基于OBE理念的《鍛造工藝及模具設計》課程實驗教學模式探究

史雪婷 馮利邦 韓興瑞

（蘭州交通大學材料科學與工程學院 甘肅·蘭州 730070）

0 前言

金屬塑性成形廣泛應用于機械、冶金、兵器、船舶、航空、航天、汽車等部門，在國民經濟中占有十分重要的地位。鍛造是重要的塑性成形方法，在工業生產中起著舉足輕重的作用。《鍛造工藝及模具設計》是材料成型及控制工程專業重要的一門專業課程，課程要求學生掌握鍛造的基本理論和知識，并能對一般鍛件進行工藝分析、制定鍛造工藝流程及進行鍛模設計，具有初步分析鍛件缺陷，解決鍛件質量問題的能力。該課程具有概念和工藝眾多、模具型腔復雜、塑性流動過程抽象、眾多的設計原則和方法需要緊扣實際生產條件才能真正理解和體會等特點，是一門具有較強理論性和實踐性的課程，老師反映難教，學生感覺難學，使傳統的教與學難度都很大，極大地影響了課程教學效果和人才培養質量。實驗教學的開展可以培養學生靈活運用理論知識的能力，鍛煉學生的動手實踐能力及創新思維，使學生能夠獨立地分析和解決問題。從某種程度上說，實驗教學的好壞直接反映了一所高校的教學質量。近年來為了順應“互聯網+”時代信息化教育的發展趨勢，探索以學生為主體，教師為主導的教學模式，各高校逐步引入多媒體虛擬教學與互動教學等現代化教學手段，以推進現代信息技術與高等教育的深度融合，實現資源深度共享，提高教學質量，培養更能滿足工程教育專業認證要求及市場需求的應用型人才。

1 課程現狀及研究內容

2016年隨著中國成為《華盛頓協議》的正式會員以來，我國在工程教育認證實踐方面已經取得了較大的進步與發展。蘭州交通大學（以下簡稱為“我校”）材料成型及控制工程專業也積極參與了工程教育專業認證。《鍛造工藝及模具設計》是我校材料成型專業塑性成形方向所開設的一門重要的專業課，具有理論與實踐結合緊密、知識系統復雜、要求掌握的知識點多等特點，學生通過對課程的學習能達到對簡單零件制定鍛造工藝和進行模具結構設計的初步能力，能設計并實施與鍛造成形相關的實驗并分析實驗結果獲取有效結論的能力，對材料成型專業培養目標及畢業要求的達成起著重要的支撐作用。然而，目前由于課時壓縮、師資、設備及實驗室的短缺等原因，成型專業并未真正開設鍛造成形相關的課程實驗，同時也缺乏課程設計的實踐訓練，極大削弱了學生進行問題分析及模具結構設計能力的培養，而目前的高等教育卻越來越重視對學生實踐能力的培養。同時由于學生普遍存在鍛造方向就業面窄、就業環境差、就業前景不容樂觀等認知的偏差，使得學習興趣不大、動力不足、學習效果不佳，更談不上對其自主學習及創新能力的培養。

基于此，課程組慎重審視了課程教學中存在的問題和不足，將工程教育專業認證的學生中心、產出導向及持續改進的三大核心理念融入到課程大綱的修訂、課程設計和日常的理論及實驗課程教學中，進行了一系列改革與實踐探索研究。

本文主要對課程大綱修訂時課程目標的制定、課程實驗教學應用現代教育技術方面所做的研究與應用做一闡述。

2 基于OBE理念課程目標的制定

根據OBE理念，修訂了契合工程教育專業認證要求的課程大綱，特別是以我校材料成型專業畢業要求及其指標點為依據，凝練課程教學內容，制定了可衡量、可落實的5個課程目標，建立了課程目標與畢業要求指標點的支撐對應關系如表1所示。特別是新增了課程目標5，用來支撐畢業要求指標（點4.3所要求能力）（進行實驗并分析數據及獲得有效結論）的達成。

課程目標1：了解鍛造用原材料及性能特點、下料方法、鍛前加熱、鍛后冷卻及熱處理規范的制定等，能對影響鍛造工藝及鍛件質量的鍛前加熱、鍛后冷卻、熱處理等關鍵環節的工藝要素進行分析、比較、評價。

課程目標2：能對自由鍛件、模鍛變形缺陷產生原因及開式模鍛、閉式模鍛變形過程的影響因素進行對比分析，提出缺陷防止措施或評價對工藝的影響。

課程目標3：了解自由鍛工藝過程特征及設備、掌握自由鍛基本工序、理解模具對金屬流動的影響、掌握模鍛成形工步及工藝過程，了解常用模鍛設備，掌握工藝及模具設計的方法及設計要點。

課程目標4：依據鍛件不同結構特點，掌握工藝及模具設計內容及思路，能夠按步驟進行自由鍛工藝規程、模鍛工藝過程及鍛模設計。

課程目標5：能設計并實施與鍛造成形相關的金屬材料成形規律、變形機理、模具結構形式等實驗，分析實驗結果，研究變形規律，驗證或優化模型參數，并獲取有效結論。

表1：課程目標對畢業要求的支撐關系

3 現代教育技術在實驗課程中的應用與實踐

3.1 利用網絡課程實驗教學資源實現實驗課程翻轉

在學校現代信息技術中心與教育中心所建的網絡課程教育平臺，借助《鍛造工藝及模具設計》網絡課程教學資源，不僅可以在理論教學中開展線上、線下相結合的混合式教學，還可以實現實驗課程的翻轉。實驗課前老師要求學生登錄網教平臺瀏覽實驗視頻、實驗課程PPT等教學資料，了解實驗目的、內容、步驟、設備名稱及功能、操作要求及注意事項等。實驗課程中學生就可以把主要精力放在如何操作設備完成實驗、分析實驗結果并進行思考、答疑、討論。

利用具體、直觀的實驗視頻及集文字、圖片、聲音、動畫于一體的PPT課件，可以節省實驗中老師講授、寫板書的時間，增加課堂知識容量，給學生更多的動手操作和思考、分析討論的時間，不僅促進了實驗效果的提升，也增強了學生實際動手能力及分析問題和解決問題能力的培養。對于實驗中較抽象的塑性流動過程，利用視頻中的講解及課件中的動畫模擬，再結合實際操作過程中塑件形狀的變化，可以讓學生迅速、深入地理解和記憶，也能激發學生學習興趣及自信心的增長。

利用網絡課程資源實現實驗課程的翻轉，能切實感受到學生的變化，實驗課程中學生對實驗內容、實驗結果提出的問題增多、討論也更激烈，完成的實驗報告質量也明顯提高，真正實現了以學生為中心的教學理念，對實驗課程目標及畢業要求的達成提供了有力的支撐。

3.2 虛擬仿真技術在實驗課程中的應用

隨著虛擬仿真技術不斷進步，應用虛擬仿真技術開展實驗教學已成為實驗教學領域的熱點話題。我校成型專業開設的鍛造工藝實驗，由于實驗裝備成本高、能源和原材料消耗大，實驗過程存在高壓、高溫、金屬飛濺等情況，真實實驗具有較高的危險性等。因此經過多方努力，材料學院與北京潤尼爾公司合作，建立了我校材料成型專業塑性成形方向專業課程虛擬仿真實驗平臺。

傳統實驗大多數以驗證性為主，學生都是按照實驗指導書或實驗教師的指導進行操作的，實驗內容單一，缺乏主動性、設計性和創造性。應用虛擬仿真實驗平臺，在教學過程中，教師可靈活地增加各種設計性實驗內容，使學生根據實驗要求，自行設計實驗方案，并根據教學需要，實時設置符合生產實際的特色情景模式，最大限度地激發了學生自主學習的興趣，培養學生協作創新設計的能力及實踐動手能力，達到了課程教學目的，提高了教學質量。

傳統實驗教學評價體系也受到時間、空間的限制，往往帶有一定的局限性，不能全面客觀地反映學生過程性學習及對專業知識的掌握。在虛擬仿真實驗平臺上，管理系統可以對實驗操作過程進行全程記錄，并能實時輸出實驗結果，方便教師實時進行跟蹤分析，及時發現問題，針對問題原因進行實時輔導。利用平臺實驗結果評價體系，能實現學生實驗全程的跟蹤，自動評價學生在實驗過程中不同階段掌握相關知識的能力和水平。這種機制既能科學合理地對學生實驗能力進行綜合評價，又使教師從繁瑣的實驗報告評閱工作中解脫出來，減輕了教師的壓力，提高了工作效率。

虛擬仿真實驗技術的引入很好地解決了實驗教學中設備維護與學生動手能力培養之間的矛盾問題。同時實驗中學生獨立自主的操作能極大地激發學生學習興趣，培養協作創新和實踐動手能力。

4 結束語

不斷提高當代大學生的實踐動手能力，大力培養滿足工程教育專業認證及市場需求的應用型人才，是目前高等教育在新時代發展下關注的主要問題。按照 OBE理念將現代教育技術手段引人實驗教學的實踐表明，學生在學習興趣、工程實踐能力與創新能力等方面均有一定程度的提高，教學改革取得初步成效。