信息化教學背景下“沖壓工藝與模具設計” 課程教學做一體化探索

楊兵 鄭家房 陳傳勝 張作勝 杜蘭萍 劉曉艷

[摘 要] 近年來，以智慧課堂為代表的信息化教學成為先進的教學改革手段在高校課堂教學中得到廣泛運用。該文通過教學效果診斷分析發現，實踐性很強的沖壓模具設計課程通過信息化教學和教學做一體化進行“復合教學”，可以獲得更好的教學效果。

[關鍵詞] 智慧課堂;信息化教學;教學做一體化;復合教學

[基金項目] 2018—2020年度職業院校信息化教學研究課題“基于CAD/CAE/CAM的汽車覆蓋件沖壓工藝與模具設計”（2018LXB02450）;

2018年度安徽高校自然科學研究重大項目（KJ2018ZD060）;2017年度安徽省省級質量工程大規模在線開放課程（MOOC）

示范項目“沖壓工藝與模具設計”（2017mooc193）;2016年度安徽職業技術學院校級質量工程“汽車結構件輕量化關鍵技術

研究”（azy2016kj03）

[作者簡介] 楊 兵（1986—），男，安徽合肥人，安徽職業技術學院講師，在讀博士研究生，研究方向為沖壓模具設計。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）23-0367-03? ? [收稿日期] 2019-10-11

2019年2月13日，國務院正式印發《國家職業教育改革實施方案》，文件指出經過5～10年左右時間，職業教育基本完成由政府舉辦為主向政府統籌管理、社會多元辦學的格局轉變，由追求規模擴張向提高質量轉變，由參照普通教育辦學模式向企業社會參與、專業特色鮮明的類型教育轉變，大幅提升新時代職業教育現代化水平。將構建職業教育國家標準，啟動1+X證書制度試點工作;促進產教融合校企“雙元”育人，多措并舉打造“雙師型”教師隊伍;建設多元辦學格局;完善技術技能人才保障政策。這些措施俗稱“職教20條”，并且其中文件明確指出需要“建立健全信息化建設”。目前，以智慧課堂為代表的信息化教學手段為高職院校教學過程帶來了一場別開生面的改革，其優秀的教學過程成果可以通過每年舉辦的全國職業院校教學信息化大賽得到展示。“沖壓工藝與模具設計”作為模具設計與制造專業的核心課程，本門課在《中國制造2025》背景下培養學生具備中等專門技術人才和高素質勞動者所必須掌握的沖壓模具工藝與模具設計基本知識和技能，同時將沖壓工藝與沖壓模具通過先進的三維設計與分析軟件緊密結合，通過當前企業的產品作為研究對象進行項目式工藝分析和結構設計，基于工作過程的課程開發了八大模塊結構，結合沖壓實訓室，模具拆裝實訓室，數控加工實訓室等進行教學做一體化，最終通過沖壓課程設計，沖壓畢業設計突出創新應用能力。作為一門理論與實際結合很強的課程，教學過程中除了采用現代化教學信息化的手段外，還需要輔助教學做一體化的教學過程，這樣才能培養出具有更高職業素養能力的學生，從而滿足企業對高質量人才的需求。

本文以模具設計中“拉深模具設計”為例創新性地提出“三階段”教學改革：（1）統一教學與分組教學，個體學習與個別指導”靈活運用啟發式教學法、項目導向法、實例解析法、練習指導法等組織教學。（2）“教、學、做”相結合的教學法，實驗實訓室現場教學+實例觀摩+分組實際演練。（3）“工學結合、融入式教學”教學法：以海爾模具、浩源模具等為平臺，結合實際生產遇到的新問題為研究項目，實現“課堂小企業，理實交融;企業大課堂，德技兼修”。

一、信息化教學實踐

信息化教學是通過運用現代信息技術手段，開發教育資源，優化教育過程，以培養和提高學生信息素養為重要目標的一種新的教育方式。職業教育中常見的信息化教學手段，是把課件、視頻等教學資源進行整合加工后導入職教云中我的云學苑，除了提前設置導學內容引導學生預習，教師還可以提前把課堂提問、頭腦風暴等提前進行教學設計。這樣在課堂教學過程中，師生可以通過手機上下載的云課堂軟件共同完成教學過程，課后學生可以完成老師預留的作業。下面以“沖壓工藝與模具設計”課程中“拉深工藝與模具設計”為例，對課堂教學過程如課前預習、課堂教學、課后復習加以陳述和分析。

首先進行課前預習，筆者在云課堂中設置了相關的拉深視頻，并提出問題進行討論：“我們日常生活中哪些產品是拉深模具制造的？結合前面所學彎曲工藝與模具設計知識，如何對拉深變形過程進行應力分析？”根據學生的討論情況，筆者判斷出學生對于拉深模具、彎曲模具、翻邊模具得到的產品容易混淆。這個在課堂開始階段筆者會對此進行詳細解答。由于高職培養方案注重于實用性和創新性，對于復雜的理論公式推導不宜花太多的時間來研究，但是對于模具設計中的工藝分析需要了解成型中產品的基本的應力分析。但是值得欣喜的是，通過同學們的討論，筆者發現他們已經有了通過建模來研究拉深產品的工藝變形過程的意識。因為在前面的彎曲工藝與模具設計章節中，曾引導學生怎么對一個陌生的變形過程建模來簡單的分析應力，我們把板料通過畫線的方法分割成一個個正方形，當板料完成模具的彎曲后，我們發現外側板料的正方形變成了水平方向的長方形，那意味著外側的板料受到了拉應力，而內側板料的正方形變成了垂直方向的長方形，那意味著內側的板料受到了壓應力。因此我們得出了一個非常重要的結論：“在彎曲過程中，外側板料受拉，內側板料受壓。”從而引導出中性層的概念，這樣同學們記憶很深刻。這次學習新的課程內容，他們自然而然聯想到當時講的方法：通過網格法來判斷拉深應力。通過預習的視頻，同學們發現無凸緣拉深的坯料是通過圓形的坯料來完成的，通過網格法，他們把板料分割成一個個的同心圓。他們發現坯料由原來的扇形變成了現在的矩形。但是究竟在什么應力下才能由扇形變成矩形，他們充滿了疑問，帶著疑問我們開始了課堂教學。這樣有的放矢地進行課堂教學，教學效果更好。

在課堂教學過程中，筆者首先對第一個討論的問題進行了解答，并強調第二個問題是我們此節課的重點：板料在什么應力下才能由扇形變成矩形？通過制作一個動畫示意的方式，學生們明白了原來扇形可以通過兩側受壓、前后受拉的方式由扇形變成了矩形。這樣他們就知道了板料在拉深過程中重要的應力狀態：切向受壓應力，徑向受拉應力。通過資源庫導入簡單的動畫模型避免了復雜的理論推導過程，而且正是因為切向受到壓應力，板料才會發生起皺現象，從而引出了本節課的重點：拉深中的起皺現象。為了調動同學的積極性，我們開展了頭腦風暴：如何減少拉深中的起皺現象。通過歸納同學們意見后，我們確定模具的壓邊圈設置是最有效減少起皺的方法。為了增加課堂的學習氣氛，我們對模具進行了虛擬裝配，把班級分成小組，進行了小組PK，看哪個小組能準確完成拉深模具結構的準確裝配。這樣，學生在比賽過程中又加深了對模具結構的理解。為了準確把握學生對本節知識的掌握情況，我們還進行了課堂測驗，通過測驗了解學生對哪些知識點仍然存在薄弱現象，從而有的放矢的進行補充。在課堂教學過程后，利用云課堂作業布置對本次課程進行鞏固。如果有同學對知識點仍然不了解的，可以通過職教云提前錄播的MOOC課程進行復習，而教師本人可以對云課堂軟件獲得的大數據進行分析，對教學過程進行反思，對學生獲得知識進行總結，對學生的表現進行評價。

二、教學做一體化教學實踐

因為模具類專業是一門實踐類很強的專業，除了掌握扎實的理論知識，企業希望學校培養的學生在模具相關設備操作可以快速上手，對沖壓產品可能出現的各種缺陷可以利用所學的知識來處理，可以通過過程控制來得到高質量的產品。這樣會減少學生二次培訓時間，為企業增加效益的同時降低了成本。為了實現“教”“學”“做”一體化目標，我們分別在常規教室、模具設計室和數控加工車間開展了教學。針對拉深工藝設計內容：第一步，采用傳統的教學方法在課堂上面授的形式。首先根據體積不變原理計算了毛坯的尺寸，然后根據極限拉深系數來判斷拉深次數，并且根據實際拉深系數來計算半成品的尺寸，最后確定模具的相關尺寸。第二步，同學們在模具設計室根據計算確定前面的工藝參數進行三維模具造型，并且導出可以加工的程序。第三步，在數控加工車間，同學們可以利用數控銑削方式加工制成所需要的模具。教學目標達成后，學生能正確進行模具設計時的工藝計算，能完成中等復雜程度的模具設計任務，基本能完成沖壓模具的安裝、調試與制件的生產操作，通過教學做一體化教學改革，教學效果得到了明顯改善，同學們避免了“眼高手低”的弱點，提高了學生的職業競爭力。然而在教學反饋來看，“教”的內容仍然拘泥于傳統教材，與現代化的模具CAE工藝設計方法相差甚遠，導致學生的知識結構與職業技能仍有一定的脫節。同時，教師需要在課堂講授較多的理論知識，而學生的接受能力具有差異，導致同學們掌握的程度參差不齊，這直接導致后續的“學”“做”效果大打折扣。

三、信息化教學和教學做一體化復合教學

為了實現培養高質量學生的目標，可以采用信息化教學和教學做一體化復合的教學模式。首先教師要走進工廠，和工廠的工程師一起學習和共同分析解決生產中出現的各種問題，然后把最新的專業技能和知識進行提煉，開發校本特色教材，并且通過信息化手段實現相關課件、視頻、動畫等教學資源在線，開放了大規模MOOC課堂，最終達到學生在課堂上“身臨其境”的學習到最新的生產方法和工作技巧。如下是汽車覆蓋件拉深模具設計復合教學改革的措施。

（一）校企合作，線上線下一體化信息化教學

首先進行課程設計中“教”部分的改革創新。通過校企合作，訂單式培養，采用現代學徒制，和企業共同開發校本教材，具體操作中把課堂“搬到了”長安汽車的生產車間，讓同學“連線”行業專家，讓行業資深工程師帶來模具設計中最新理念，并且通過在線觀看了汽車車門板如何實現從平板毛坯經過各道級進模具成型從而得到最終產品的過程，讓同學對實際生產有個感性的認識，而且針對傳統教材中的重難點分析計算，我們通過上線提前錄制完成的教學視頻，這樣即使同學們課堂上有未掌握的知識點，他們也可以通過課后觀看視頻來理解，而課堂的教學更多的通過提問、答疑以及頭腦風暴的形式來調動學生的學習積極性，提高教學效果。

（二）項目式教學，教學做一體化設計

針對模具設計中的工藝設計“學”部分，我們對教材傳統的計算法進行簡單概述后，對學生進行分組，采用項目式教學方法把教學內容整合成六大模塊，采用當前企業使用的最先進的CAE分析軟件Autoforrm進行逆向分析得出最優的工藝參數。首先需要對軟件的英文界面進行了介紹，讓同學知道每個命令的作用，然后筆者和同學們一起進行觀摩福特研發工程師對汽車梁類產品進行實際CAE仿真過程，整個工藝分析主要包括沖壓方向的確定、沖壓工序的安排、壓料面的確定。仿真結果的顯示。如果仿真結果顯示有起皺和拉裂問題，那么需要重新調整模具圓角等參數，或者增加拉延筋等方法進行重新設計，同學在這個過程中可以觀摩完工程師的做法后自行進行CAE仿真學習操作。遇到問題還可以在線與工程師進行溝通。在仿真結果安全的情況下最終從CAE軟件中可以得出坯料線、CAE分析線。凸模輪廓線等工藝參數。通過導入這些工藝參數同學們可以在老師的指導下在CAD軟件UG中進行三維建模，然后通過UG軟件把建模完成的的凸模、凹模、壓邊圈等結構導出適用于數控加工的dxf刀路圖，為了檢驗同學編程的正確性，我們對其還進行了數控仿真。在仿真結果正確的前提下，同學們利用數控加工CAM的方法對模具部件進行銑削加工，在同學們親自動手進行加工過程中，他們又復習了數控銑削對刀方法、三坐標檢測方法、線切工加工方法。最終用加工合格的模具結構和彈簧、銷釘、螺釘等標準件進行組裝就可以得到完整的模具了。在整個教學工程中，所有的教學資源都實現了上線，同學們可以隨時進行點擊學習，而且在教學過程中有當前名企的工程師和老師共同的“教”，有同學們參考著一起“學”，并且實現親自動手操作進行“做”，最終實現“教學做一體化”的目標。然后通過試題庫中的試題對教學重點進行考核，并根據教學成果反饋有針對性地進行答疑解惑。

通過云課堂過程提取的教學效果分析發現，通過信息化和教學做一體化的復合教學，可以取得更加良好的教學效果。不僅學生可以隨時隨地把課件等理論知識當作“百科全書”，需要的時候隨時查閱，更重要的是通過信息化手段與現代最新的企業沖壓工藝技術接軌，更能“身臨其境”接受與一線的企業工程師答疑解惑，更好地為企業培養滿足各項要求的復合型人才。

參考文獻

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Exploration on the Integration of Teaching-learning-doing in Stamping Die Design Course under the Background of Information Teaching

YANG Bing，ZHENG Jia-fang，CHEN Chuan-sheng，ZHANG Zuo-sheng，DU Lan-ping，LIU Xiao-yan

（Anhui Vocational and Technical College，Hefei，Anhui 230011，China）

Abstract：Recently，informatization teaching represented by wisdom classroom has become the advanced teaching reform method and has been widely used in classroom teaching of colleges and universities.Through the analysis of the teaching effects，it is found that the highly practical course in Stamping Die Design can achieve better teaching effects through "compound teaching" of informatization teaching and the integration of teaching-learning-doing.

Key words：wisdom classroom;informatization teaching;integration of teaching-learning-doing;compound teaching