基于多元混合模式的材料成型加工原理課程教學改革研究

摘 要 材料成型加工原理是材料成型及控制工程專業(yè)開設(shè)的一門必修課程，是學習后續(xù)成型相關(guān)專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)。該課程具有理論性強、知識點廣泛且抽象的特點，其中蘊含的原理對于實際成型生產(chǎn)有重要的指導作用。文章分析了目前課程教學中存在的主要問題，并基于應用型本科人才培養(yǎng)方案構(gòu)建了以學生為中心的靈活交互課堂教學與線上線下相結(jié)合的實踐教學所組成的多元混合教學模式，為激發(fā)學生的學習興趣、提高課程教學質(zhì)量提供有效策略。

關(guān)鍵詞 材料成型加工原理；靈活交互課堂教學；線上線下結(jié)合實踐

中圖分類號：G424 " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.31.036

Research on Teaching Reform of Forming and Processing Principle of

Materials Based on Multiple-mixed Modes

LIU Yuntong， ZHANG Jianmei， ZHAO Che

（Changzhou Institute of Technology， School of Aerospace amp; Mechnical Engineering/Flight College， Changzhou， Jiangsu 213032）

Abstract The Forming and Processing Principle of Materials is a compulsory course offered in the major of material forming and control engineering， and it is an important foundation for studying subsequent courses related to forming. This course has the characteristics of strong theoretical basis， extensive and abstract knowledge points， and the principles contained therein have important guiding significance for practical molding production. The article analyzes the main problems in current course teaching， and based on the application-oriented undergraduate talent training program， constructs a diversified blended teaching mode consisting of student-centered flexible interactive classroom teaching and practical teaching combining online and offline， providing effective strategies for stimulating students' learning interest and improving the quality of course teaching.

Keywords Forming and Processing Principle of Materials; flexibly interactive class teaching; online and offline practical teaching

材料成型加工原理是材料成型及控制工程專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，其主要介紹高分子材料成型過程中涉及的材料性能影響因素、制品和配方設(shè)計、流變及混合行為等方面的基本原理和現(xiàn)象，重點闡述了應用較為廣泛的壓制、擠出、注射等成型技術(shù)所使用的設(shè)備以及其中的原理和工藝。本課程理論性強，包含的知識點廣泛且較為抽象，需要學生充分掌握材料成型過程中的基本原理，才能依此解決成型過程中出現(xiàn)的各種缺陷和問題，從而培養(yǎng)學生遇到實際復雜工程問題時獨立分析、解決問題的能力[1]。然而傳統(tǒng)的講授式教學方法難以激發(fā)學生學習的主動性，并且與實際生產(chǎn)結(jié)合薄弱。因此本文在應用型本科人才培養(yǎng)方案的基礎(chǔ)上，引入先進的混合教學模式，并結(jié)合實踐教學平臺，提出了以學生為中心的靈活交互課堂教學與線上線下相結(jié)合的實踐教學所構(gòu)成的新型多元混合教學模式。

1" 材料成型加工原理課程教學存在的問題

1.1" 缺乏課堂互動及反饋機制

當前，材料成型加工原理的課堂教學中，教師和學生之間缺乏有效的交流和互動，教師無法從學生的表現(xiàn)中得到及時的反饋，這不利于對教學質(zhì)量的把關(guān)及改進。引發(fā)該現(xiàn)象的主要原因有：①教學方式單一；②學生學習興趣不足。

目前材料成型加工原理課程的教學仍以教師講授為主，雖然教師課前精心備課，準備了精美的教案與課件，或用板書對理論知識進行了詳細的推導，但學生只是被動聽課，主動性和積極性不足。尤其是該課程僅有33課時（包括理論課時和實驗課時），需要學習12章內(nèi)容，教師講解知識點時必須有所側(cè)重。盡管如此，課堂上仍然沒有足夠的時間留給學生思考或提問，形成了“灌輸式”教學模式。在有限的課時中讓學生充分掌握知識點及其在實際問題中的運用是課程教學的關(guān)鍵，因此需要對教學方式進行持續(xù)改進與豐富。

教育學家顧明遠教授提出：“沒有興趣就沒有學習”[2]，而課堂上“低頭族”現(xiàn)象十分普遍，說明學生對于這門課程的學習興趣較為欠缺。這其中原因有外部因素，如游戲、影視等娛樂產(chǎn)品的誘惑；也有學生自身原因，如對于課程內(nèi)容或?qū)I(yè)認知度不足，不清楚所學知識在實踐中如何運用，或由于工程材料等前序課程基礎(chǔ)薄弱，對本課程中的知識點理解難度較大，因此逐漸失去學習的興趣。

1.2課堂知識與生產(chǎn)實際脫節(jié)

本課程最終的目標是加強學生理論與實際相結(jié)合的能力，要求學生能夠運用課堂知識解釋生產(chǎn)實踐中的各種現(xiàn)象，遇到實際工程問題時學會獨立分析、解決問題，給出優(yōu)化的成型設(shè)計方案。然而課程內(nèi)容涉及的高分子材料學、聚合物流變學以及成型工藝參數(shù)對材料成型性能的影響等內(nèi)容較為抽象，雖然已建立課程知識體系結(jié)構(gòu)，但缺乏系統(tǒng)、完整的教學案例，并且與實際生產(chǎn)脫節(jié)，難以滿足應用型人才培養(yǎng)的需求。

例如，聚合物材料的分子結(jié)構(gòu)與結(jié)晶性能是影響其成型性能及制品性能的關(guān)鍵因素，其中包含的高分子化學、高分子物理等內(nèi)容對于大部分材料成型及控制工程專業(yè)的學生來說是較為陌生的。若能為學生提供一些更為直觀的資料，比如常見的幾種成型聚合材料或結(jié)晶過程的視頻等，可以幫助學生將課本上抽象的知識立體化。掌握高分子材料的內(nèi)在性質(zhì)之后，學生還需要學習溫度、壓力等外在因素對材料成型性能的影響，以及參數(shù)不合適可能造成的制品缺陷。這些內(nèi)容僅靠課堂講解也是“紙上談兵”，學生無法將其與實際成型過程相聯(lián)系，最佳的方式是進行虛擬仿真或者成型實驗，為學生提供實際操作的機會，讓學生切身體驗制品成型的過程。

2" 材料成型加工原理課程教學改革策略

2.1" 理論教學過程：以學生為中心，靈活交互式教學

傳統(tǒng)的講授方法忽略了學生的主體地位，教師與學生缺乏及時有效的溝通，統(tǒng)一的教學進度也無法兼顧每一位學生。在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，信息技術(shù)的飛速發(fā)展促進了教育領(lǐng)域的變革，誕生了線上教學、微課、慕課等新型教學模式，將傳統(tǒng)的線下課堂教學和線上自主學習有機結(jié)合，突破了傳統(tǒng)教學模式在空間、時間等方面的限制，為學生提供了更為靈活的學習方式，使得學習不再受制于傳統(tǒng)的課堂節(jié)奏，還為教師與學生之間的溝通交流提供了更為便捷的途徑[3]。這些變革無疑將推動教育領(lǐng)域向著更為開放、多元和高效的方向發(fā)展。

“雨課堂”是近年來高校應用較多的網(wǎng)絡學習管理平臺，該系統(tǒng)以微信平臺為基礎(chǔ)，提供便捷的在線學習體驗，尤其是其操作簡單的PPT課件功能，深受師生喜愛[4]?！坝暾n堂”將課前預習、課堂互動和課后復習環(huán)節(jié)通過手機終端緊密地聯(lián)系在一起，構(gòu)建了線上線下的實時教學互動環(huán)境，極大地提升了學習效率和教學質(zhì)量。另外，教師還可以結(jié)合課程培養(yǎng)要求和產(chǎn)業(yè)需求，在課程平臺上分享典型工程案例、成型加工流程、加工原理視頻、思維導圖、產(chǎn)業(yè)動態(tài)等資源，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源共享，加強學生對產(chǎn)業(yè)的認知和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。這就要求教師首先要做好教學資源的建設(shè)工作，包括引導性資源（教學方案、課程導學等）、內(nèi)容性資源（課件、案例、討論、拓展資源等），以及反饋性資源（課后作業(yè)、調(diào)查問卷、問題解答等）[5]。課前教師根據(jù)教學目標詳細規(guī)劃教學內(nèi)容，推送引導性學習資源，讓學生了解應用背景。同時發(fā)布以問題引導的預習內(nèi)容，激發(fā)學生主動思考，并通過平臺數(shù)據(jù)了解學生的學習情況，整理出課堂上需要集中學習的重點與難點。

課堂上堅持“以學生為中心”，教師針對學生預習時反饋出的共性問題，集中講解重點和難點知識，強化學生的理解。隨后將學生分為4―6人的小組，發(fā)布案例或項目進行討論。例如，探討聚氯乙烯配方設(shè)計并初步判斷制品的基本性能。通過分析這一問題，學生不僅可以加深對于添加劑種類體系、功能、用量等知識的理解，還可以掌握配方設(shè)計的原則及材料相互配合的內(nèi)在機理，在面對制品缺陷或性能不足的問題時，能夠給出配方優(yōu)化的方案。討論結(jié)束后，每組派出代表陳述觀點，回答教師提出的問題，隨后由教師對案例或項目進行分析和總結(jié)，并對學生的表現(xiàn)作出評價。接下來是學生自由討論及答疑時間，對于仍有疑問的學生，教師可以進行有針對性的個別指導。這個過程中，教師應注意收集學生的反饋。最后預留少量時間，教師在雨課堂發(fā)布思考題或測試題，學生線上作答，教師依此實時掌握學生的學習動態(tài)，量化評價本堂課學生的學習效果。

課后以問題測試和習題解答的形式幫助學生復習與鞏固課堂知識，鼓勵學生在教學平臺討論區(qū)留言，提出自己的疑惑或者對課堂的建議，根據(jù)測試結(jié)果及學生的建議反饋進行教學反思，不斷調(diào)整與改進教學的各個環(huán)節(jié)，最終形成教學安排、教學研究、教學實施、過程記錄、評價評估、教學反饋的閉環(huán)體系[6]。

2.2" 實踐教學過程：線上虛擬仿真實驗與線下實踐相結(jié)合

實踐教學通常包括線上虛擬仿真實驗、傳統(tǒng)線下實驗室操作及校企合作開展的生產(chǎn)實習等形式。

虛擬仿真實驗運用計算機技術(shù)和信息技術(shù)創(chuàng)建虛擬實驗室，提供與真實實驗相似的實驗對象與實驗環(huán)境。融合繪圖建模、動畫模擬、人機交互、計算機網(wǎng)絡等手段，以二維和三維結(jié)合的方式，形象、生動、有趣地展示教學實驗中涉及的實驗前準備、實驗過程、結(jié)果檢測等內(nèi)容，體驗感和交互性強，并且不受時間和空間的限制，能夠反復進行實驗和學習。這一技術(shù)彌補了傳統(tǒng)實驗成本高、有一定危險性、實驗過程單一的不足，在本科教育中已經(jīng)得到了日益廣泛的應用。

本課程建設(shè)了新能源汽車零部件注射成型及模具數(shù)字化拆裝虛擬仿真實驗，主要包括模具拆裝和注射成型兩部分。學生在虛擬車間中，首先復習注射模具的結(jié)構(gòu)組成、分類等基礎(chǔ)知識。隨后在教師指引下，分離動模與定模，逐步拆卸定位圈、模座、流道、型腔、頂塊與頂桿、復位桿等，在此過程中熟悉注射模具的各個主要部件，加深對模具結(jié)構(gòu)的認知。拆卸完成后，可以再依次進行模具組裝。之后進入注射成型實驗模塊，同樣先對注射成型工藝以及注射機相關(guān)內(nèi)容進行復習。隨后選擇原料，在教師指引下打開虛擬注射機，依次完成模具安裝、加熱設(shè)置、開模/合模設(shè)置、注射設(shè)置、保壓設(shè)置和冷卻設(shè)置等工序。在設(shè)定的參數(shù)下，最終注射成型得到制品。當參數(shù)設(shè)置不合理時，制品可能出現(xiàn)黑點、缺料、翹曲等缺陷，學生需要結(jié)合課堂所學的材料性能及工藝參數(shù)的知識對制品缺陷進行分析，從而給出參數(shù)調(diào)整方案。在每一個環(huán)節(jié)中，學生都需要完成相應的思考題，最后生成實驗報告，教師通過實驗報告對學生的實驗學習效果進行評價。通過這種教學形式，課程內(nèi)容與產(chǎn)業(yè)實際應用的結(jié)合深度得到了加強，學生在實際應用時，解決復雜工程問題的能力也得到了鍛煉。

完成線上虛擬仿真實驗學習后，安排學生進入實驗室開展驗證性注射成型加工實驗?？紤]到時間限制以及安全要求，由教師設(shè)定工藝參數(shù)，引導學生動手操作注射機，完成零件的注射成形加工流程，最后對制品進行觀察與分析，由此增強學生對材料成型加工過程的直觀感受，提升其實際動手能力。除此以外，常州工學院積極響應國家對于應用型高校深化產(chǎn)教融合的倡導，自2014年起不斷加強與常州市多家模具設(shè)計制造企業(yè)的合作，先后與常州星宇車燈股份有限公司、江蘇新泉模具有限公司、江蘇誠功閥門科技有限公司等多家企業(yè)簽署了合作協(xié)議，建設(shè)優(yōu)質(zhì)實習基地，實行產(chǎn)教融合教學模式。一方面，開設(shè)校企合作課程，聘請企業(yè)導師共同授課，將企業(yè)發(fā)展資訊、先進的生產(chǎn)技術(shù)和裝備等融入課程教學；另一方面，在培養(yǎng)方案中制訂生產(chǎn)實習等實踐環(huán)節(jié)，利用假期時間安排學生進入合作企業(yè)生產(chǎn)線，以實習工程師的身份沉浸體會產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)的過程。真正實現(xiàn)以市場需求為導向培養(yǎng)學生的工程應用能力，全面提升學生的就業(yè)競爭力。

3結(jié)語

材料成型加工原理課堂中存在缺乏互動反饋機制、教學內(nèi)容與生產(chǎn)實際脫節(jié)的問題，迫切需要以課程目標為出發(fā)點，進一步完善課程教學資源，合理運用“雨課堂”等教學平臺，實施以應用型人才培養(yǎng)為導向的教學設(shè)計，積極探索以學生為中心、靈活交互的教學模式；依據(jù)工程教育專業(yè)認證的要求，建設(shè)虛擬仿真實驗平臺，設(shè)計實際操作實驗并加強校企合作，開展線上線下相結(jié)合的實踐教學，最終形成多元混合教學模式，由此激發(fā)學生的學習內(nèi)驅(qū)力，提升其創(chuàng)新能力和實踐能力，為學生未來的職業(yè)生涯打下堅實的基礎(chǔ)。

基金項目：教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目“基于多元混合模式的《材料成型加工原理》課程教學改革研究”（231107068063910）；江蘇省高等學?；A(chǔ)科學（自然科學）研究面上項目“醫(yī)用導管表面織構(gòu)化水凝膠涂層形成機制及潤滑效應研究”（24KJB460005）。

參考文獻

[1] 趙峻，江克，周玉，等.新工科背景下的材料成型原理課程教學改革探究[J].創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實踐，2023，6（7）：53-55;76.

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[3] 潘愛瓊，張輝，張莉，等.慕課背景下《材料成型工藝基礎(chǔ)》混合式教學探索[J].模具工業(yè)，2022，48（8）：77-79.

[4] 潘艷飛，黃金田.基于混合式教學的高聚物成型工藝課程改革探究[J].中國教育技術(shù)裝備，2023（13）：111-114.

[5] 李芳，徐偉，戈曉嵐.基于異步SPOC+慕課堂的線上線下混合式教學研究與實踐——以工程材料與成型技術(shù)基礎(chǔ)課程為例[J].高教學刊，2022，8（23）：111-115.

[6] 關(guān)鳳英，張明，張晗思，等.“SPOC+雨課堂”藥理學課程線上與線下多元混合教學模式實踐[J].中國實驗診斷學，2022，26（8）：1257-1259.