材料成型及控制工程專業仿真實習系統

摘要：針對材料成型及控制工程專業目前實習中存在的問題，開發創建了材料成型及控制工程專業數字化仿真實習系統，引入多媒體虛擬實習，注重引入國內外領先工藝和技術，將原來的單一到工廠生產實習的模式改革為數字化仿真實習和工廠實際生產實習相結合的模式，從而在降低實習費用的情況下，較大程度地提高了實習質量，達到了生產實習的實踐教學效果，為培養合格的材料成型及控制工程專業的卓越工程師奠定了堅實基礎。

關鍵詞：材料成型及控制工程；仿真實習；實踐教學

作者簡介：于寶義（1965-），男，內蒙古通遼人，沈陽工業大學材料科學與工程學院，教授；李潤霞（1972-），女，甘肅秦安人，沈陽工業大學材料科學與工程學院，教授。（遼寧 沈陽 110870）

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）34-0100-02

在高校工科人才培養計劃中，實習占著舉足輕重、無可替代的重要地位，尤其是生產實習。生產實習是工科專業重要的實踐教學內容，是培養學生工程實踐能力和創新意識必不可少的重要環節，是培養應用型人才的重要途徑。[1]通過生產實習，能夠使學生直接了解本專業的實際生產過程，強化理論與生產實際的結合，加深對所學專業知識的理解，并為后續專業課程的學習和走上工作崗位提供必要的感性認識和實際生產的初步經驗。因此，生產實習在應用性本科人才培養過程中的地位和作用非常重要，必須認真探索生產實習課程的教學方法，總結生產實習教學中的經驗和存在的問題，進一步提高生產實習的質量。[2]

一、傳統生產實習模式及存在的問題

1.實習單位難以聯系和穩固

實習單位之所以難以聯系和穩固主要有三個原因。一是近幾年來，材料成型及控制專業招生數量不斷增多，學生人數增加，導致大多數原有的定點實習單位不能一次接收這么多學生。二是企業對接納學生實習缺少積極性，企業沒有認識到培養高素質人才是學校和企業共同的責任，大多數企業只是選用人才，而不愿參與人才的培養，把培養人才的責任都交給了學校，把培訓教育學生視為額外負擔。三是企業擔心大批學生實習對生產帶來影響及存在安全隱患問題。特別是技術比較先進的實習單位更是難以聯系，導致學生往往很難接觸到國際領先的工藝、設備和技術。

2.實習經費不足

隨著市場經濟的不斷發展，消費價格調控機制已成為市場運作的主要手段，實習過程中涉及到的交通、住宿、管理等費用逐步增加，在教育經費投入有限的情況下，實習經費出現了較大缺口。這種缺口對實習產生了直接影響，導致了實習效果得不到保證。以沈陽工業大學材料成型及控制工程專業為例，2005年該專業的生產實習費用需11萬元左右，到2010年生產實習費用接近20萬元，為了節省經費，只好將實習時間縮短，將實習工廠數量減少。隨著物價的進一步上漲，今后的生產實習實際費用仍將繼續增加。[3]

3.實習形式和過程簡單化

材料成型及控制工程專業基本采用集中式實習模式。大部分采用的形式是：每一個班配一名實習帶隊教師，按照實習日期下廠，進行參觀性質的實習。學生對循環“游覽式參觀”的實習過程產生厭惡感，從而也會失去實習的興趣。甚至在很多情況下，學生在一個生產車間參觀的時間往往只有十幾分鐘，然后就被工廠負責參觀的教師打發走了。[4]

4.實習質量很不樂觀

在生產企業實習中，由于整個生產流程附屬內容很多，而且生產流水線通常較長，學生在實習過程中很容易被與專業內容無關的東西所吸引，造成要學的東西沒學到，使得實習效果不佳。而目前的生產實習又多是參觀式實習，學生很少能夠真正參與到生產當中，導致學生對實習內容根本無法深入掌握。目前，材料成型及控制工程專業學生的生產實習質量很不樂觀。其原因如下：

一是企業不愿意接待實習生。隨著國家經濟體制改革和人們思想意識的變化，企業生產任務繁重，在市場經濟沖擊下，由于企業改制，生產實習也不可能以行政命令的形式強制企業接受。隨著學生數量增多，企業容量反而減少，因而企業擔心學生在車間實習會影響生產秩序和效益。特別是經濟效益好、設備先進、管理完善、制度健全的企業主要精力是完成更多的生產，提高其效益，往往找各種理由拒絕學生實習；雖然有些企業愿意接待學生實習，但他們生產任務不多、設備陳舊、工藝落后、人員素質欠缺，學生無法看到生產工藝的動態過程，只能看到靜止不動的設備，這一來，學生就沒有實際動手的機會，實習效果不盡人意。由于大多數生產企業都有安全風險問題，企業擔心學生進入企業后出現安全問題，因此，企業不愿意承擔安全風險。

二是學生積極性不高。當前由于材料行業中發展較好的企業并不多，以及學生的觀念問題，導致學生們對專業產生厭惡心理，畢業后不愿意從事本行業，缺乏學習興趣，致使實習積極性不高，實習效果不理想。甚至個別學生實習目的不明確，認為實習只不過是形式而已。[5]

二、生產實習改革思路及成果

針對材料成型及控制工程專業學生生產實習中存在的問題，為了在有限的時間內提高實習質量和實踐教學效果，讓學生在學期間能夠最大化地提高實踐能力，除了需要建立穩固的校外生產實習基地、建立開放的校內實習基地、建設高水平實習指導教師隊伍以外，還要創立多種實習形式來豐富實習內容。本項目具體改革思路如下：

（1）錄制和制作材料成型及控制工程專業鑄造、焊接和鍛沖三個模塊的國內外典型生產線、代表性零件的生產過程、生產組織及管理等方面的多媒體視頻影像資料。

（2）開發制作典型設備和生產工藝的3D動畫，揭示典型設備的工作原理和工作過程，以及典型生產工藝流程和細節。

（3）創建材料成型及控制工程專業數字化仿真實習系統，實現學生的自主學習和虛擬實習，為下一步到工廠實際生產實習打好堅實基礎。

（4）通過本項目培養出一支具有較高水平的實習指導教師隊伍。

（5）對沈陽工業大學材料成型及控制工程專業進行生產實習教改實踐，由以前的傳統生產實習模式改革為數字化生產實習和工廠實際生產實習相結合的模式。

改革成果：本項目創建材料成型及控制工程專業數字化仿真實習系統，引入多媒體虛擬實習，并注重國內外領先工藝和技術。其中數字化仿真實習系統軟件包括三張光盤，內容涵蓋國內材料成型及控制工程專業鑄造、焊接、鍛造三個模塊的典型生產線、代表性零件生產過程、生產組織及管理、車間廠房、企業文化等方面的多媒體視頻影像資料；國際上先進的材料成形工藝、設備和技術方面的視頻材料；噴射沉積、平面流鑄、高壓多觸頭造型等典型設備和生產工藝的3D動畫，等等。

實習時，先在校內進行數字化仿真實習，然后去企業進行實際生產實習，從而在降低實習費用的情況下，較大程度地提高生產實習質量，真正達到生產實習的實踐教學效果，為培養合格的材料成型及控制工程專業的科技人才和高質量的鑄造、焊接和鍛壓工程師奠定堅實基礎。

三、生產實習改革的實施方案

第一，聯系校外生產實習企業，進行金屬材料類材料成型及控制工程專業實際生產狀況方面的調研，總結出其三個模塊（鑄造、焊接和鍛壓）的主要工藝和設備、主要產品類型及其生產線，分析了金屬材料類專業前沿技術和最新工藝的應用狀況，以便修訂與本專業發展相適應的生產實習教學大綱和實習內容。

第二，根據生產實習大綱、“材料成形工藝”及“材料成形設備”等課程內容，項目組研究確定材料成型及控制工程專業三個模塊具體需要錄制的工廠實際生產的視頻影像內容，確定了需要制作動畫的典型設備和生產工藝，確定了制作3D虛擬仿真實習系統的典型生產線，并在學院領導的組織協調下專門召開一次本專業的研討會，廣泛征求本專業資深教師意見，力求使本項目開發創建的數字化仿真實習系統科學、實用、先進。

第三，分別錄制材料成型及控制工程專業三個模塊所需要的典型生產線、代表性零件生產過程、生產組織及管理、車間廠房、企業文化等方面的多媒體視頻影像資料，要突出重點，并注重錄像效果和攝像技巧。同時，搜集國際最先進的材料成形工藝、設備和技術方面的視頻影像資料。

第四，對多媒體視頻影像資料進行非線性編輯、加工和合成。緊扣生產實習教學大綱，將內容進行精煉，并加配教師解說錄音和文字字幕。讓學生在使用數字化仿真實習視頻后，能對本專業的國際和國內生產狀況有一個全面的了解，并對下一步的工廠實際生產實習做到心中有數、胸有成竹。

第五，通過電腦制作典型設備和生產工藝的3D動畫，如低壓鑄造工藝等無法實際觀測到的工藝過程或工作原理，有利于學生更好地掌握典型設備的工作原理和工作過程，以及典型生產工藝的流程及其細節。

第六，創建了材料成型及控制工程專業數字化仿真實習系統，實現了學生的自主學習和虛擬實習（虛擬實習就是以國際上先進的生產線影視資料為主線，再通過動畫形式展現生產線上每道工序工藝過程，立體再現生產線所涉及的設備、工裝等工作原理，達到學生通過虛擬實習就好像親臨現場，同時又能了解生產工藝和設備的工作原理）。

第七，在數字化仿真實習系統的開發和實踐過程中，培養出一支具有較高水平的實習指導教師隊伍。無論在實習內容的把握和教學方面，還是教師本身的專業知識和計算機能力方面，通過本項目的實施，項目組教師的水平均將獲得顯著提高。

第八，于2011年和2012年連續兩個年度對沈陽工業大學材料成型及控制工程專業本科學生進行了生產實習教改實踐。以往的生產實習模式是：共實習四周，去長春一汽二周，然后去朝陽柴油發動機廠一周半左右，剩余時間學生整理實習日記和實習報告，最后一天完成實習成績的考核和評定。經過兩年教改，現改革為：時間仍然為四周，但在實習的第一天就讓學生集中應用數字化仿真實習系統。在這一天的時間里，指導教師要指導學生應用數字化仿真實習系統軟件，讓學生對材料成型及控制工程專業生產的狀況有一個全面了解，知道到企業中應該學習什么以及如何去學習；讓學生對國內外先進的材料成形工藝、設備和技術方面有所了解。另外，學生在工廠實際生產實習的過程中，從工廠返回宿舍后的空余時間里，還可以自行利用數字化仿真實習系統軟件來鞏固實習效果。這樣，由以前的傳統生產實習模式改革為數字化仿真實習和工廠實際生產實習相結合的模式，從而真正提高了學生的生產實習質量和效果，達到了本項目的教學改革目標。

四、生產實習改革實施的效果及意義

第一，大大提高了學生的實習興趣。學生對生產實習本來就很期待，他們其實是非常愿意接觸工廠的生產實際的。生產實習的第一天就讓他們對自身專業的實際生產狀況有清晰而全面的了解，并對國內外先進的設備和工藝技術進行接觸，這種通過數字化仿真實習系統，提前介入實習的方式，更加促使學生產生了去真正的工廠車間學習實際專業知識的濃厚興趣。

第二，大大提高了學生的實習質量。數字化仿真實習系統充分利用計算機軟件技術、視頻攝像技術、圖像處理技術、三維動畫技術等，既注重工廠生產現場布局的全面觀察，又突出顯示生產過程中的局部和細節，使學生對生產實際中涉及的相關專業知識學得不但更全面而且更加深入。數字化仿真實習和工廠實際生產實習相結合的實習模式，在不增加學生實習經費的情況下，大大提高了學生的實習質量和效果。

第三，提高了學生的綜合能力和素質。數字化仿真實習系統不但直接指導學生如何來進行實習，讓學生對本專業的生產狀況有全面了解，而且讓學生領略到了多媒體技術、課件制作技術、圖像動畫技術等，擴大了知識面，增加了感性認識，有利于培養學生的實際生產意識，有利于增強學生的工程意識、社會意識和社會實踐能力，有利于發展學生的創造能力。

第四，培養出了一支較高水平的實習指導教師隊伍。

參考文獻：

[1]陳旺生，任大軍，劉紅.大學工科生產實習的現狀和思考[J].吉林教育，2008，（19）：28-29.

[2]仵海東，劉筱薇，曹鵬軍.金屬材料工程專業的生產實習教學[J].中國冶金教育，2011，（5）：56.

[3]陳寶書，欒道成，賀毅，等.面向21世紀的材料本科專業生產實習改革創新與實踐[J].高等教育研究，2008，（4）：80.

[4]趙勇桃，趙莉萍，周軍偉.淺談工科院校金屬材料專業實習的現狀和思考[J].科技創新導報，2012，（10）：149.

[5]萬明攀，田琴，李遠會，等.材料科學與工程專業生產實習教學探討[J].陜西教育，2010，（1）：188.

（責任編輯：孫晴）