《模具設計》課程教學改革與實踐

秦少雄,曲寶龍,廖海星,蘇高申 (長江大學化學與環境工程學院,湖北荊州434023)

《模具設計》是普通高等學校高分子材料與工程專業的主干專業課程之一,其內容主要包括塑料成型基本理論、注射成型工藝及模具設計、其他成型模具設計和修模改模。20世紀90年代以來,隨著塑料制品的廣泛使用和計算機技術在模具設計領域的全面應用[1],塑料成型模具發展迅速,新型模具不斷涌現,傳統的模具設計課程體系設置已經不能滿足市場需求對高分子材料與工程專業人才的需求。此外,在高等教育 “厚基礎,寬專業”的原則[2]指導下,專業課程學時壓縮,其教學內容急待優化整合,最大限度地發揮教學效果。為此,筆者針對傳統的高分子材料與工程專業 《模具設計》課程體系存在的問題,根據高分子材料與工程專業人才培養目標和課程教學體系改革的要求,對 《模具設計》的教學內容、教學方法、考核方式、實踐教學等方面進行了綜合性的改革和教學實踐。

1 課程體系存在的問題

1)教學內容落后于工業發展和市場需求 《模具設計》課程是一門理論和應用都很強的專業課,并隨著塑料制品的廣泛使用和技術的進步在不停發展,工業發展和新技術的應用對設計人員提出了更高的要求[3]。傳統的塑料成型模具設計教學內容過于偏重理論教學,輕實踐和實驗教學,并且教材內容的更新程度也落后于工業技術和市場需求的發展,這對學生的就業十分不利。

2)陳舊的教學方法、教學手段導致課堂知識容量較少 受到各方面因素的限制,傳統的 《模具設計》課堂教學均采用板書理論教學,但由于課堂知識過于繁瑣,有時一幅模具組合圖紙可能要在黑板上繪制十幾分鐘,而其他時間的教學內容就顯得過于擁擠,通常是教師忙于趕教學進度,學生忙于記筆記,導致課堂互動少,學生自主思考少,動手設計少,學生提問少,教師無疑可答,這樣大大影響了教學效果。塑料成型模具設計課程要求學生具有非常強的空間幾何和機械自動化基礎,尤其是復雜結構模具的開合模動作,如果學生基礎稍差就很難理解,更談不上靈活應用和設計。

3)單一的考核方式不利于調動學生的學習主動性 《模具設計》是一門涉及到機械制圖、塑料成型工藝、模具結構設計、零件組合與裝配等多學科知識的綜合性課程。在實際生產設計中,設計人員必須將這些基本理論知識應用到工程項目中去解決生產實際問題。而塑料成型模具是所有模具種類中最復雜的一種,很多生產參數需要在現場根據試模結果來調整,要經過反復多次的試模、修模才能最終確定某些參數。由于這些參數的復雜性,不同的設計人員和不同的設計方案會得出不同的調試參數,即結果具有多重性。傳統的筆試考核方式注重理論設計而忽略了課程實踐,無論是課后作業還是期中期末考試均采用筆試形式,而對實際動手設計和生產問題則束手無策。顯然,傳統的筆試考核方式不能完全考察出學生對塑料成型模具設計知識點的掌握程度和運用多種專業基礎知識解決實際模具設計的能力。

4)薄弱的實踐教學阻礙了學生的創新能力培養 在傳統教學中,理論教學通常被置于首位,而實踐教學則常常被忽視,多數實踐教學僅僅拘泥于形式而無內涵,學生對實踐課程的認知程度遠遠不夠。在實踐教學內容中,演示性、驗證性內容較多,學生能動手操作、主動思考性的較少,并且由于實驗環境的限制,教學手段比較單一,很難激發學生的學生興趣。此外,出于安全風險的考慮和受金融危機的影響,多數企業不愿接收學生進行參觀和生產實習,即使學生進入工廠進行生產實習,考慮到企業的生產效率、生產線的安全和對學生的人身安全考慮,企業通常不允許學生動手操作,所以生產實習多數情況下演變為參觀實習,學生很難學到操作性知識,這直接導致了學生對實習課程的興趣下降。

2 教學改革措施與實踐應用

1)緊緊圍繞人才培養目標定制教學內容 首先按照長江大學高分子材料與工程專業人才培養目標之一:成為綜合素質良好的模具設計中初級技術人才,重新編寫了新的 《模具設計》課程教學大綱,重新規劃了授課內容學時分配,力求知識點全面、重難點突出。在緒論中全面介紹了6種模具的簡單結構、生產流程和主要區別,同時給出了各種模具生產出的塑料產品的主要特點及典型示例圖片,學生通過簡單的了解能很快掌握塑料件的成型方法及應選用何種模具來生產,這樣很容易激發起學生的學習興趣,調動學生的學習主動性。在后續課程講解中,主要講解注射成型工藝及其模具設計,這部分內容占總課時的3/5,對于其他類別的5種傳統模具及新型模具講解其主要設計流程、與注射成型模具的設計差異。

其次,在教學內容中也舍棄或簡化了許多知識點,如第3章注射成型模具設計中澆口及流道的設計中,簡化了尺寸的設計內容,只給出了2種經典設計形式,因為在現在應用的多數CAE軟件都可以直接設計出澆注系統形式并給出優化后的尺寸,在這一部分沒有必要浪費過多課時來講解。為了培養學生的學習主動性和創新精神,在課堂上適當增加了科學技術和學術前沿這一內容,引領學生關注模具設計界的科研和應用。

最后,為了提高學生的就業競爭力,將計算機技術引入課堂教學中,主要是CAD和CAE軟件,如Pro E、Solidworks、Master CAM、Moldflow等,學生可以根據學習的側重點不同選擇不同的軟件進行學習。經過對教學內容的全面改革和在2005、2006級學生中的實踐,學生的計算機運用能力大幅度提升,自主學習能力顯著提高,同時增強了學生的綜合創新能力和就業競爭能力。

2)改進教學方法 在教學過程中,去除了傳統的 “填鴨式”教學方法,主要采用 “講練式”、“現場討論式”、“啟發式”等主動式的教學方法,培養學生的主動思維能力和創新能力,增強教學互動。在課堂上結合教學內容提出具有工程意義的問題,如根據塑料件缺陷來修模改模,讓學生們分組討論解決方案,這樣不僅培養了學生的團隊合作精神,還提高了學生解決問題的能力,增強了創新意識。在 《模具設計》教學中,采用理論課與實踐課相結合的方法,使教師的 “教”與學生的 “學”交互進行,提高學生對課堂知識的理解能力和吸收能力。如在第1章緒論教學過程結束后,引導學生進入塑料成型實驗室進行模具的初步認識,筆者購置了多套注射成型模具、壓制成型模具和吹塑料成型模具,指導學生對各種模具進行拆裝并與課堂上的理論圖紙做對比,借助這些實際的塑料成型模具,學生們對模具的感性認識有了直接的提升,增強了學習興趣。在經過一段時間的學習之后,鼓勵學生對模具結構提出改進意見。事實證明,一些學生的改進意見十分巧妙,能解決生產實際中存在的問題。

在課堂教學中,采用板書與多媒體課件相結合的方式授課,充分運用虛擬現實技術,增強學生的感性認識,縮短學生的認知時間,同時也增加了課堂容量。如將在傳統教學中的模具圖紙均制成多媒體課件,模具的運行均采用動畫形式表達,將模具的三維圖紙直接應用在課堂教學中,三維CAD軟件的強大功能使模具圖紙可以十分快捷和方便的查看,教師可以根據學生們的疑問對模具整體裝配圖或單一零件圖進行全方位展示,甚至可以提供半剖圖、局剖圖,使學生們能在很短時間內掌握模具圖紙的查看方法,并熟悉模具圖紙的繪制,提高了學生的專業技術水平。同時,這樣的授課方式避免了課堂的枯燥和無趣,提高了學生的學習主動性。

3)改革考核方式 考試內容與方法的改革是以檢測學習綜合效果、找出差距和不足,以促進知識的掌握、能力的培養及提高教學質量為目標[4]。《模具設計》考核方式采用綜合方式,總體目標是去除傳統的高分低能現象,避免學生學習過程中產生死記硬背的現象,用綜合的考核方式激勵學生對所學知識能注重理解、活學活用,激發學生學習的主動性,并能在一定程度上對塑料成型模具進行改進和創新。

《模具設計》考核采用了理論考核與設計考核2部分:理論考核以筆試形式進行,主要考查學生對基礎理論和專業知識的綜合運用能力,這部分內容占總成績的50%;設計考核以大作業、課堂分組討論形式進行,主要考查學生對塑料成型模具結構設計的全面掌握程度、對模具結構的改進創新能力以及團隊合作意識,這部分內容也占總成績的40%;其余10%成績為課堂提問、課堂測驗和作業成績。在理論筆試考核中,除原有理論內容外,添加了與生產實際密切聯系的工程內容,如塑料成型模具圖紙的裝配與拆分、根據塑料件缺陷的修模改模方案、模具結構的改進等;在大作業考核中,以4周為限,給出4種注射成型塑料件,學生可以按自己的意愿任選其中一種進行注射成型模具設計,要求學生能獨立完成注射成型模具的總體結構設計、模具主要尺寸計算、主要零部件圖紙繪制、總裝配圖繪制;在課堂分組討論中,給出10種注射成型塑料件的缺陷,學生4人為一組,要求學生能根據塑料件的缺陷從注射成型工藝、注射成型模具結構與尺寸或注射機的操作方面提出解決方案。

4)強化實踐教學 塑料成型模具設計課程實踐教學包括實驗、課程設計、畢業設計和生產實習等教學環節。在實驗教學環節中,學校在很早時期就注重實驗室建設,先后購置了注射成型機、擠出成型機、熱壓成型機、制樣機及各種塑料成型模具。在實驗課程中,減少了驗證性和演示性的實驗,增加了綜合性、設計性和具有創新性的實驗,調整過的教學內容科學合理,有利于調動學生的學習主動性和創造性。通過學生的動手操作實驗,學生們能迅速的掌握各種成型模具的工作原理和實際結構,并促進了學生的學習興趣。在理論教學中較難掌握的知識內容,如模具結構細節、模具開關模動作等,通過實驗課程可以很快掌握。在課程設計中,為了滿足不同學生的個性化需要和提高創新能力,筆者對傳統的單一論題和單一設計模式進行了相應的教學改革。鼓勵學生能對自己熟悉的塑料件進行注射成型模具的設計,通過指導教師的指導與審核,對有創新性的作品給予優先指導;在生產實習方面,加強了實踐基地建設,先后與數家單位簽定了校企合作協議,為學生的生產實習和畢業設計提供良好的環境。

3 結 語

經過2年的教學實踐,通過對課程教學內容、教學方法、考核方式和實踐教學等方面的改革與實踐,極大地調動了學生的學習主動性,提高了學生的實踐能力、創新能力和工程設計能力。在高校教學工作中,必須制訂出與工程應用同步的動態教學計劃,不斷進行教學改革和探索,才能培養出滿足社會需求的、有創新能力的專業人才。

[1]周永泰.中國模具工業的現狀與發展 [J].電加工與模具,2005(增刊):8-12.

[2]陳吉平,丁智平,胡成武.《塑料成型模具設計》課程教學改革與實踐[J].湖南工業大學學報,2008,22(2):104-106.

[3]夏卿坤,程崇恭,夏尊鳳.模具設計與制造專業的課程改革 [J].中國職業技術教育,2004,149:52-53.

[4]李彩霞,戴護民,李舒燕.模具設計與制造專業教學改革初探[J].武漢船舶職業技術學院學報,2004(1):22-24.

[5]黃志堅.當代高等工程教育的重要特點與發展趨勢 [J].廣東工業大學學報 (社會科學版),2004,4(增刊):17-18.

[6]孫先明,付艷鋒.《模具材料與制造》課程的教學改革與實踐研究 [J].大眾科技,2006(5):160-161.