基于復(fù)雜工程問題要求的材料成型及控制工程專業(yè)實踐教學(xué)改革

曹亮　王高升　陳國強

【摘要】本文針對專業(yè)認(rèn)證對解決復(fù)雜工程問題能力的要求，我校材料成型及控制工程實踐課程進行相應(yīng)的改進和調(diào)整。將工程實踐復(fù)雜工程問題融入到實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，以實踐項目驅(qū)動學(xué)生思考、探索和創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生靈活運用學(xué)科知識解決本專業(yè)材料成型及控制工程（模具方向）復(fù)雜工程問題的能力，以達到工程教育專業(yè)認(rèn)證對畢業(yè)要求。

【關(guān)鍵詞】專業(yè)認(rèn)證 復(fù)雜工程問題 實踐教學(xué)

【Abstract】Based on ability requirements of solving complex engineering problems， the specialty practice course of material forming and control is be improved and adjusted correspondingly in our school. The engineering practical complex engineering problems is assimilated into the practice teaching link， to practice project drive students thinking， exploration and innovation. The student will trained to apply knowledge to solve this major is material forming and control engineering （mould direction） ability of complex engineering problems， to meet the requirements of engineering education professional certification of graduation.

【Keywords】specialized certification； complex engineering problem； practice teaching

【中圖分類號】G420 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）50-0225-02

隨著我國改革開發(fā)不斷深化，“一帶一路”戰(zhàn)略的不斷推進，中國工程型人才正走向國際舞臺中央，新時代高等教育開始與國際高等教育最新發(fā)展的潮流包括發(fā)展理念、發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)等同頻共振。工程教育專業(yè)認(rèn)證就是其中一項，它對促進我國工程教育的改革、加強工程實踐教育、進一步提高工程教育的質(zhì)量、促進我國工程教育參與國際交流、實現(xiàn)國際本科工程教育的學(xué)位互認(rèn)具有重要意義[1]。工程教育專業(yè)認(rèn)證工作指南2015版特別從學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、課程體系等7個方面給出了標(biāo)準(zhǔn)和框架。其中畢業(yè)要求覆蓋的內(nèi)容中特別強調(diào)工程知識要求能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識用于解決復(fù)雜工程問題[2]。

我校材料成型及控制工程專業(yè)（模具方向）正緊張地進行專業(yè)認(rèn)證準(zhǔn)備工作，結(jié)合新要求新標(biāo)準(zhǔn)，展開對本專業(yè)相關(guān)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)進行持續(xù)改進。其中實踐課程是提高學(xué)生工程素養(yǎng)、培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的重要載體和形式，教學(xué)過程中應(yīng)該引起高度重視[3，4]。其中實踐課程總課時達到300多個課時，包括材料成形CAD/CAM技能訓(xùn)練、材料成形CAE技能訓(xùn)練、模具設(shè)計與制造綜合實踐、專業(yè)綜合實踐、機械工程材料實驗、材料成型計算機仿真技術(shù)實驗、沖壓工藝與模具設(shè)計實驗以及模具制造工藝學(xué)實驗等，內(nèi)容基本涵蓋工程問題復(fù)雜鈑金件模具設(shè)計的基本理論、基本方法，卻沒有形成一個系統(tǒng)的綜合的解決復(fù)雜工程問題的教學(xué)方法和思路。因此，從工程教育專業(yè)認(rèn)證的視角改進實驗教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容和評價，打造符合工程教育專業(yè)認(rèn)證的實驗課程，顯得尤為重要。

1.基于復(fù)雜工程問題的實踐教學(xué)分析和理念

以本專業(yè)材料成型及控制工程專業(yè)（模具方向）為例，為了較好的將理論與實踐相結(jié)合，每門專業(yè)課程都開設(shè)了相應(yīng)的實驗課程，有利于提高學(xué)生的實踐動手能力、分析與解決實際問題的能力。例如《機械工程材料》開設(shè)“材料的熱處理工藝及其對性能的影響”、“材料的非平衡組織特征與性能分析”、“材料的硬度測試及對比分析”等五個實驗課程。《沖壓工藝與模具設(shè)計》開設(shè)了“鈑金件沖裁成形過程實驗”、“模具在沖床上的安裝與調(diào)整”、“典型結(jié)構(gòu)沖模拆裝”等三個實驗等。然而這種實驗教學(xué)內(nèi)容單一性，實驗方法可“依葫蘆畫瓢”地按教師講解和指導(dǎo)書進行步驟操作，致許多學(xué)生僅把實驗當(dāng)作一件任務(wù)來完成，這對于創(chuàng)新思維和分析問題、特別是對解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)是非常不利的。為此，根據(jù)已有實驗項目，針對工程教育專業(yè)認(rèn)證工作指南2015版提出的“綜合運用數(shù)學(xué)、專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)知識、自然科學(xué)解決復(fù)雜工程問題”的要求，本專業(yè)結(jié)合實踐環(huán)節(jié)對上述實驗課程、實驗內(nèi)容以及實踐環(huán)節(jié)的梳理、綜合和改進，提出基于“汽車鈑金件成型性能分析與模具設(shè)計及制造”復(fù)雜工程問題的材料成型專業(yè)串聯(lián)式實踐教學(xué)。其實踐教學(xué)流程圖如圖1所示。該串聯(lián)式實驗教學(xué)涉及多學(xué)期多門課程多個實驗以及多個環(huán)節(jié)，其運用材料學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、機械學(xué)、彈塑性力學(xué)等，通過綜合多學(xué)科知識，解決汽車鈑金件成型過程中涉及結(jié)構(gòu)分析、成型工藝分析、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具制造、模具生產(chǎn)等所遇到的問題，從而充分調(diào)動學(xué)生的主動性和團隊創(chuàng)新協(xié)作精神，從理念、方法及實施各個階段培養(yǎng)學(xué)生運行所學(xué)知識解決料成型及控制工程專業(yè)（模具方向）領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力。

2.基于復(fù)雜工程問題的實驗教學(xué)設(shè)計與實施

“汽車鈑金件成型性能分析與模具設(shè)計及制造”復(fù)雜工程問題串聯(lián)式實驗教學(xué)由學(xué)科基礎(chǔ)課程教學(xué)實驗、專業(yè)課程教學(xué)實驗以及實踐教學(xué)環(huán)節(jié)自由串聯(lián)所組成，這些課程或環(huán)節(jié)中實驗項目通過實驗對象的調(diào)整、時間上的連接達到持續(xù)進行，如圖1所示。“汽車鈑金件成型性能分析與模具設(shè)計及制造”復(fù)雜工程問題的解決首先需要對汽車鈑金件材料進行選擇和分析。這將在大二學(xué)科基礎(chǔ)課《機械工程材料》開設(shè)“材料的組織特征與性能分析”、《理論力學(xué)》《材料力學(xué)》課程實驗項目“拉伸、壓縮實驗”、“測E實驗、扭轉(zhuǎn)實驗”、“材料的硬度測試及對比分析”中對汽車鈑金件材料力學(xué)性能和成形性能進行全面分析，獲得CAE仿真分析所需參數(shù)：板料密度、彈性模量、泊松比及各項異性指數(shù)等指標(biāo)。接著在大三學(xué)科基礎(chǔ)課《材料成形原理》實驗課程“鈑金件成形過程實驗”中，汽車鈑金件的各種形面類型進行成形性能分析，為CAE工藝補充面的設(shè)計提供支持。然后在專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)《材料成形CAE》課程完成汽車鈑金件成型仿真分析，確定合理的成形方案和工藝參數(shù)。在《材料成形CAD/CAM》對汽車鈑金件進行模具設(shè)計，建立模具三維圖，并編制模具數(shù)控編程加工程序。在《先進制造技術(shù)實訓(xùn)》中對模具部件進行加工制造。最后在大四專業(yè)課程《沖壓工藝與模具設(shè)計》“鈑金件沖裁成形過程實驗”、“模具在沖床上的安裝與調(diào)整”、“典型結(jié)構(gòu)沖模拆裝”等三個實驗中，對模具零部件進行裝配，安裝在沖床上對零件進行試沖，并對鈑金件成形后的質(zhì)量進行評價和分析，給出改進意見和方案。根據(jù)以上大學(xué)幾年實驗課程的學(xué)習(xí)，形成一份“汽車鈑金件成型性能分析與模具設(shè)計及制造”實驗報告手冊，并根據(jù)實驗過程的理論和經(jīng)驗，在大四綜合實訓(xùn)中，重新對汽車鈑金件進行成型性能分析與模具設(shè)計及制造，獲得合格的成形汽車鈑金件。

以上串聯(lián)式實驗教學(xué)通過汽車鈑金件分析—設(shè)計—檢測—改進—測試—生產(chǎn)等實驗課程環(huán)節(jié)，使學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力得到很好的培養(yǎng)。同時“汽車鈑金件成型性能分析與模具設(shè)計及制造”實驗對象本身就是企業(yè)復(fù)雜工程問題項目。通常本實驗教學(xué)改革，使本身單一的課程實驗得到深入的挖掘，滿足了專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中復(fù)雜工程問題的屬性，使課程實驗具備綜合性，涉及多方面技術(shù)、工程和其他因素，又建立合適的抽象模型，運用深入的工程原理使“汽車鈑金件成型性能分析與模具設(shè)計及制造”問題得到有效解決。

3.結(jié)論

本文基于專業(yè)認(rèn)證2015版標(biāo)準(zhǔn)強度解決復(fù)雜工程問題的要求，結(jié)合本專業(yè)課程實驗進行針對性綜合改革，通過將工程實踐復(fù)雜工程問題融合到實踐課程實驗環(huán)節(jié)，以實踐項目驅(qū)動學(xué)生思考、探索和創(chuàng)新，從而以基礎(chǔ)知識為依托合理地培養(yǎng)學(xué)生運用學(xué)科知識解決本專業(yè)材料成型及控制工程（模具方向）復(fù)雜工程問題的能力。隨著本專業(yè)認(rèn)證在認(rèn)證道路上的不斷深化和持續(xù)改進，對于如何將復(fù)雜工程問題更好融入到教學(xué)各個環(huán)節(jié)將有更深的理解和思考，這將為培養(yǎng)符合國際舞臺的工程型人才奠定堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

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作者簡介：

曹亮，男，湖南岳陽人，研究方向：復(fù)雜系統(tǒng)可靠性分析與優(yōu)化。