塑料成型工藝與模具設(shè)計課程改革與實踐

宋小輝，葉 東，趙耐麗

(桂林航天工業(yè)學(xué)院機電工程學(xué)院，廣西桂林，541004)

一、引言

塑料成型工藝與模具設(shè)計是材料成型及控制工程專業(yè)的主干課程之一，是一門將塑料成型工藝與模具設(shè)計技術(shù)有機融合的，綜合性、實踐性較強的課程。[1]該課程的教學(xué)目的如下：使學(xué)生具有塑料模具設(shè)計與制造應(yīng)用型專門人才所具備的基本知識、基本能力和基本素質(zhì)；使學(xué)生具有從事編制塑料成型工藝、設(shè)計中等復(fù)雜程度的塑料模具及制訂模具制造工藝的能力。

該課程之所以成為材料成型及控制工程專業(yè)的核心課程之一，是因為其在國民生活和生產(chǎn)中占據(jù)非常重要的地位。自19世紀(jì)第一種塑料“賽璐珞”問世以來，塑料工業(yè)經(jīng)歷了飛速的發(fā)展。1991年，世界塑料原料產(chǎn)量突破一億噸，2003年，接近兩億噸，在體積上已超過鋼鐵、銅、鋁等金屬原材料的總和；2017年世界塑料產(chǎn)品的產(chǎn)量為7315萬噸，預(yù)計到2026年，世界塑料產(chǎn)品總需求將達(dá)3.8億噸。[2-3]塑料制造行業(yè)的飛速發(fā)展離不開工藝的進(jìn)步，而工藝的進(jìn)步主要體現(xiàn)在不斷豐富的模具設(shè)計知識上。

模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，被稱為“工業(yè)之母”。75%的粗加工工業(yè)產(chǎn)品零件、50%的精加工零件由模具成型，事實上，絕大部分塑料制品都需要依賴模具成型。模具對產(chǎn)業(yè)的推動作用是巨大的：美國將模具視為其工業(yè)發(fā)展的基石，日本將模具視為促進(jìn)其社會繁榮的動力，其他國家也將模具比喻為“金鑰匙”“進(jìn)入富裕社會的原動力”。[4]可見，塑料成型工藝與模具設(shè)計知識的社會需求度非常之高，優(yōu)化該課程的教學(xué)內(nèi)容和手段具有必要性。

二、課程教學(xué)過程中存在的問題

隨著現(xiàn)代科技和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，大多數(shù)高校都開始在課堂教學(xué)中融入多媒體元素，翻轉(zhuǎn)課堂、微課等手段的應(yīng)用大幅提高了教學(xué)效率。但是，高校塑料成型工藝與模具設(shè)計課堂教學(xué)仍然普遍存在三個問題。

首先，學(xué)生對現(xiàn)代教學(xué)手段依賴程度過高。雖然多媒體動畫等教學(xué)手段可以加深學(xué)生對二維靜態(tài)模具結(jié)構(gòu)尤其是各個零件之間的連接和配合的理解[5]，但是這種過于直觀的展示方式很容易讓學(xué)生對動畫產(chǎn)生依賴，不再愿意深入理解較為抽象的理論知識，進(jìn)而降低學(xué)生學(xué)習(xí)二維模具結(jié)構(gòu)原理圖的能力。

其次，教學(xué)仍以教師為主導(dǎo)?，F(xiàn)有的教學(xué)模式仍是以教師為主，多媒體元素的融入只是便于學(xué)生接受，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中仍處于被動地位，難以提高學(xué)習(xí)積極性和主動性。

最后，教學(xué)內(nèi)容設(shè)置不合理?，F(xiàn)有教學(xué)大綱對教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置是以模具各個組成部分的順序進(jìn)行講解的，缺乏整體性，教學(xué)重點不突出，使學(xué)生很難將塑料制件設(shè)計和模具設(shè)計結(jié)合起來。

三、課程改革的思路和依據(jù)

塑料成型工藝與模具設(shè)計課程改革旨在提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量，改善該課程課堂教學(xué)中的不良風(fēng)氣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，規(guī)范學(xué)生的課程管理習(xí)慣，提高學(xué)生的專業(yè)能力和人文素養(yǎng)，具體的改革思路如圖1所示。本研究在明確課程性質(zhì)和課程地位的基礎(chǔ)上，以畢業(yè)能力要求和就業(yè)崗位需求為導(dǎo)向，進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式的改革，以培養(yǎng)學(xué)生產(chǎn)品設(shè)計和模具設(shè)計的能力，并與其他相關(guān)課程(模具CAE、模具CAD等)相結(jié)合，幫助學(xué)生樹立創(chuàng)新意識、科學(xué)意識和環(huán)保意識。

圖1 課程改革的思路

(一)以畢業(yè)能力要求為導(dǎo)向

材料成型及控制工程專業(yè)對畢業(yè)生的畢業(yè)能力有13點要求，分別為工程知識、問題分析、設(shè)計/開發(fā)解決方案、研究、使用現(xiàn)代工具、工程與社會、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)和規(guī)范、個人和團(tuán)隊、溝通、項目管理、終身學(xué)習(xí)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)。本次教學(xué)改革圍繞對學(xué)生的畢業(yè)能力要求進(jìn)行。例如，“工程知識”能力點要求學(xué)生能夠運用課程基礎(chǔ)知識分析塑料模具設(shè)計中的復(fù)雜問題；“使用現(xiàn)代工具”能力點要求學(xué)生能夠使用UG、Pro-E等三維軟件和AutoCAD、CAXA等二維軟件進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計；“環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展”能力點要求學(xué)生在本課程的學(xué)習(xí)和對課程知識的運用過程中能夠考慮塑料原材料的選擇和模具原材料的選擇應(yīng)有利于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的理念。所有能力點的具體內(nèi)容如圖2所示。

(二)以就業(yè)崗位能力需求為導(dǎo)向

當(dāng)前，各行業(yè)的就業(yè)市場普遍存在供求關(guān)系不平衡的現(xiàn)象。造成這種現(xiàn)象的根本原因是學(xué)校的課程設(shè)置和知識點比較陳舊，所授內(nèi)容與企業(yè)的用人標(biāo)準(zhǔn)脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生在求職過程中四處碰壁，而企業(yè)又招不到合適的人才。因此，高校需對目前的就業(yè)市場進(jìn)行分析，以就業(yè)崗位能力要求為導(dǎo)向進(jìn)行課程改革。大部分材料成型及控制工程專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)后會選擇從事塑料模具相關(guān)的工作，包括產(chǎn)品設(shè)計工程師、塑膠模具工程師、塑膠模具鉗工、塑膠模具裝配工等，這些崗位需求與課程知識點存在密切的關(guān)聯(lián)，具體如圖3所示。因此，塑料成型工藝及模具設(shè)計課程的教學(xué)重點應(yīng)圍繞這些知識點展開，以切實提升學(xué)生的就業(yè)能力。

圖2 以畢業(yè)能力要求進(jìn)行課程改革

圖3 崗位、崗位需求和知識點的對應(yīng)關(guān)系

四、課程改革的內(nèi)容

(一)課程內(nèi)容調(diào)整

根據(jù)學(xué)生的畢業(yè)能力要求和就業(yè)崗位需求，課程內(nèi)容刪除了較為陳舊且崗位需求較少的知識點，增加了新的技術(shù)，并增加了有助于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新思維及動手能力的內(nèi)容。具體調(diào)整如表1所示。

表1 本課程改革前后內(nèi)容調(diào)整

(二)教學(xué)方式改革

原教學(xué)方式為教師課堂講解，由于授課內(nèi)容涉及注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計等，比較枯燥，學(xué)生容易出現(xiàn)注意力不集中的現(xiàn)象。因此，改革后的課堂活動包括課堂討論、學(xué)生參與授課等環(huán)節(jié)，并將理論教學(xué)與實驗現(xiàn)場教學(xué)結(jié)合在一起以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

1.課堂討論

為吸引學(xué)生的上課注意力，加深學(xué)生對知識的理解，教師需要將學(xué)生容易混淆的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為問題，組織學(xué)生在課堂上展開討論，通過師生互動、學(xué)生互動，引導(dǎo)學(xué)生討論分析不同設(shè)計方法的優(yōu)缺點，得出最優(yōu)方案。具體討論內(nèi)容如表2所示。事實上，改革后的課堂教學(xué)改變了以往以教師為主體的現(xiàn)象，將學(xué)生作為主體，教師在課堂上起引導(dǎo)和啟發(fā)的作用。因此，基于表2中的問題，教師引導(dǎo)學(xué)生分析、思考，最終解決問題，有利于培養(yǎng)學(xué)生的主動性思維，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析問題的能力，體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。

表2 課堂討論的內(nèi)容安排

2.學(xué)生參與授課

為進(jìn)一步明確以學(xué)生為主體的教學(xué)理念，培養(yǎng)學(xué)生檢索、整理資料和語言表達(dá)的能力，增強學(xué)生團(tuán)隊合作意識，教師可以根據(jù)教學(xué)安排和各章節(jié)學(xué)習(xí)要求，選取部分教學(xué)內(nèi)容，如塑料原料、塑料對環(huán)境的影響、氣輔注塑、真空成型等，讓學(xué)生在自行資料檢索后制作幻燈片進(jìn)行講解，讓學(xué)生從被動接受知識向主動探求知識轉(zhuǎn)變，提高他們的學(xué)習(xí)主動性。

3.實驗現(xiàn)場教學(xué)

塑料成型工藝與模具設(shè)計課程是一門實踐性很強的課程，只有實現(xiàn)理論和實踐的結(jié)合，才能更好地加深學(xué)生對模具結(jié)構(gòu)的理解。例如，教師可以在塑料制件設(shè)計的教學(xué)過程中，以生活和工業(yè)中常用的塑料制件為實例，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析；在“澆注系統(tǒng)設(shè)計”的教學(xué)過程中，采用圓珠筆芯、針管等簡易物品模擬不同直徑的流道、限制型和非限制型澆口，使學(xué)生理解塑料熔體在不同通道中的流動速度，進(jìn)而理解非平衡澆口的填充順序；在“塑料模具結(jié)構(gòu)設(shè)計”的教學(xué)過程中，將結(jié)構(gòu)的理論講解與模具拆裝結(jié)合起來，加深學(xué)生對模具各組成部分的理解；在“模具與注塑機的關(guān)系”的教學(xué)過程中，前往注塑成型實驗室進(jìn)行實驗，讓學(xué)生更直觀地了解注塑模具在注塑機上的安裝過程。

4.考核方式改革

傳統(tǒng)的考核一般局限于作業(yè)、實驗報告和考試三個環(huán)節(jié)，很難階段性地考查學(xué)生對知識的理解和應(yīng)用的能力。因此，除常規(guī)的考核方式外，本次改革還增加了對學(xué)生課堂參與度的考核，同時增加了小測驗環(huán)節(jié)，對學(xué)生進(jìn)行過程性評價，具體如表3所示。其中，授課環(huán)節(jié)可以提高學(xué)生整理資料、團(tuán)隊協(xié)作和語言表達(dá)的能力；課堂討論有助于培養(yǎng)主動思考的習(xí)慣，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力；小測驗環(huán)節(jié)可以讓學(xué)生養(yǎng)成定期復(fù)習(xí)的好習(xí)慣。

表3 考核方式

(三)融入思政元素

塑料成型工藝與模具設(shè)計課程是核心專業(yè)課，教師在教學(xué)時要根據(jù)專業(yè)的特點理論聯(lián)系實際，深入推動習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想進(jìn)教材、進(jìn)課堂、進(jìn)頭腦；要有機融入社會主義核心價值觀、中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育，特別是中國特色社會主義的“四個自信”方面的內(nèi)容；要以家國情懷為切入點，讓學(xué)生明白社會主義新時代下大學(xué)生的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)，培養(yǎng)學(xué)生的大國情懷。此外，教師要鼓勵學(xué)生學(xué)好專業(yè)課程，為地方和國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入活力；要培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，在設(shè)計時綜合考慮原材料、加工、制造及裝配過程與環(huán)境及可持續(xù)性發(fā)展等各方面的問題，為國家和地方培養(yǎng)綜合素質(zhì)高的技能型人才。

五、結(jié)語

本研究以畢業(yè)能力要求和就業(yè)崗位能力需求為導(dǎo)向，主要從培養(yǎng)思路、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考核方式和課程思政改革對塑料成型工藝與模具設(shè)計課程進(jìn)行了討論。在教學(xué)內(nèi)容方面，增加了有利于提高學(xué)生能力和崗位能力需求較多的內(nèi)容，刪除了崗位能力需求不明顯的內(nèi)容；在教學(xué)方式方面，增加了課堂討論、學(xué)生參與教學(xué)和實驗現(xiàn)場教學(xué)；在考核方式方面，增加了對課堂討論中的表現(xiàn)、學(xué)生授課質(zhì)量等內(nèi)容的評價。實踐證明，本次改革能夠促使學(xué)生參與課程學(xué)習(xí)和課堂討論，學(xué)生對知識點的掌握有了較大提高，同時有助于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和環(huán)保意識。