。

為適應(yīng)新時(shí)期社會發(fā)展及鋁型材等有色金屬加工企業(yè)對高素質(zhì)人才的需求，更好地促進(jìn)畢業(yè)要求的達(dá)成，金屬擠壓與拉拔工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的課程體系設(shè)置應(yīng)符合作為數(shù)字化方向的畢業(yè)生具備知識面廣、動手能力強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng)的能力要求。經(jīng)過認(rèn)真探索、反復(fù)論證，依據(jù)“卓越工程師”的標(biāo)準(zhǔn)，我們努力探索并構(gòu)建了以能力培養(yǎng)為主線，基于數(shù)字化設(shè)計(jì)的有關(guān)金屬擠壓與拉拔方面的工藝分析、模具設(shè)計(jì)與制造應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力和綜合適應(yīng)能力的課程體系新模式，如圖1所示。

圖1 基于數(shù)字化設(shè)計(jì)的金屬擠壓與拉拔工程應(yīng)用能力培養(yǎng)的課程體系構(gòu)建

由圖1可見，課程體系模型清晰顯示了“擠壓與拉拔”教學(xué)模塊在OBE理念下的課程結(jié)構(gòu)和課程組織形式，以專業(yè)技能培養(yǎng)為主線，與理論教學(xué)緊密聯(lián)系，并圍繞擠壓與拉拔工程教學(xué)為主要內(nèi)容組織課程群，形成理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，知識、能力和素質(zhì)培養(yǎng)相融合，理論知識之間相互支撐的一體化課程體系。

該課程體系注重理論教學(xué)與工程實(shí)踐訓(xùn)練的結(jié)合，要求學(xué)生通過“擠壓與拉拔”主題內(nèi)容所涉及到的專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)領(lǐng)域課程的學(xué)習(xí)掌握科學(xué)理論知識；為學(xué)生提供材料成型及控制工程專業(yè)的基礎(chǔ)理論知識，使其掌握一定程度的專業(yè)相關(guān)概念，初步接觸材料成型過程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并了解工程師應(yīng)具備的職業(yè)態(tài)度和職業(yè)素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該專業(yè)的興趣。引導(dǎo)學(xué)生在課程設(shè)計(jì)、仿真模擬、畢業(yè)設(shè)計(jì)及各類實(shí)習(xí)等實(shí)踐環(huán)節(jié)構(gòu)成“虛實(shí)結(jié)合”的生產(chǎn)環(huán)境中利用所學(xué)的理論知識完成對一個(gè)項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)的工程思維和能力。

三、教學(xué)改革與探索

(一)重構(gòu)實(shí)踐教學(xué)，強(qiáng)化工程訓(xùn)練

為提高學(xué)生的實(shí)踐能力，必須加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，重構(gòu)實(shí)踐教學(xué)體系。

1.加強(qiáng)和周邊企業(yè)的聯(lián)系，建立校企聯(lián)合培養(yǎng)機(jī)制。擬新增科藍(lán)特鋁業(yè)和新馬鋁業(yè)公司等實(shí)踐基地，讓學(xué)生走進(jìn)模具制造與使用的真實(shí)環(huán)境，提高學(xué)生對模具知識的學(xué)習(xí)興趣。

2.建設(shè)校內(nèi)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)平臺，與校外實(shí)習(xí)基地形成互補(bǔ)。以重型實(shí)驗(yàn)室的300噸臥式擠壓機(jī)和10噸冷拔管機(jī)為實(shí)訓(xùn)平臺開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，增加模具課程現(xiàn)場教學(xué)的環(huán)境，既提高了“模具的結(jié)構(gòu)組成”“模具的安裝與調(diào)試”等章節(jié)的教學(xué)效果，又增加了師生互動的空間。

3.設(shè)計(jì)虛擬仿真技術(shù)教學(xué)平臺。在課程設(shè)計(jì)、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目和畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)行虛擬仿真教學(xué)，讓學(xué)生采用HyperXtrude、DEFORM等商用有限元軟件對擠壓和拉拔成形過程進(jìn)行數(shù)值模擬，根據(jù)結(jié)果分析設(shè)計(jì)方案和工藝參數(shù)的合理性，以獲得工藝優(yōu)化方案。該教學(xué)方式使得教師在訓(xùn)練學(xué)生的工程技能方面有了切實(shí)可行的抓手。

4.虛擬仿真基地的建設(shè)。為了突出強(qiáng)調(diào)工程訓(xùn)練中學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能培養(yǎng)的重要性，預(yù)增設(shè)擠壓與拉拔等塑性成形虛擬仿真平臺，讓學(xué)生虛擬觀察金屬成形流動過程和溫度、應(yīng)力分布，通過數(shù)據(jù)分析優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)。該仿真實(shí)驗(yàn)是對課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)及實(shí)習(xí)等教學(xué)環(huán)節(jié)的高效補(bǔ)充，有助于學(xué)生金屬擠壓與拉拔成形工藝設(shè)計(jì)進(jìn)入以模型化、最優(yōu)化和柔性化為特征的工程科學(xué)階段。

綜合以上舉措建立立體交叉的、以提高實(shí)踐和創(chuàng)新能力為目標(biāo)的創(chuàng)新型實(shí)踐教學(xué)體系，培養(yǎng)了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，提高了學(xué)生的工程能力。

(二) 優(yōu)化教學(xué)方法，促進(jìn)目標(biāo)達(dá)成

運(yùn)用多媒體軟件制作一套“虛擬實(shí)習(xí)工廠”的輔助課件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程的虛擬操作與演示。課件以實(shí)習(xí)工廠為模塊，以基本設(shè)備和工藝過程為主線，采用多種途徑搜集素材，以工廠錄像、網(wǎng)絡(luò)視頻、3D 動畫及文字圖片多種形式制作。

以典型鋁型材件項(xiàng)目為載體，以擠壓與拉拔工藝及模具設(shè)計(jì)為主線，先給學(xué)生一個(gè)可以參照的對象進(jìn)行范例教學(xué)，待學(xué)生掌握設(shè)計(jì)原則后進(jìn)行自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)，完成模具的設(shè)計(jì)與制造，最終達(dá)到課程要求。該項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)模式能促進(jìn)學(xué)生主動性、合作性、反思性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)綜合能力和工程實(shí)踐能力。

為了科學(xué)有效地持續(xù)改進(jìn)，現(xiàn)已開展了課程的形成性評價(jià)和過程性考核方式。目前已實(shí)行的形成性評價(jià)內(nèi)容主要包括平時(shí)考核、課后作業(yè)及評價(jià)、課堂討論后的結(jié)論水平、隨堂測試結(jié)果、課程項(xiàng)目任務(wù)和模具設(shè)計(jì)水平等，同時(shí)適當(dāng)增加了平時(shí)考核的權(quán)重，相對降低了期末考試的比重。過程性考核盡量從學(xué)生的學(xué)習(xí)成果角度和教師的教學(xué)目標(biāo)角度綜合考查課程目標(biāo)的達(dá)成情況。

(三) 拓展培養(yǎng)模式，孵化創(chuàng)新人才

新工科教育注重學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造和創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)，為了達(dá)到教學(xué)大綱的要求，本專業(yè)積極拓展培養(yǎng)模式，逐步改進(jìn)本科生導(dǎo)師制。

1.充分發(fā)揮本科生導(dǎo)師制的作用，把畢業(yè)設(shè)計(jì)開始時(shí)間提前到學(xué)生進(jìn)入專業(yè)知識學(xué)習(xí)階段，讓學(xué)生能更早接觸并參與科研，同時(shí)也使學(xué)生可以接觸到前沿技術(shù)。

2.通過校企聯(lián)合指導(dǎo)，一方面提高了學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識直接解決現(xiàn)場生產(chǎn)技術(shù)問題的能力，另一方面，獲得的創(chuàng)新成果也能解決生產(chǎn)實(shí)際問題，體現(xiàn)了工程應(yīng)用價(jià)值。

3.把科學(xué)研究引入教學(xué)過程，讓學(xué)生參與科研，受到不同程度的工程訓(xùn)練，有利于學(xué)生專業(yè)意識、科研能力和創(chuàng)造力的培養(yǎng)，調(diào)動學(xué)生獨(dú)立探索知識的積極性，既促進(jìn)了教學(xué)，更是提高了畢業(yè)生的綜合素質(zhì)。

四、結(jié)語

以O(shè)BE理念為指導(dǎo)，針對金屬擠壓與拉拔工程課程教學(xué)模塊在參與工程專業(yè)認(rèn)證過程中存在的問題進(jìn)行剖析與改革，通過合理重構(gòu)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)、優(yōu)化教學(xué)方法、拓展培養(yǎng)模式等方面加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，有效實(shí)現(xiàn)“理工融合”，進(jìn)一步提升學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。