塑料成型工藝與模具設計課程教學改革與實踐

紀 晶隋仁東李勝多胡彩旗

1.青島農業大學機電學院 山東青島 266109

2.青島農業大學教務處 山東青島 266109

塑料成型工藝與模具設計課程教學改革與實踐

紀 晶1隋仁東2李勝多1胡彩旗1

1.青島農業大學機電學院 山東青島 266109

2.青島農業大學教務處 山東青島 266109

分析了塑料成型工藝與模具設計的課程特點及當前教學過程中存在的問題，從教學方法、教學手段方面進行了探討，提出了綜合采用任務驅動教學、項目導向教學、啟發、互動式問題討論與總結教學4種教學方法，并進行了教學實踐。教實踐表明，4種教學方法的綜合應用，在提高了教學效果、激發學生興趣和自信心的同時，也提升了學生的專業能力和素質，拓寬了就業面。

教學改革；模具；任務驅動；項目導向

塑料模具在塑料成型加工中占有重要地位，其模具數量達到國內模具總量的40%。塑料制品在汽車、機電、儀表、航天航空等國家支柱產業及生產、生活的各個領域中得到了廣泛應用。為了發展模具工業及適應工業需求，我校的機械設計及其自動化專業本科生在大四的上學期開設了塑料成型工藝與模具設計課程。大四的學生因面臨著就業、考研、專業課學習、畢業設計等多重任務，學生平日事情多、時間緊、壓力大，上課經常遲到或缺課，且上課積極性不高、對專業內容的學習往往提不起興趣，教學效果較差。針對以上情況，如果還是采用圍繞大綱系統地滿堂灌式授課，就很難調動學生學習的積極性和主動性，尤其對于一些復雜的模具結構，如果學生沒有強烈的求知欲望是很難讀懂結構、理解動作原理的。

塑料模具設計作為一門理論性、實踐性很強的專業課，該課程模具圖例多、結構和運動關系復雜，對圖形結構的空間想象力要求高；課程內容枯燥，授課難度大，學生理解較吃力，對教師的能力和經驗要求高。近年的教學實踐表明，學生對該門課程的理解和應用能力并不理想。究其原因主要是對模具結構、原理不甚了解。

1 課程教學過程中存在的問題

以往的教學方法多是采用多媒體幻燈片(PPT)配合部分模具結構的動畫演示授課，這種授課方式存在一定的局限性，表現在以下幾方面。

(1)幻燈片上的模具圖例是靜態的，學生很難將靜態的模具結構轉換成模具各零部件之間的動態關系。如對模具分型面內容的學習是理解模具結構及動作順序的基礎，但僅依據靜態的模具結構很難準確地判斷出分型面的位置，特別是一些具有雙分型面和多分型面的復雜模具，更是無從著手。

(2)Flash動畫演示具有較好的教學效果，但對復雜的塑料模具結構，學生是在瞬間內被動地接受模具結構件的運動信息，在思維轉換上會存在一定時間段的思維盲區，隨著動畫動作過程的往復進行，似乎恍然了解了模具結構運動原理，實問則似是而非；尤其是對于具有兩個以上分型面或具有側抽芯的復雜模具結構，分型面每一次分型完成的工序內容、分型和側抽芯的運動關系、頂出和復位的實現等工序內容，學生看過動畫后大多是懵懵懂懂，回答問題不知所以然。

綜合以上情況，這種通過被動方式接受的圖像、文字信息存在以下不足：接受快，理解不夠具體深入；動畫本身就簡化了模具結構，因而對模具總體結構、工作過程的理解和認識不夠全面。

2 課程教學改革實施

2.1 教學方法和教學手段改革

基于以上情況，根據筆者多年的教學經驗和教學實踐，決定將授課方式由學生單一、被動接受方式向手腦并用的主動接受方式轉變、將教學手段由“口授、PPT幻燈片”向“實物建模、多媒體、網絡化”轉變。讓學生在學習理論知識的同時進行模具的三維建模，以獲得感性認識，激發學習熱情，提升專業技能。配合上述教學改革方式，在教學中綜合采用任務驅動教學法、項目導向教學法、啟發、互動式教學方法，調動學生學習的積極性和主動性，提高教學效果。

2.2 任務驅動和項目導向教學方法的實施

(1)學生分組

將學生按學習成績和專業能力不同進行分組，將不同級別的學生劃分到一個小組，這樣有利于學生在項目活動中發揮各自優勢，便于學生間相互學習、交流和合作[1]。

(2)項目、任務分配及實施

項目分類及每項任務的內容見表1。各小組圍繞著項目任務展開工作，在產品成型工藝分析、模具關鍵參數的校核計算、澆注系統的設計、成型零部件的結構及工藝性設計、脫模機構設計、側抽芯機構設計、導向系統與模架的選擇、排氣及冷卻系統設計、應用CAD/CAM軟件進行三維及二維工程圖的繪制等任務環節中，圍繞工作任務和時間要求展開討論，制定出詳細的工作步驟和成員分工，小組成員圍繞任務進行設計工作。在這一過程中，教師不灌輸理論知識，而是參與和引導學生進行積極地探索，使學生通過實踐積累增長知識[1,2]。

表1 項目導向、任務驅動教學方法的項目、任務及問題

學生每完成一個項目的任務后，教師在課堂上展示他們的階段成果和最終成果，肯定取得的成績和進步，找出缺點和不足。

2.3 啟發互動式問題討論與總結

啟發、互動式教學能充分調動學生思考問題的主動性，激發創新式思維，變消極、被動的學習為積極、主動學習，在教學中起到事半功倍的效果。

(1)階段性互動討論

根據表1中的“問題討論與總結”中的相關問題進行大討論，讓組內成員根據自己的設計任務，圍繞“問題”展開討論，形成組內答案。集體討論時，各小組推出組內代表，表達組內答案，最后由教師協助梳理知識點，概括各項目中的重點和難點內容，并總結設計方法和經驗。

(2)課終啟發式知識升華

塑料成型模具中，雙分型面注射模具和側向抽芯注射模具是結構比較復雜的兩種模具，如圖1和圖2所示。弄清楚這兩種類型的模具結構和工作原理是學好模具設計課程的基礎。在完成表1中的各項目任務后，學生對常見塑料注射成型模具已經建立起比較系統的結構框架，對其工作過程也有深入的了解。在此基礎上，教師對每組學生布置如下任務。(1)比較圖1、圖2(另：提供動畫演示)中兩種模具結構的相同點。(2)根據圖1，說明圖2所示的模具在結構上如何實現側抽芯功能。對于題目1，學生經組內比較分析后很快即能匯總出答案，而題目2將模具結構和功能的關系提升到了新的高度，學生會感到困惑、茫然，此時，教師可啟發學生通過分析圖1和圖2中不同的模具結構部分分析其能實現的功能，通過比較模具結構，尋求、發現問題的答案。

以上通過利用啟發式教學方法，層層深入、循序漸進地引導學生認清兩種模具結構的本質區別、聯系，深入、透徹地理解兩種模具結構的工作原理、動作順序和模具功能，使學生對注射模具結構的理解和實現方法的途徑達到了更高的認知層次。

圖1 雙分型面注射模

圖2 側向抽芯注射模

3 課程教學改革實踐效果

3.1 變被動為主動 提高了教學效果

以往教學中，教師是主導，學生是被動接受知識的客體，這種以教師為中心的授課方式，客觀上限制了學生潛能的發揮；而任務驅動和項目導向教學方法的綜合應用，使學生成為教學活動中的主動者，教師由原來主導者轉變為引導者和協作者，指引學生掌握完成項目所需知識，協調項目訓練。這極大地激發了學生自主學習、求知探索的欲望和興趣，使學生在自主學習環境中，學習潛力得到充分發揮，學習積極性顯著提高；小組成員之間分工協作，共同解決問題，使學生的創造性得以充分的發揮[1]。由此，通過項目導向和任務驅動教學方法使學生在完成項目過程中極大地提高了學習能力、自信心及團隊協作能力，顯著地提高了教師講授、學生接收的教、學效果。

3.2 應用CAD/CAM軟件于模具設計中 拓寬知識面、增強專業技能

塑料模具結構復雜，僅借助教材上的圖例，很難準確把握模具裝配圖的結構，即便是從教多年的教師一時也很難講清楚模具的結構及原理。在項目導向和任務驅動教學法中，借助于Pro/E，UG，Solid Works，Cimatron等三維軟件，要求學生按任務要求，自行繪制模具中每個零件的三維結構圖，確定運動關系和安裝位置，再進行模具裝配圖的總裝設計和干涉檢查，經過對零件圖的三維設計和總裝圖的裝配設計，學生對模具結構不再陌生，對模具中各零件的裝配關系、運動關系及模具的工作原理逐漸明了[3]。

3.3 模具方面就業率顯著提高

據我校大學生就業跟蹤調查結果顯示，教改前學生選擇、從事塑料模具方面工作不足2%，教改后達到12%左右。教改實踐表明，學生對塑料模具的工藝分析、模具設計及計算、工程圖的繪制等專業知識和能力的儲備極大地提高了學生的自信心和學習能力，使學生敢于接受和挑戰具有高端技術的模具研發工作。

4 結束語

教學實踐表明，項目導向、任務驅動、啟發、互動式教學方法的有機結合、同時借助CAD/CAE三維繪圖軟件，成功地激發了學生的學習興趣和信心，培養和提高了學生的綜合素質和專業技能，取得了較好的教學效果。

[1]葉巍,魏蓉.基于塑料模具設計項目教學法的探索與實踐[J].華章,2012(9):206.

[2]黃曉峰.案例教學在模具設計與制造課程中的應用研究與實踐[J].中國現代教育裝備,2010(15):75-77.

[3]張洋,段磊.基于任務驅動的模具CAD/CAM技能實訓教學研究[J].中國現代教育裝備,2014(1):93-95.

Teaching Reform and Practice for the Course of Plastic Molding Process and Mold Design

Ji Jing1, Sui Rendong2, Li Shengduo1, Hu Caiqi1
1. College of Mechanical and Electrical Engineering, Qingdao Agricultural University, Qingdao, 266109, China
2.Teaching Administration Office, Qingdao Agricultural University, Qingdao, 266109, China

In this paper, the course characteristics of “plastic molding process and mold design” and the current problems in the teaching process are analyzed. The teaching methods are discussed. The four kinds of teaching methods such as the task driven teaching, the project oriented teaching, the heuristic teaching and the interactive teaching are presented in detail. The practice teaching shows that the comprehensive application of the four teaching methods can not only improve the teaching and learning effects, stimulate the interests and self-confidence of students, but also enhance the professional ability and quality of students, broaden the employment surface for them.

teaching reform; mold; task driven; project oriented

2016-09-14

紀晶，博士，講師。

青島農業大學應用型人才培養特色名校建設工程教學研究項目(編號：XJG2013040)。