競賽+課程融合的注塑模具CAD/CAE課程改革

摘? 要? 改革注塑模具CAD/CAE課程教學(xué)設(shè)計(jì)，將2021—2022年度廣東省高職院校模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)技能大賽的任務(wù)書文件引入課程規(guī)范，以大賽為引領(lǐng)，重構(gòu)課程規(guī)范。將大賽文件相關(guān)要求納入課程教學(xué)，讓所有2020級模具班的學(xué)生都能參與大賽并在學(xué)習(xí)中不斷完善自己的知識技能。課程設(shè)計(jì)完全按照大賽的要求，引入任務(wù)競爭機(jī)制，鼓勵學(xué)生良性競爭。這樣的教學(xué)方式解放了教師，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的職業(yè)人格。

關(guān)鍵詞? 模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)；注塑模具CAD/CAE；課程改革；教學(xué)設(shè)計(jì)；技能大賽

中圖分類號：G712? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）21-0110-04

0? 引言

注塑模具CAD/CAE課程強(qiáng)調(diào)注塑模具設(shè)計(jì)和模流分析，是模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的核心課程。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握塑料注射成型工藝的相關(guān)知識和學(xué)會設(shè)計(jì)典型注塑模具。在學(xué)習(xí)過程中，對于模具設(shè)計(jì)和注塑生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的質(zhì)量問題，學(xué)生應(yīng)該具備分析和解決的能力。完成該門課程后，學(xué)生應(yīng)該具備獨(dú)立設(shè)計(jì)較復(fù)雜模具的能力。該門課程以三維建模與工程制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)與體現(xiàn)、注塑模具設(shè)計(jì)為先修課程，共修課為數(shù)控加工工藝與編程。

1? 課程改革前存在的不足

注塑模具CAD/CAE課程在改革前已經(jīng)實(shí)施多年的項(xiàng)目式教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容基本沒有大的變化；基于成果導(dǎo)向的SOC（預(yù)期學(xué)習(xí)成果）考核模式也已經(jīng)定型，教學(xué)設(shè)計(jì)也是基于工作過程由簡單到復(fù)雜、由點(diǎn)到面逐步展開。表1是課程改革前的課程規(guī)范SOC設(shè)計(jì)，從教學(xué)過程來看沒有太大的問題，基于工作過程的模具設(shè)計(jì)也是從簡單模具設(shè)計(jì)到較復(fù)雜模具設(shè)計(jì)這樣一個流程。在教學(xué)過程中，教師從布置任務(wù)到知識點(diǎn)的講解以及軟件操作技能的演示會占用較長的時(shí)間，課堂上留給學(xué)生實(shí)操的課時(shí)相對較少；學(xué)生逐步學(xué)習(xí)實(shí)操過程中，知識接受相對比較被動，知識和技能的融會貫通較差。很多學(xué)生課后基本不會再學(xué)習(xí)，下一次來上課，前堂課的知識點(diǎn)和操作技能又有所遺忘，教師還需要抽出寶貴的課堂時(shí)間適當(dāng)復(fù)習(xí)，導(dǎo)致課堂教學(xué)效率比較低，難以調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性。

隨著模具產(chǎn)業(yè)的升級，企業(yè)對模具人才的要求越來越高，不僅需要學(xué)生掌握基本的模具設(shè)計(jì)知識和技能，而且在模具設(shè)計(jì)創(chuàng)新方面提出更高的要求。課程改革強(qiáng)調(diào)將工匠精神培育與專業(yè)課程教學(xué)相融合，有利于實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識技能、崗位能力培養(yǎng)和價(jià)值引領(lǐng)相結(jié)合的育人目標(biāo)[1]。課程改革前按部就班的教學(xué)模式已無法適應(yīng)模具設(shè)計(jì)發(fā)展的需要，基于此，智能制造學(xué)院模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)率先在學(xué)校進(jìn)行課程體系改革。

截至2021年底，改革已歷經(jīng)三個學(xué)期的實(shí)踐，2019級模具班、2020級模具班、2021級模具班都接受了課程改革的洗禮。教學(xué)設(shè)計(jì)基于工作過程的專業(yè)課程群模式，希望通過改革讓學(xué)生能夠在工作過程中學(xué)習(xí)、在學(xué)習(xí)過程中工作，縮短學(xué)習(xí)與工作的距離，在學(xué)校期間就能真正掌握崗位技能和專業(yè)知識，實(shí)現(xiàn)與將來的工作無縫對接。大力推行模塊式教學(xué)，把能力培養(yǎng)貫穿教學(xué)全過程，把知識傳授與技能培養(yǎng)緊密結(jié)合起來[2]。

2? 注塑模具CAD/CAE課程設(shè)計(jì)采用競賽+課程融合教學(xué)模式

2021—2022年度廣東省高職院校模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)技能大賽，以及前兩年的大賽，廣東嶺南職業(yè)技術(shù)學(xué)院的學(xué)生取得較好的成績，但每次參賽的隊(duì)伍只有一支，平時(shí)備戰(zhàn)也只有2～3個學(xué)生在練習(xí)，如何讓更多的學(xué)生體驗(yàn)到競賽的氛圍以及學(xué)到過硬的實(shí)戰(zhàn)本領(lǐng)，這個問題一直縈繞在模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)教師的心頭。2022年春季學(xué)期，有針對性地對注塑模具CAD/CAE課程教學(xué)進(jìn)行改革，將2021—2022年度廣東省高職院校模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)技能大賽的任務(wù)書文件引入課程規(guī)范，以大賽為引領(lǐng)，重構(gòu)課程規(guī)范。把大賽文件相關(guān)要求納入課程教學(xué)，讓所有學(xué)生都能參與大賽并在學(xué)習(xí)中不斷完善自己的知識技能。課程設(shè)計(jì)完全按照大賽要求，從創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)→模具3D設(shè)計(jì)→模具2D設(shè)計(jì)→模流分析→模具設(shè)計(jì)說明書。

表2是本學(xué)期課程規(guī)范SOC設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)采用競賽+課程融合教學(xué)模式，讓學(xué)生在每堂課的學(xué)習(xí)中都感受到大賽的緊張氛圍，知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)也不是碎片式的被動吸收。學(xué)生因?yàn)橐呀?jīng)在上學(xué)期學(xué)習(xí)了模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，具備一定的模具設(shè)計(jì)知識儲備，為解決競賽中的每一個分任務(wù)，會主動搜尋資料和提出解決方案，所以主動學(xué)習(xí)的積極性被充分調(diào)動起來，知識和技能的融通能力也得到強(qiáng)化。

3? 課程教與學(xué)的具體設(shè)計(jì)

3.1? 廣東省高職院校模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)技能大賽總體要求

1）根據(jù)給定競賽任務(wù)、賽題提供產(chǎn)品的部分零件的2D/3D圖，完成包括創(chuàng)新設(shè)計(jì)與給定零件配合的塑料件、注塑模具分析設(shè)計(jì)、模具主要零件CAM編程制造、模具裝配等內(nèi)容，并由選手完成試模，注塑制件。

2）整個比賽過程考核文明生產(chǎn)、職業(yè)素養(yǎng)、規(guī)范操作、綠色環(huán)保、循環(huán)利用等職業(yè)素養(yǎng)和信息化應(yīng)用水平。

3.2? 課程設(shè)計(jì)

注塑模具CAD/CAE課程對接大賽要求中“創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)”“模具分析設(shè)計(jì)”“2D/3D模具設(shè)計(jì)”三大部分內(nèi)容，課程總體設(shè)計(jì)思路完全基于工作過程導(dǎo)向構(gòu)建項(xiàng)目（學(xué)習(xí)情境）。本門課總課時(shí)96學(xué)時(shí)，每周六學(xué)時(shí)，由五個項(xiàng)目構(gòu)成，項(xiàng)目完全按照廣東省高職院校模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)技能大賽任務(wù)書要求搭建。2020級模具班學(xué)生上學(xué)期已經(jīng)學(xué)習(xí)模具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識，有一定的模具設(shè)計(jì)知識和技能積累。

教學(xué)團(tuán)隊(duì)決定在本門課的教學(xué)中完全采用以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)教學(xué)方式，在課堂教學(xué)過程中充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，積極調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。對于每項(xiàng)任務(wù)，教師不會像以前一樣教學(xué)，即教師仔細(xì)講解后，學(xué)生再依葫蘆畫瓢進(jìn)行練習(xí)。本學(xué)期教學(xué)，教師只提要求，學(xué)生作為假想的參賽個體，自己去解讀任務(wù)要求以及決定采用什么方式去達(dá)成任務(wù)。在這個過程中，教師把時(shí)間還給學(xué)生，把思考還給學(xué)生。教師在整個教學(xué)過程中只是任務(wù)的布置者和答疑者，學(xué)生在完成任務(wù)過程中產(chǎn)生疑問可以咨詢教師，教師給予解答，如是共性的問題，教師可以控屏作簡短講解。這樣的教學(xué)方式既解放了教師，也培養(yǎng)了學(xué)生的職業(yè)人格，把“要學(xué)生學(xué)”轉(zhuǎn)變成學(xué)生自己“我要學(xué)”的良好狀態(tài)。引入任務(wù)競爭機(jī)制，根據(jù)學(xué)生完成的情況和完成的過程，采用課堂點(diǎn)名表揚(yáng)、記錄平時(shí)成績打分、請學(xué)生上臺講述自己的設(shè)計(jì)心得等方式，形成一種良性的競爭氛圍，最大限度調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探索的積極性。

3.3? 具體項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)

以項(xiàng)目2前蓋注塑模具設(shè)計(jì)（3D）為例，介紹教學(xué)設(shè)計(jì)思路和具體教與學(xué)的做法，教與學(xué)的過程體現(xiàn)學(xué)生主體、翻轉(zhuǎn)課堂、基于工作過程的特點(diǎn)。

3.3.1? 課前預(yù)習(xí)? 課前，教師在學(xué)校得實(shí)平臺注塑模具CAD/CAE課程網(wǎng)站布置預(yù)習(xí)任務(wù)和發(fā)布課堂教學(xué)PPT微視頻等，學(xué)生提前自學(xué)完成預(yù)習(xí)任務(wù)，其間有疑問可以通過網(wǎng)站互動平臺提問，教師答疑。

3.3.2? 課中競賽式賽課融合教學(xué)? 在課堂教學(xué)中，教師提出任務(wù)要求，簡要講解重難點(diǎn)，介紹項(xiàng)目成果考核細(xì)則。學(xué)生自主進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程中自主查閱相關(guān)資料，遇到無法解決的問題可向教師提問咨詢。按照六步法組織教學(xué)，依據(jù)咨詢、決策、計(jì)劃、實(shí)施、檢查、評價(jià)實(shí)施教學(xué)，學(xué)生為主體參與教學(xué)活動，真正融理論與實(shí)踐為一體。

以冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為例，課程改革前的教學(xué)方法是通過教師的理論講解，把整個冷卻系統(tǒng)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、工藝、冷卻水量的計(jì)算等灌輸給學(xué)生，然后通過一個實(shí)操案例使用UG軟件給學(xué)生實(shí)操演示，再讓學(xué)生根據(jù)教師的演示過程照貓畫虎般做一遍，算是完成一個SOC。學(xué)生真正掌握了模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技能嗎？答案是否定的。課程改革后，本項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)提前在網(wǎng)站布置任務(wù)，學(xué)生提前預(yù)習(xí)并咨詢；課堂上小組討論決策確定方案；計(jì)劃和實(shí)施過程中主動查閱資料和咨詢教師，有針對性地學(xué)習(xí)和解決問題，完全基于工作過程；檢查和評價(jià)通過組內(nèi)完成和教師總結(jié)的方式，對項(xiàng)目完成過程和項(xiàng)目成果不斷修正，實(shí)現(xiàn)螺旋式提升的效果。

通過教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生為完成模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，會主動查閱資料（主要是國家級規(guī)劃教材），在查閱資料的過程中主動學(xué)習(xí)冷卻系統(tǒng)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、工藝、冷卻水量的計(jì)算方法和相關(guān)公式，不懂的地方會主動向教師提問；確定了冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和布置形式、流量大小后，使用UG軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軟件使用過程中有些功能不會用，也會主動向教師提問，最終的目標(biāo)是正確完成一套冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以3D圖的形式展現(xiàn)出來。在項(xiàng)目完成的過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性得到強(qiáng)化，思維更加活躍，實(shí)現(xiàn)了課程教學(xué)改革的預(yù)期目標(biāo)。

每個學(xué)生的設(shè)計(jì)進(jìn)度可以不一樣，如有先完成的學(xué)生，經(jīng)教師檢查考核后可以進(jìn)行另一個難度更大的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)以人為本，適應(yīng)不同學(xué)生學(xué)習(xí)的需求，在完成基本任務(wù)的前提下，更好地利用課堂時(shí)間去學(xué)習(xí)更多的知識和技能。課堂教學(xué)的整體節(jié)奏由教師掌握，盡量把有限的課堂時(shí)間還給學(xué)生，讓他們“動”起來，讓教師“閑”下來。項(xiàng)目2設(shè)計(jì)流程如圖1所示：產(chǎn)品→分?！鈧?cè)抽芯→模架澆注系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)→標(biāo)準(zhǔn)件。

4? 考核答辯

課程平時(shí)成績占60%，期末考核占40%?？己瞬扇№?xiàng)目考核和期末設(shè)計(jì)任務(wù)書答辯兩種方式相結(jié)合的形式，采用多元化考核方式來綜合評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。學(xué)習(xí)的過程即考核的過程，促使學(xué)生全身心投入學(xué)習(xí)，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果[3]。每個項(xiàng)目考核包含平時(shí)出勤、課堂表現(xiàn)、產(chǎn)品任務(wù)量完成多少等指標(biāo)。在教與學(xué)過程中，教師有更多的時(shí)間觀察學(xué)生平時(shí)課堂表現(xiàn)，結(jié)合學(xué)生產(chǎn)品完成質(zhì)量的高低，平時(shí)教學(xué)中就能準(zhǔn)確給出學(xué)生的平時(shí)成績?？己丝傮w指標(biāo)細(xì)則如表3所示。

5? 結(jié)束語

模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)課程改革經(jīng)過三學(xué)期的探索和實(shí)踐，以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，基于工作過程的教學(xué)模式深深植入模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)師生心中。學(xué)生通過努力學(xué)習(xí)，積極參加廣東省模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)技能大賽、全國3D創(chuàng)新大賽，取得優(yōu)異成績；師生共同創(chuàng)新，取得多項(xiàng)實(shí)用新型專利；教師參加省級、校級教學(xué)能力大賽，獲得多項(xiàng)獎項(xiàng)。

如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性以及最大限度利用好課堂時(shí)間，是學(xué)校模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)教師一直探索的課題。為此，模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)教師申報(bào)了多項(xiàng)省、校模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)教改項(xiàng)目，總結(jié)了不少探索經(jīng)驗(yàn)。相信隨著教學(xué)改革的進(jìn)一步推進(jìn)，會涌現(xiàn)出更多更好的教學(xué)理念和思路，模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)課程改革的步伐會不斷加大，專業(yè)辦學(xué)水平會不斷提高。

參考文獻(xiàn)

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*項(xiàng)目來源：2021年廣東嶺南職業(yè)技術(shù)學(xué)院精品開放課程《模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》（基金編號：JPKC202131）。

作者：鄭鋼，廣東嶺南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，副教授，研究方向?yàn)闄C(jī)械工程、職業(yè)教育（511500）。