面向塑性成形專業的熱加工工藝實驗教學平臺建設

[摘要]實驗教學模式改革是實踐教育改革的核心，目的是建立創新型實驗教學體系?；贑DIO工程教育模型，將專業知識融合系統化、熱加工儀器設備平臺化、熱加工實驗教學軟件平臺化，形成面向塑性成形專業的熱加工工藝實驗綜合平臺。學生通過全面參與，充分發揮了創造的主觀能動性。通過實驗教學加強了基礎知識的理解和基本實驗方法訓練，并培養了他們求實創新的學風、嚴謹的科學態度及分析、解決問題的能力。

[關鍵詞]塑性成形專業；實驗綜合平臺；主觀能動性；教學改革

[中圖分類號]G642.423 [文獻標識碼] A [文章編號] 1005-4634(2011)03-0048-03

0 引言

在教學改革中，實驗教學是非常重要的一個環節，但是長期以來實驗教學仍按傳統的模式進行，嚴重制約著教學改革的進程。塑性成形專業熱加工工藝實驗應用開發較為薄弱，如何進行有效的、立體的實驗教學是一個新的課題。

CDIO國際工程教育組織提出的新型的工程教育模型CDIO(Conceive-Design-Implement-Oper-ate，即“構想一設計一實施一操作”)在美國麻省理工學院等前沿的工程大學的機械工程和航空航天等專業得到了很好的檢驗和應用。因此，以培養國際化制造業的創新型人才為目標，完善實驗教學機制，采用CDIO工程教育模型構建機械工程創新型人才的培養方案，建設基于CDIO工程教育模型的研究型教學實驗體系，培養一大批高素質的創新型人才成為實驗教學研究的一個新起點。

基于CDIO工程教育模型，以實驗教學模式改革為契機，著手熱加工工藝實驗平臺的建設。在原有實驗教學資源的基礎上，開發大型設備功能并完善引進先進的實驗教學技術手段，將多學科內容綜合并系統化。熱加工工藝實驗教學平臺建設將大大提高實驗教學水平，有助于鞏固、提高塑性成形專業畢業生在該方向的人才市場競爭力。

1 傳統熱加工工藝實驗教學

在傳統教育模式中，與理論教學相比實驗教學總是處于不受重視的地位，實驗教學一直是整個教學中的薄弱環節，造成這種情況的主要原因是：實驗內容有限：課時安排僅圍繞理論教學大綱開展，無拓展性、開放性；實驗形式單一：一切以教師的“教”為中心，學生只是被動的接受，演示性、驗證性實驗多，創新型、綜合性實驗少，學生缺乏各門專業知識的綜合應用能力，缺少獨立動手和創新的機會，嚴重抑制了學生的想象力、自由發揮空間和學習興趣；實驗教學經費投入少，實驗條件落后，設備陳舊，教師對實驗教學缺乏積極性等。種種原因致使各熱加工工藝實驗不能系統化，各子實驗沒有任何承接關系，只是對有關理論的驗證或是演示。學生進行實驗也缺乏積極性，總是做此忘彼，雖然實驗算是成功但是欠缺學以致用、活學活用的目的。如何改善薄弱的熱加工技術實驗現狀，開展高效的、立體的熱加工工藝實驗教學，值得進一步討論和實踐。

2 創新實驗教學手段，促進教學平臺搭建

十幾年來，燕山大學機械工程學院鍛壓實驗室承擔了數十項國家和省自然科學基金項目的實驗工作，產生了大量的科研成果，如何將科研成果與實驗教學相互結合，相互促進，相輔相成，形成統一的整體，使實驗教師積極參加到各項科研及培養學生的工作中去，及時了解掌握最新的科研動向及實驗技術，培養學生的創新能力和專業知識的綜合應用能力，是實踐教學體系的重要環節。利用基金項目搭建的實驗平臺，對傳統實驗課內容作出合理調整，大幅降低了驗證性和演示性實驗數量，將專業實驗課進行全面規劃調整，將幾門課的內容有機地結合起來，解決了以往由于實驗課程單獨開設，內容局限、實驗水平受到限制的問題。

由于本專業歷史悠久，實驗室現有設備中有不少不能完全發揮作用，因此怎樣改造陳舊設備，讓這些設備重新煥發青春是提高實驗教學水平、降低實驗教學成本的重要途徑。實驗室中大多數實驗設備是過去幾十年生產的，其數據采集、記錄、處理功能十分有限，若將設備更新換代，勢必面臨著巨大的資金投入問題，針對這一狀況，將現代測試控制技術應用于傳統儀器設備中，設計開發了幾套技術先進、適用于各種專業設備與工藝實驗的數據采集與控制系統。系統采用目前市場上最先進的數據采集卡、信號調理模塊及軟件開發平臺。系統具有適用性強、采樣速率高、系統操作平臺先進、信號處理功能強及集成化程度高的特點。

自行設計開發了測試技術綜合實驗臺，該平臺包括：位移傳感器的靜態特性測試平臺、光電轉速傳感器應用平臺、電機正逆換向控制平臺、機械震動信號分析平臺等，豐富了教學內容和手段?，F代多媒體教學技術在課堂教學中得到越來越廣泛的運用，恰當地運用現代教學多媒體技術，以此作為重要的教學輔助手段可以極大地提高教學效率。

實驗室應用LabVtEW測試軟件，二次開發出適合本專業特點的實驗程序及實驗裝置。Lab-VIEW綜合實驗教學平臺的使用，充滿高新技術氣息的氛圍，調動了學生對實驗課的興趣和積極性。用LabVIEW軟件編程可方便地自行開發出各種實驗儀器，代替傳統儀器來完成實驗，生動直觀地展示出許多抽象的物理概念，易于理解，能夠達到課堂講授很難達到的效果；由于實驗內容綜合了當前新技術新儀器新軟件的開發，這正符合學生求新求異的心理，激發了學生的學習熱情，課堂氣氛活躍，收到了良好的學習效果。

科研與教學結合，使學生在一堂課的容量下體會到了基礎實驗和學科前沿的結合；通過對設備更新改造以及開發研制專用教學實驗儀器和利用多媒體教學等手段，在基本不增加設備投資的情況下推陳出新，解決了實驗設備不足、部分設備陳舊的問題，提高了實驗教學效果，節約了教學成本。通過開展基于虛擬儀器技術的軟件平臺建設，為廣泛的實驗課程提供了一個公共的實驗平臺，而且該平臺可在此基礎上繼續擴展；通過擴展實驗室大型精密儀器設備功能，使與專業相關的實驗內容更容易實現。模擬實踐環節開設設計性實驗課，讓學生根據實際需求，利用實驗室現有儀器設備，采用先進的技術手段，設計產品開發流程，培養學生的創新能力和動手能力，以適應人才市場的需要。

3 面向塑性成形專業的熱加工工藝實驗教學平臺建設

隨著教學改革的進行，實驗課應根據專業特色，利用科研成果及現有儀器設備，改造陳舊設備，植入新的實驗技術與手段，搭建面向塑性成形專業的熱加工工藝實驗教學平臺，將實驗課程進行整體重構，改革實驗課程體系，將不同的實驗課程內容貫穿起來，并融入最新的專業科研成果，統籌安排，構建立體交叉式的實驗教學體系。根據學生的實際能力與興趣，分層次教學，最大程度地調動學生實驗課的積極性，為市場需求培養基礎知識扎實、動手能力強的創新型人才。

將專業知識融合系統化，打破以前將專業基礎課與專業課分離的教學模式，通過合理調整將幾門課程的內容通過一系列實驗有機的結合起來，形成系統，整體性的立體實驗教學知識平臺。實驗室將理論課中有關熱加工的原理及工藝綜合在一起，形成系列實驗內容。包括《金屬塑性成形原理》、《塑性成形工藝及模具設計》、《成形設備》、《測試技術》等多門課程。統一編制實驗教學大綱及熱加212212藝實驗指導手冊，指導學生設計完成整個工藝過程的一系列實驗。

將熱加工儀器設備平臺化，實驗室利用已經具有專門的壓力設備、普通的加熱設備，配備專門的溫控設備、組織性能測試設備和成形過程模擬設備，組成一個較完整的熱加工實驗硬件平臺。例如一組學生要完成某新型材料的齒輪熱鍛成形實驗，首先需要用到性能測試設備，如10噸萬能材料試驗機等獲取新型材料的應力應變曲線等參數；接下來根據新型材料的性能參數進行簡單數值模擬，選用熱加工壓力設備，如315噸普通液壓機并進行模具設計；用鉛試件進行模擬成形后，加工試件并加熱，進行齒輪熱鍛成形。其中用到相關的成形模擬、測試、加熱等設備。實驗室將二十多臺套設備整合、熔煉，形成服務熱加工工藝實驗的硬件平臺。

將實驗教學軟件平臺化，應用軟件與專業課實驗教學相結合，二次開發出適合本專業特點的實驗程序，配置于相應的實驗裝置。LabVlEW綜合實驗教學甲臺就是自行軟件開發與測試硬件相結合的完美產物。實驗室將熱加工試驗過程涉及的一系列造型、數值模擬、虛擬儀器技術軟件：AutoCAD、Pro／E、SolidWorks、CATIA、Deform、MSC，MARC、LabVIEW等刻錄成光盤，以班級為單位發放，利用課余充分放寬了軟件學習時間和空間。軟件平臺的建設大大活躍了學生的思維空間。

面向塑性成形專業的熱加工工藝實驗教學平臺建設形成了熱加52212藝知識的系統化、熱加工設備平臺化、相關教學軟件的平臺化，取得了良好的教學效果，極大地激發了學生的學習主動性，有些學生不但完成實驗要求的內容，還自己主動做一些工作，學生普遍反映實驗內容新穎，設計安排合理。從基礎內容到綜合實驗，專業知識相互關聯性強，從硬件學習到軟件編程，各個實驗環節緊扣，課堂氣氛活躍。

4 實驗教學平臺建設取得階段性成果

面向塑性成形專業的熱加工工藝實驗教學平臺建設加深了學生對實驗工程背景的了解。將本專業幾門課程的實驗有機地結合起來，使學生對于本專業各門課程的實際應用有更深的理解，有助于他們有針對性、有目的地學習相關專業知識?？蒲信c教學結合的方式，使學生在一堂課的容量下體會到了基礎實驗和學科前沿的結合；通過對設備更新改造以及開發研制專用教學實驗儀器和利用多媒體教學等手段，在基本不增加設備投資的情況下推陳出新，解決了實驗設備不足、部分設備陳舊的問題，提高了實驗教學效果，節約了教學成本。通過開展基于虛擬儀器技術的軟件平臺建設，為廣泛的實驗課程提供了一個公共的實驗平臺，而且該平臺可在此基礎上繼續擴展；通過擴展實驗室大型精密儀器設備功能，使與專業相關的實驗內容更容易實現。模擬實踐環節開設設計性實驗課，讓學生根據實際需求，利用實驗室現有儀器設備，采用先進的技術手段，設計產品開發流程，培養學生的創新能力和動手能力，以適應人才市場的需要。

面向塑性成形專業的熱加工工藝實驗教學平臺的建設經過邊發展完善邊應用的過程，將7門課程的17個實驗融合成一個實驗教學平臺，已經培養了本科生1500余人，碩士博士研究生300余人。由于實驗課內容新穎、系統化，學生實驗課的主動性、目的性明顯提高，學生的知識結構日趨合理，綜合素質、創新意識和實踐能力得到明顯提高。根據用人單位的反饋情況，普遍反映燕山大學塑性成形專業的畢業生綜合能力強，新知識新技術掌握扎實，能夠根據用人單位的需要很快適應本職工作。

根據實驗平臺建設的情況，總結經驗，發表了教學類文章5篇，在同行業實驗室建設中引起了較大的反響，一些兄弟院校相關專業前來實驗室考察，學習建設經驗，己為北京航空航天大學、合肥工業大學等學校提供了技術支持，在交流學習中進一步促進了實驗室的建設。

本實驗平臺的搭建是根據專業的發展需求，將科研工作與實驗教學相結合，科研與教學相輔相成、互相促進，形成了一個良性發展態勢。應用本實驗平臺，不僅可以優質、高效完成實驗教學，還可為相關專業的其它實驗教學提供技術支持。

5 結束語

面向塑性成形專業的熱加工工藝實驗教學平臺建設擴展了學生的視野，加深了學生對實驗工程背景的了解。將本專業涉及熱加工的幾門課程實驗有機地結合起來，構架成新的實驗體系。這種立體式實驗教學模式，使學生對于本專業各門課程的實際應用有更深的理解，有助于他們有針對性、有目的地學習相關專業知識。以整個熱工藝實驗過程為項目、以各課程實驗為節點，跨學期、跨學科的熱加工試驗平臺的建設突出了專業特色，對提高實驗教學質量和培養創新型人才具有積極的意義。