塑性成形理論教學與實踐的整合優化

摘 要:隨著時代的發展，縮小學生的能力與社會需求的差距，增強學生的就業竟爭力是各高校面對的主要問題。本文采用經典塑性成形理論分析、物理模擬與CAE相結合的思路與方法，對塑性成形理論教學與實踐進行整合與優化。最終提高學生對專業基礎理論的理解與興趣，增強學生對專業理論融會貫通能力，培養學生職業竟爭力和解決工程項目的能力。

關鍵詞:塑性成形理論 教學改革 有限元技術 整合優化

中圖分類號:G420文獻標識碼:A文章編號:1673-9795(2012)08(a)-0082-02

模具工業被我國正式確定為基礎產業，塑性成形與模具專業方向的人才需求看好。但是，學生實踐經驗不足，動手能力差，日益成為制約學生就業的瓶頸[1]。在高校課程體系改革中專業課時壓縮的大背景下，如何增強學生分析和解決成形工藝與模具設計問題的能力，提高教學效果，是我們長期關注和思考的一個急需解決的問題。現在的大學本科生“回爐”，重新參加技能培訓的現象也不在少數，其根木原因是理論知識的學習與實際生產之間的過渡大，學生難以將兩者一很好結合。另外，本專業直接涉及塑性成形理論的塑性成形原理、金屬體積成形工藝和材料成形過程模擬三門課程的教學各自獨立，造成學生學習脫節，掌握基礎知識和提高自身能力的效果不理想[2]。因此，注重和加強基礎理論的教學，突出理論教學與實踐應用的相互滲透和融合，通過堅持工程科學教育與工程實踐訓練并舉，是非常關鍵與必要的[3]。

1 教學現狀及發展趨勢

塑性成形理論涉及數學、塑性力學等知識，展開推理困難，致使本課程的教學方法類似“填鴨式教學”，對學生掌握與應用產生障礙，多數學生對塑性成形理論產生困惑與恐懼。隨著教育體制的改革，對學生素質教育的培養越來越重視，理論與實踐的結合得到關注。如何縮小學生的能力與社會需求的差距，如何增強學生的就業竟爭力是擺在工科院校面前的事實。有限元技術在增加產品和工程的可靠性、減少試驗次數和試驗經費等方面，具有不可替代的作用與優勢。跟蹤塑性成形技術發展，以實踐課程教學為主線，與畢業設計緊密結合，注重加強DEFORM，DYNAFORM等CAE軟件的應用教學，培養學生的應用專業軟件的能力，是極其必要的。對相關課程理論教學和實踐教學的內容進行整合優化，更顯得意義重大。

隨著科學技術的發展，塑性成形技術越來越呈現出技術融合的趨勢，對塑性成形理論的教學改革是也勢在必行。一方面塑性成形技術的進步需要從相關學科的發展中吸取自身發展的動力，如在塑性變形機理的研究中，要利用材料科學和力學的進步來深化對塑性成形中材料組織性能演化規律的認識;在塑性成形工藝優化中，需要利用計算數學和計算力學中的新方法等。另一方面，科學技術的發展也對于從事塑性成形理論研究和技術開發的科技人員提出了新的要求和挑戰。原有的塑性成形理論已經不能滿足現代的科學研究，必須將多學科聯系起來才能很好的解決問題。有限元技術(CAE)就能很好的滿足實際的生產需要[4]。在塑性成形理教學和實踐教學中，根據社會需要不斷調整教學內容與方式，增加新的內涵，拓展專業發展的新空間，是現階段塑性成形理論教學和實踐教學改革的趨勢。

2 教學的整合和優化

如何進行材料成型及控制工程專業人才培養，培養人才如何適應制造業的生產、發展的需要，一直是學校課程體系改革的首要問題，也是現代企業對學校人才培養提出的新要求。通過對目前的教學情況總結和對現有的師資力量進行評估，塑性成形理論教學和實踐的改革從以下幾方面著手。

2.1 課程結構與內容綜合化、層次化

將材料成形原理、金屬體積成形工藝、成形過程模擬與實驗等內容綜合化，注重成形理論分析方法、成形工藝、有限元模擬技術的有機結合。以理論教學為依據，以技能培養為主線，形成理論、實驗、工藝、有限元模擬為一體、環節設置分層次、相互滲透、深化提高的課程結構體系是該研究項目的特色。

2.2 轉變教學理念，突出自主性、研究性學習

通過成形過程模擬和模擬結果數據庫，讓學生通過自身的實踐，觀察不同的設計參數對設計結果的影響，探索更好的設計方法;通過Matlab等軟件對理論公式進行建模計算，讓學生在掌握軟件基本功能的基礎上，就可加深對復雜成形理論公式的理解并掌握設計過程、設計理論和設計方法，從而有更多的時間進行研究設計方法和設計模型的建立等創造性的思維，從而把科學研究元素融入理論教學、工藝研究和實踐教學，實現自主性、研究性學習。

2.3 塑性成形理論教學與實踐教學過程同步化

對教學中遇到的典型工藝(鐓粗、拔長、沖孔等)，可以采用塑性理論、工藝實驗和有限元分析等多種方法進行分析和比較，對實驗和仿真結果能用理論分析給予解釋，同時對實驗和仿真結果進行比較，從而加深對理論方法更深層次的理解，促進理論、實驗和模擬仿真技術的融合貫通。

2.4 采用現代教學手段，使復雜問題簡單化，抽象問題形象化、動態過程可視化

將信息技術運用于本課程教學中，針對難教、難學的模鍛飛邊形成等內容，開發形象生動的成形過程和網格變化的動畫，制作形成了以工件、模具、成形過程模擬與結果、實驗結果、工程應用等全過程的素材資源庫，發揮傳統教學無法比擬的優勢，強化教學效果，提高教學效率。結合科研過程中項目研究與開發的成果，針對復雜工藝環件軋制、擺輾等建立基于特種成形工藝的塑性成形過程模擬資源庫，為塑性成形理論教學與實踐教學提供輔助作用。

2.5 強化計算機輔助工程(CAE)應用，促進教學實驗平臺建設

成形過程模擬實驗室目前主要負責本科生的金屬成形過程模擬的實踐教學工作，主要使用DEFORM軟件。材料成形模擬及仿真的研究和應用發展很快，研究內容和教學內容都很多。從目前就業形式來看，有必要推廣DYNAFORM，Pam-Stamp等板料成形模擬軟件在塑性成形理論教學和實踐教學方面的應用，促進塑性成形理論和實踐教學在板料成形工藝方向的應用，將成形過程模擬實驗室建成具有鮮明特色和較高水平的重點教學實驗平臺。

2.6 生產案例和科研成果進課堂，能力培養項目化實現

理論知識與典型案例分析相結合，將技術服務和科研項目引入課堂，拉近理論與實際間的距離，課程設計，畢業設計題目都直接來源于生產實際，圍繞生產實際技術難題進行專題分析，將工程實踐和應用能力的培養項目化。

2.7 加強塑性成性理論教學和實踐教學環節的指導，建立評估機制

在實施與貫徹上，重視大作業、課程設計和畢業設計等實踐教學環節的作用，加深學生的認識，牢固樹立“理論和工程應用”相結合的分析方法與設計思想，培養學生工程素質以及工藝分析和模具設計的能力;研究實踐性環節的教學管理規范，做好實踐性環節教學規范、成績考核等制度建設。

3 塑性成形理論教學與實踐整合的教學效果

從塑性成形理論教學與實踐整合的運行情況看，多個班級(如2006級、2007級塑性成形與模具專業本科生)的教學實踐表明，教學效果比較明顯，具體體現在以下幾方面。

3.1 促進了學生對塑性成形原理基本理論的理解

塑性成形原理是本專業的基礎課，一些基礎理論學習與教學難度均很大。如在“摩擦對鐓粗變形的影響”的實驗教學中，摩擦系數無法達到0，也無法達到1。采用有限元與實驗相結合的方法，則變形過程一目了然，并能清楚地看到中性面的變化，教學效果非常好。

3.2 促進了本科生對塑性成形綜合應用能力的發展

本科畢業論文是本科階段最后的實踐項目，也是塑性成形綜合應用能力的試金石。在2010年本科畢業論文階段，嘗試將3名本科生的畢業論文與科研項目[精密塑膠件熱冷循環模具注塑成型技術及其產業化-廣東省科技廳(2009 B0906 00025)]結合起來，取得了良好的效果。研究內容解決了該項目中塑料流動與工藝優化關鍵問題，其中陳浩同學的畢業論文獲得2010年度湖北省優秀本科生畢業論文一等獎。

3.3 促進了學生自主研究興趣與創新能力的發展

采取學生自由組合的興趣小組的教學輔助模式，指導本科生申請大學生創新計劃項目。成功申請到論文作者指導、以本科生為項目申請人的武漢理工大學大學生創新研究計劃項目(“輪轂熱鍛模具多物理場分析與型腔優化”和“載荷模式對多金屬熱鍛模損傷的研究”)兩項，目前已完成相關項目內容、提交研究報告并成功結題。

3.4 促進了本科生就業能力的提高

目前，塑性成形與控制專業本科生就業情況良好，除了市場驅動外，也與本專業教學中大力引入CAD/CAE知識、適應市場需求息息相關。近年來，塑性成形與控制專業方向的本科生就業率均處于武漢理工大學前列。

4 結語

通過對塑性成形理論這門課程的教學改革，整合理論分析、物理模擬、計算機仿真多種分析方法在解決典型工藝和典型零件上的應用，促進塑性成形理論在理論教學和實踐教學中的貫徹與執行，重視學生創新思維能力的培養。最終促進學生的融會貫通能力和解決實際工程問題的能力，提高核心竟爭力和就業竟爭力。

參考文獻

[1] 徐春.應用本科塑性成形理論課程改革與實踐[J].重慶科技學院學報，2007(5): 163-164.

[2] A.E.M.Pertence，P.R.Cetlin.Analysis of a new model material for the physical simulation of metal forming[J].Journal of Materials Processing Technology， 1998，84:261-267.

[3] 單海校，劉國平.應用型本科高校工程技能教學的探索[J].高教論壇，2006(5): 73-75.

[4] W.Johnson.Developments in forming technology an engineering educator’s approach[J].Journal of Materials Processing Technology，1992，31:1-26.