培養(yǎng)學生解決復(fù)雜工程問題能力的《聚合物成型模具》課程設(shè)計教學改革

0 引 言

國內(nèi)的工科教育已經(jīng)有100多年的歷史，門類齊全，體系完整，在國內(nèi)各行業(yè)的發(fā)展中起到關(guān)鍵作用。當前全球科技的爆炸式發(fā)展，工科教育的不斷變革有著自身的內(nèi)在需求。由于歷史原因，國內(nèi)的工程教育未形成相對統(tǒng)一的質(zhì)量認證標準，被不少專家學者認為國內(nèi)工程教育水平落后。但2016年我國正式成為國際工程教育《華盛頓協(xié)議》的成員國，標志著我國工程教育標準和認證體系實現(xiàn)國際實質(zhì)等效

。同時一系列的因素促使我國工科類院校大力開展工程教育專業(yè)認證工作，以期進一步提高工科畢業(yè)生的培養(yǎng)質(zhì)量

。工程教育專業(yè)認證的核心是以學生為中心、產(chǎn)出為導(dǎo)向，致力于培養(yǎng)學生解決復(fù)雜工程問題的能力

。天津科技大學高分子材料與工程專業(yè)是較早在北方地區(qū)以培養(yǎng)學生橡塑加工能力為主要培養(yǎng)目標的工學專業(yè)，其課程體系完整，專業(yè)方向明確，涉及橡塑加工工程的材料配方、加工工藝及成型設(shè)備與模具3個模塊。為適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展趨勢，提高本專業(yè)教學水平，本專業(yè)也在以國際實質(zhì)等效的工程教育標準和認證體系中進行教育教學體系再建設(shè)。但由于對“復(fù)雜工程問題”的理解偏差，導(dǎo)致實踐課程在選題、教學與考核等諸多方面與認證標準和認證體系的要求不匹配。

《聚合物成型模具》是天津科技大學高分子材料與工程專業(yè)的核心專業(yè)課，通過本課程的學習，致力于使學生了解聚合物成型模具的設(shè)計、制造、試模及應(yīng)用于生產(chǎn)的基本過程，掌握聚合物成型模具的基本構(gòu)成和原理，為從事聚合物成型模具設(shè)計及聚合物加工奠定技術(shù)理論基礎(chǔ)。與該門課程配套的聚合物成型模具課程設(shè)計是檢驗學生掌握理論專業(yè)知識的關(guān)鍵教學工具，也是培養(yǎng)學生解決聚合物加工領(lǐng)域復(fù)雜工程問題能力的有效途徑之一，是課程教學改革的重點。

他仿佛看穿了我的心思，瞇著他的小眼睛對我說說，關(guān)之林，你不僅聰明，而且深沉，你比我提那些所謂的非分要求還要可怕。

現(xiàn)分析了《聚合物成型模具》教學環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀，針對目前教學環(huán)節(jié)存在的問題，闡述了聚合物成型模具課程設(shè)計改革思路及具體建設(shè)方案。通過教學改革檢驗學生的知識體系，鍛煉學生的實踐技能，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，使學生能夠?qū)Ω叻肿硬牧霞庸すこ填I(lǐng)域的復(fù)雜工程問題進行分析，并通過設(shè)計合理的方案，有效地解決復(fù)雜工程問題。

4.師生互動教學設(shè)計?；诰W(wǎng)絡(luò)教學平臺的開發(fā)與使用，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢，根據(jù)教學目標、教學內(nèi)容和任務(wù)，在課程講授方式的設(shè)計中應(yīng)當創(chuàng)設(shè)一定的虛擬情境，讓學生有身臨其境的學習體驗；情境盡量靠近生活，盡量真實，以激發(fā)學生學習、探究、體驗的動力。設(shè)計師生互動的幾個模塊和環(huán)節(jié)，甚至根據(jù)學生的即時提問，系統(tǒng)生成學生所需的課件網(wǎng)頁。這種“人—機”交互或者“人—人”交互式平臺，可以實現(xiàn)師生雙方的實時溝通、交流。課后討論的設(shè)計應(yīng)當引入小組模式，實現(xiàn)分組合作的“學生—學生”的真實交流［6］，充分肯定學生的自主性、積極性和合作精神，從而激發(fā)學員學習的積極性，調(diào)動其探索知識的欲望，提高解決問題的能力。

1 聚合物成型模具課程設(shè)計中的“復(fù)雜工程問題”

工程教育認證標準中提到的“復(fù)雜工程問題”必須具備的7個特征

，在《華盛頓協(xié)議》中有明確表述，但并不要求本科生教育完全達到這種水平。結(jié)合與其相聯(lián)系的知識框架要求及對于本科生要面對的工程能力特征描述可以看出，對于本專業(yè)聚合物成型模具課程設(shè)計的復(fù)雜工程問題應(yīng)具備以下部分或全部特征。

（1）設(shè)計中需要能綜合利用機械設(shè)計基礎(chǔ)、機械加工、高分子材料成型工藝及成型設(shè)備中所學習的基本原理和方法，全面系統(tǒng)地思考才能解決的問題，具有復(fù)雜性，如型腔壁厚的確定涉及力學強度、剛度、材料溢邊值屬性、成型工藝條件等。

（3）與大多數(shù)課程設(shè)計傳統(tǒng)的考核方式一樣，聚合物成型模具課程設(shè)計的成績主要是針對課程設(shè)計說明書及圖紙進行評閱給分，考核方式單一，考核標準粗糙，缺乏對課程設(shè)計過程的考核，如設(shè)計過程中的討論情況、對教師質(zhì)疑應(yīng)答情況等均不能體現(xiàn)。

（3）能夠以新穎的方式創(chuàng)造性地運用工程原理和基于研究的知識，如熱管技術(shù)用于模具冷卻、齒輪齒條機構(gòu)用于模具開模、側(cè)型芯抽芯、疊層模具開模等，是對基礎(chǔ)原理進行新的應(yīng)用即創(chuàng)新。

*通信作者:林嵐 (1971— )，女，福建漳州人，教授，博士，主要從事休閑及旅游地理研究，(E-mail)linlancn@163.com。

（4）問題涉及技術(shù)之外對健康、社會和環(huán)境的因素，如熱流道模具要考慮模具的安全性、了解模具節(jié)能技術(shù)等。

（5）問題能夠促進學生對基礎(chǔ)原則問題的認知，如注射模平衡流道的基本原則，可以應(yīng)用在大型擠出模開發(fā)中，減輕模具質(zhì)量。

塑料加工企業(yè)及模具企業(yè)對模具設(shè)計人才的技能初級要求是能夠結(jié)合客戶需求，在獨立狀態(tài)下制定滿足客戶需求的性能、成本及可靠性最佳的模具方案，能夠進行零部件設(shè)計和驗證。結(jié)合上述5點特征，聚合物成型模具課程設(shè)計任務(wù)書內(nèi)容適合培養(yǎng)本專業(yè)學生解決復(fù)雜工程問題的能力，而要使學生具備解決復(fù)雜工程問題的能力，其關(guān)鍵是教學設(shè)計、教學過程控制、考核方式的改革與實現(xiàn)。

2020年3～9月在天津科技大學對高分子材料與工程專業(yè)2017級本科生開展了《聚合物成型模具》課程設(shè)計改革實踐，按上述要求提出的聚合物成型模具課程設(shè)計任務(wù)書，共計102名學生進行了聚合物成型模具課程設(shè)計，實施過程如下。

2 聚合物成型模具課程設(shè)計存在的問題和解決方法

2.1 存在的問題

（2）細化課程設(shè)計任務(wù)描述，加強對工程問題復(fù)雜性、系統(tǒng)性、創(chuàng)新性的內(nèi)容要求。在以聚合物成型模具設(shè)計為核心內(nèi)容的同時，將制品特征修改、模具經(jīng)濟性分析、材料選擇、模具制造和制品成型工藝作為模具課程設(shè)計要考慮的輔助因素，形成一個集制品設(shè)計、模具方案設(shè)計、模具生產(chǎn)應(yīng)用等多種知識的復(fù)雜工程問題，全面考察學生多門專業(yè)課知識的掌握情況，培養(yǎng)學生解決復(fù)雜工程問題的能力。

（1）人員分組。為了項目完成并達到質(zhì)量要求，擬定5～6人為一組，分成20組，每組選出組長一名，負責聚合物成型模具課程設(shè)計紀要的記錄和整理工作。

（2）涉及多方面的技術(shù)、工程和其他因素的綜合性問題，如模具型腔數(shù)與注塑機選擇要考慮產(chǎn)量、模具結(jié)構(gòu)要考慮制品結(jié)構(gòu)和成型工藝等，具有綜合性、系統(tǒng)性。

2.2 解決方法

浙江省水功能區(qū)劃修編案例分析與關(guān)鍵問題探討…………………………………………………… 蔡臨明(17.44)

（1）改變課程設(shè)計教學進程安排，在《聚合物成型模具》理論課程的教學之初，對學生分組，分配設(shè)計制品和下達設(shè)計任務(wù)書。一方面促使學生在基礎(chǔ)知識學習的過程中結(jié)合設(shè)計任務(wù)并帶著問題學習，提高學生學習專業(yè)課的積極性，便于實現(xiàn)設(shè)計交互式教學；另一方面實際上延長課程設(shè)計的指導(dǎo)，增加學生對課程設(shè)計的思考，促進創(chuàng)新方案的形成。

本次研究結(jié)果顯示，觀察組患者治療效率96.15%顯著高于對照組82.69%，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。這說明，無論是藥物治療還是PCI手術(shù)介入治療，對于改善冠心病心絞痛患者臨床癥狀都有一定的效果，但PCI介入手術(shù)的療效更加。本組研究PCI采用適用于高齡冠心病患者的介入治療方法，在常規(guī)藥物治療基礎(chǔ)上，以改善患者心肌缺血再灌注情況，穩(wěn)定患者病癥，為手術(shù)治療提供良好的基礎(chǔ)。

（1）教學設(shè)計過程中，課程教學和課程實踐時間銜接不緊。聚合物成型模具課程設(shè)計的課時是3周，課程設(shè)計是在理論教學完成后的第二學期。按照傳統(tǒng)教學模式，課程設(shè)計任務(wù)都是在課程設(shè)計教學時間中安排，即在理論教學完成后再布置課程設(shè)計任務(wù)，給學生的印象是理論是理論，實踐是實踐，二者融合不充分，銜接不緊密。

為了培養(yǎng)學生的團隊合作精神，需要對一個工程問題進行合作解決，在課程設(shè)計任務(wù)中，對同一組的相同制品，要求學生在制品局部結(jié)構(gòu)特征、材質(zhì)、質(zhì)量、性能、成型模具方案等具有2個方面以上的不同，保證不同學生之間的設(shè)計任務(wù)具有較高的區(qū)分度，避免部分學生不認真完成課程設(shè)計。

針對聚合物成型模具課程設(shè)計教學環(huán)節(jié)存在的問題，基于培養(yǎng)學生解決復(fù)雜工程問題能力的基本理念，也為實現(xiàn)指導(dǎo)過程的系統(tǒng)化

，提出以下教學改革方法。

（3）改變教學大綱中的考核方式，加強課程設(shè)計的過程考核，以適應(yīng)工程認證和學生復(fù)雜工程問題能力評價的客觀性和全面性。對于課程設(shè)計的考核方式，除了對課程設(shè)計說明書及圖紙進行評分外，要求每組同學選擇一名組長，每天記錄本組同學的課程設(shè)計活動，包括相互討論所提問題、同學見解、教師指導(dǎo)過程中發(fā)現(xiàn)的問題、修改情況、答辯時教師所提問題及合作作答情況等，最后形成聚合物成型模具課程設(shè)計紀要，作為成績考核的一部分，增強考核力度。

聚合物成型模具課程設(shè)計紀要完整、客觀反應(yīng)了學生進行模具課程設(shè)計的積極性、答疑次數(shù)、課程設(shè)計進度等指標，有利于契合工程認證標準體系中的過程控制要求。

3 聚合物成型模具課程設(shè)計改革實施及成效

聚合物成型模具課程設(shè)計應(yīng)用上述方法，開展實踐教學，通過對學生畢業(yè)設(shè)計情況檢查及座談會反饋，分析教學改革的成效。

3.1 項目實施過程

資產(chǎn)證券化可以有效的將缺乏流動性的資產(chǎn)和個人的資產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢栽诮鹑谑袌錾辖灰椎母吡鲃有越鹑谏唐贰Ｍㄟ^資產(chǎn)證券化這個手段，發(fā)起人可以補充資金，進行其他的經(jīng)濟活動。對于流動性較差的資金，可以通過資產(chǎn)證券化來實現(xiàn)提高其流動性，從而成為可以在市場流通的證券，這樣通過這種方式可以增加融資方式，提高融資能力，有利于資產(chǎn)的流通，進而促進實體經(jīng)濟的發(fā)展。

（2）模具課程設(shè)計任務(wù)描述不詳細，題目區(qū)分度不高，不能促進學生創(chuàng)新模具設(shè)計。盡管模具課程設(shè)計具有復(fù)雜工程問題的特征，但由于學生的思維惰性，對于同一制品不愿意提出多種可行的模具方案進行優(yōu)化比較，其主要原因是考核內(nèi)容中只針對學生的設(shè)計——一個設(shè)計結(jié)果進行評分。盡管為了一人一題，要求同學對同一制品采用不同材料或不同型腔數(shù)進行模具設(shè)計，但部分同學不認真開展課程設(shè)計工作，將同組進度快的同學的設(shè)計進行數(shù)值微調(diào)即作為完成自己的任務(wù)。

20世紀70年代后期，產(chǎn)品內(nèi)分工迅速發(fā)展，并已成為當今國際貿(mào)易分工的主要形式。從理論上來講，產(chǎn)品內(nèi)分工形式主要是比較優(yōu)勢理論的進一步深化，體現(xiàn)在從標準貿(mào)易理論最終產(chǎn)品的生產(chǎn)延伸到產(chǎn)品的某一中間生產(chǎn)環(huán)節(jié)上。在這種分工貿(mào)易形式下，一國的貿(mào)易結(jié)構(gòu)、貿(mào)易流向以及貿(mào)易額等方面都發(fā)生了重要改變。此時，傳統(tǒng)的貿(mào)易利益內(nèi)涵也發(fā)生了改變，由狹義的貿(mào)易利益向廣義的貿(mào)易利益轉(zhuǎn)變，即動態(tài)貿(mào)易利益分配問題。筆者也著重從此分工形式來說明分工與貿(mào)易利益爭議的研究情況，因為作為占據(jù)中國貿(mào)易總量一半以上的加工貿(mào)易，從本質(zhì)上看，不僅呈現(xiàn)了典型的產(chǎn)品內(nèi)分工特征，而且是我國貿(mào)易順差的重要來源。

（2）任務(wù)下達。分配每組同學不同行業(yè)企業(yè)贈送的塑件制品1件，要求學生在進行設(shè)計題目擬定時從制品的局部結(jié)構(gòu)特征、材質(zhì)、質(zhì)量、性能等方面有所區(qū)別并在課程設(shè)計題目上體現(xiàn)，不能雷同；確定模具方案時，明確要對不同子系統(tǒng)技術(shù)特征、對環(huán)境、安全、環(huán)保的影響、經(jīng)濟效益有詳細分析說明等，并經(jīng)過教師與學生討論，確定一個較優(yōu)方案以進一步實施。

分別對分子量100 kDa、30 kDa、10 kDa超濾膜超濾所得截留液以及濾過液進行蛋白質(zhì)含量測定，結(jié)果顯示，10 kDa和30 kDa超濾膜對蛋白質(zhì)的脫除率分別為70.81%和77.62%，100 kDa超濾膜對蛋白質(zhì)的脫除率最高，達82.21%。隨著超濾膜分子量的增大，蛋白質(zhì)去除率提高。這是由于實驗中用于超濾的靈芝子實體多糖溶液是經(jīng)過纖維素酶和蛋白酶復(fù)合酶解靈芝子實體所得，因此較其他提取方法所得粗多糖溶液，酶解液中含有相對較多的游離小分子蛋白質(zhì)。

（3）聚合物模具復(fù)雜工程問題分解，確保其包括：①任務(wù)制品特征分析與改進；②模具應(yīng)用特征確定，主要包括工藝、型腔數(shù)或產(chǎn)量、成型設(shè)備選擇；③模具方案及分系統(tǒng)設(shè)計，以注射模為例，包括澆注系統(tǒng)、成型零部件、導(dǎo)向機構(gòu)、脫模機構(gòu)、冷卻系統(tǒng)等；④進行經(jīng)濟性、人文環(huán)境因素等分析；⑤編寫體現(xiàn)方案創(chuàng)新、基本原理應(yīng)用、產(chǎn)生新經(jīng)驗的設(shè)計說明書，繪制相關(guān)圖紙。

（4）實現(xiàn)方法。根據(jù)聚合物模具課程設(shè)計的特點，要求學生參照《聚合物成型模具》教材、電子文獻檢索、模具案例參考書和模具教具進行方案設(shè)計；模具利用機械平面繪圖軟件進行繪圖，詳細標注技術(shù)特征和要求；通過文獻調(diào)研，參考參觀實習實踐所掌握的知識對經(jīng)濟、環(huán)境、安全、健康等非技術(shù)因素進行分析。

（5）評分標準。設(shè)計說明書撰寫占40%，圖紙占40%，聚合物成型模具課程設(shè)計紀要占20%（即平時成績含答辯、分組討論等，這部分主要體現(xiàn)過程考核

）。

3.2 項目實施效果

經(jīng)一輪教學實踐后，通過對學生設(shè)計說明書、圖紙及聚合物成型模具課程設(shè)計紀要等綜合評估后發(fā)現(xiàn)，學生的設(shè)計水平和對工程對象的理解得到了提高，從學生座談反饋可知，學生的優(yōu)良滿意度提高了5%，學生建議將紀要成績占比提高到40%。

4 結(jié)束語

根據(jù)工程教育專業(yè)認證標準，對專業(yè)課程進行教學改革，是提高畢業(yè)生培養(yǎng)質(zhì)量的有效途徑。《聚合物成型模具》是高分子材料與工程專業(yè)的核心專業(yè)課，與之配套的課程設(shè)計對于學生解決問題能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。對聚合物成型模具課程設(shè)計進行教學改革，提出了合理的改革建設(shè)方案。實踐表明，改革后的聚合物成型模具課程設(shè)計方案能夠全過程檢驗學生解決聚合物成型模具復(fù)雜工程問題能力，為學生勝任高分子材料成型工程領(lǐng)域的聚合物成型模具工作奠定基礎(chǔ)。

[1]教育部高等教育司.新工科建設(shè)指南(“北京指南”)[J].高等工程教育研究,2017(4):20-21.

[2]畢海普.解決工程問題能力培養(yǎng)的課程建設(shè)研究-基于工程教育專業(yè)認證視角[J].黑龍江教育,2019(7):61-64.

[3]林 健.如何理解和解決復(fù)雜工程問題——基于《華盛頓協(xié)議》的界定和要求[J].高等工程教育研究,2016(5):17-26,38.

[4]劉芳.“塑料模具課程設(shè)計”實訓課程教學改革與實踐[J].湖北廣播電視大學學報,2020,40(3):38-41.

[5]何 煌,王 文.基于OBE模式的模具課程設(shè)計改革與實踐科技視界[J].科技視界,2016(18):137-138.

[6]裴江紅,繆曉賓,姚 瑤.基于工作過程系統(tǒng)化的模具專業(yè)教學改革[J].模具工業(yè),2021,47(3):73-78.

[7]陳 璟,謝幫靈,陳 龍,等.過程性考核在《塑料成型模具拆裝與測繪》實訓課程中的應(yīng)用[J].模具工業(yè),2015,41(2):56-59.