基于OBE理念的金屬擠壓與拉拔課程教學改革探索

謝玲玲，李景輝，張 龍，方進秀，章小峰，黃貞益

(安徽工業大學 冶金工程學院，安徽 馬鞍山 243002)

一、引言

工程教育專業認證是國際通行的工程教育質量制度，也是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎。自從我國加入《華盛頓協議》以來，我校材料成型及控制工程(簡稱材控)專業根據學科建設現狀，結合區域經濟發展的需要以及工程教育專業認證的標準，了解行業和相關企業對畢業生能力的要求，確定了該專業的培養目標，堅持“以產出為導向，以學生能力達成為中心”的成果導向(Outcome-Based Education，OBE)專業建設理念，強調對學生整個學習過程的全程跟蹤與進程式評價。

工程教育改革強調要以能力培養為核心，加強實踐教學，深化人才培養模式，并強調通過各種實踐教學環節，培養學生的實踐能力。我校材控專業數字化方向的畢業生就業大部分面向國內尤其是長三角地區中小企業，面向生產第一線。企業需要的是能盡快在工作中獨擋一面，具有較強的溝通交流、自主學習和工程實踐能力及創新精神的綜合應用型人才，這也是我們的培養目標之一。圍繞這一目標，我們著手對實踐教學的內容、方法和手段進行改革，增強本專業學生對金屬擠壓與拉拔的工藝與模具設計的能力，培養學生的實踐能力，提高實踐教學的效果。

緊密跟蹤學科前沿，改革傳統的實踐教學模式、提升模具數字化設計能力、產品質量控制能力和設備的操作能力是當前金屬擠壓與拉拔工程應用型人才培養方面需要研究和探討的重要內容。金屬擠壓與拉拔工程課程教學模塊必須以 OBE 理念為指導進行反思并加以調整， 探索符合工程教育認證要求的評價方法，力圖通過重構課程體系，加強專業理論學習，強化工程實訓，逐步增加綜合性、設計性實驗，加強實習環節等教學改革措施，引導學生借助計算機等手段理解、分析復雜工程問題，提出解決復雜工程問題的方案。

二、課程體系建設

按照“反向”設計思路首先確定專業人才的培養目標，然后細化到畢業要求，以此確定課程體系；再根據不同課程教學內容和知識、能力培養要求，確定課程教學方法；最后通過多元評價人才培養效果的達成情況，形成教學反饋與改進措施。

課程體系的建設是一個持續改進的過程，注重強化理論教學與實踐應用教學的相互交叉，著眼于學生的創新能力、工程能力和職業道德素養的培養。在課程設置方面，強化對學生工程實踐能力的培養，以企業和行業對本專業畢業生的能力要求為主線，突出對畢業生必須具備的知識、能力和素質的培養，訓練學生的創造性思維，提高其解決工程實際問題的能力，從而實現畢業要求的達成。

為適應新時期社會發展及鋁型材等有色金屬加工企業對高素質人才的需求，更好地促進畢業要求的達成，金屬擠壓與拉拔工程應用型人才培養的課程體系設置應符合作為數字化方向的畢業生具備知識面廣、動手能力強，適應性強的能力要求。經過認真探索、反復論證，依據“卓越工程師”的標準，我們努力探索并構建了以能力培養為主線，基于數字化設計的有關金屬擠壓與拉拔方面的工藝分析、模具設計與制造應用能力、創新能力和綜合適應能力的課程體系新模式，如圖1所示。

圖1 基于數字化設計的金屬擠壓與拉拔工程應用能力培養的課程體系構建

由圖1可見，課程體系模型清晰顯示了“擠壓與拉拔”教學模塊在OBE理念下的課程結構和課程組織形式，以專業技能培養為主線，與理論教學緊密聯系，并圍繞擠壓與拉拔工程教學為主要內容組織課程群，形成理論教學與實踐教學相結合，知識、能力和素質培養相融合，理論知識之間相互支撐的一體化課程體系。

該課程體系注重理論教學與工程實踐訓練的結合，要求學生通過“擠壓與拉拔”主題內容所涉及到的專業基礎課程和專業領域課程的學習掌握科學理論知識；為學生提供材料成型及控制工程專業的基礎理論知識，使其掌握一定程度的專業相關概念，初步接觸材料成型過程的實踐經驗，并了解工程師應具備的職業態度和職業素養，激發學生學習該專業的興趣。引導學生在課程設計、仿真模擬、畢業設計及各類實習等實踐環節構成“虛實結合”的生產環境中利用所學的理論知識完成對一個項目的構思、設計、實施和運行，培養學生系統的工程思維和能力。

三、教學改革與探索

(一)重構實踐教學，強化工程訓練

為提高學生的實踐能力，必須加強實踐教學，重構實踐教學體系。

1.加強和周邊企業的聯系，建立校企聯合培養機制。擬新增科藍特鋁業和新馬鋁業公司等實踐基地，讓學生走進模具制造與使用的真實環境，提高學生對模具知識的學習興趣。

2.建設校內實習實訓平臺，與校外實習基地形成互補。以重型實驗室的300噸臥式擠壓機和10噸冷拔管機為實訓平臺開展實驗教學，增加模具課程現場教學的環境，既提高了“模具的結構組成”“模具的安裝與調試”等章節的教學效果，又增加了師生互動的空間。

3.設計虛擬仿真技術教學平臺。在課程設計、大學生創新創業訓練項目和畢業設計等實踐教學環節實行虛擬仿真教學，讓學生采用HyperXtrude、DEFORM等商用有限元軟件對擠壓和拉拔成形過程進行數值模擬，根據結果分析設計方案和工藝參數的合理性，以獲得工藝優化方案。該教學方式使得教師在訓練學生的工程技能方面有了切實可行的抓手。

4.虛擬仿真基地的建設。為了突出強調工程訓練中學生創新意識、創新能培養的重要性，預增設擠壓與拉拔等塑性成形虛擬仿真平臺，讓學生虛擬觀察金屬成形流動過程和溫度、應力分布，通過數據分析優化工藝設計和模具設計。該仿真實驗是對課堂教學、實驗及實習等教學環節的高效補充，有助于學生金屬擠壓與拉拔成形工藝設計進入以模型化、最優化和柔性化為特征的工程科學階段。

綜合以上舉措建立立體交叉的、以提高實踐和創新能力為目標的創新型實踐教學體系，培養了學生解決復雜工程問題的能力，提高了學生的工程能力。

(二) 優化教學方法，促進目標達成

運用多媒體軟件制作一套“虛擬實習工廠”的輔助課件，進而實現實驗過程的虛擬操作與演示。課件以實習工廠為模塊，以基本設備和工藝過程為主線，采用多種途徑搜集素材，以工廠錄像、網絡視頻、3D 動畫及文字圖片多種形式制作。

以典型鋁型材件項目為載體，以擠壓與拉拔工藝及模具設計為主線，先給學生一個可以參照的對象進行范例教學，待學生掌握設計原則后進行自主創新設計，完成模具的設計與制造，最終達到課程要求。該項目學習的教學模式能促進學生主動性、合作性、反思性學習，培養學生的技術綜合能力和工程實踐能力。

為了科學有效地持續改進，現已開展了課程的形成性評價和過程性考核方式。目前已實行的形成性評價內容主要包括平時考核、課后作業及評價、課堂討論后的結論水平、隨堂測試結果、課程項目任務和模具設計水平等，同時適當增加了平時考核的權重，相對降低了期末考試的比重。過程性考核盡量從學生的學習成果角度和教師的教學目標角度綜合考查課程目標的達成情況。

(三) 拓展培養模式，孵化創新人才

新工科教育注重學生的創新創造和創業能力培養，為了達到教學大綱的要求，本專業積極拓展培養模式，逐步改進本科生導師制。

1.充分發揮本科生導師制的作用，把畢業設計開始時間提前到學生進入專業知識學習階段，讓學生能更早接觸并參與科研，同時也使學生可以接觸到前沿技術。

2.通過校企聯合指導，一方面提高了學生綜合運用所學知識直接解決現場生產技術問題的能力，另一方面，獲得的創新成果也能解決生產實際問題，體現了工程應用價值。

3.把科學研究引入教學過程，讓學生參與科研，受到不同程度的工程訓練，有利于學生專業意識、科研能力和創造力的培養，調動學生獨立探索知識的積極性，既促進了教學，更是提高了畢業生的綜合素質。

四、結語

以OBE理念為指導，針對金屬擠壓與拉拔工程課程教學模塊在參與工程專業認證過程中存在的問題進行剖析與改革，通過合理重構實踐教學環節、優化教學方法、拓展培養模式等方面加強培養學生解決復雜工程問題的能力，有效實現“理工融合”，進一步提升學生工程實踐能力和創新能力，提高人才培養質量。