培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的《聚合物成型模具》課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革

0 引 言

國內(nèi)的工科教育已經(jīng)有100多年的歷史，門類齊全，體系完整，在國內(nèi)各行業(yè)的發(fā)展中起到關(guān)鍵作用。當(dāng)前全球科技的爆炸式發(fā)展，工科教育的不斷變革有著自身的內(nèi)在需求。由于歷史原因，國內(nèi)的工程教育未形成相對統(tǒng)一的質(zhì)量認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，被不少專家學(xué)者認(rèn)為國內(nèi)工程教育水平落后。但2016年我國正式成為國際工程教育《華盛頓協(xié)議》的成員國，標(biāo)志著我國工程教育標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證體系實(shí)現(xiàn)國際實(shí)質(zhì)等效

。同時一系列的因素促使我國工科類院校大力開展工程教育專業(yè)認(rèn)證工作，以期進(jìn)一步提高工科畢業(yè)生的培養(yǎng)質(zhì)量

。工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心是以學(xué)生為中心、產(chǎn)出為導(dǎo)向，致力于培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力

。天津科技大學(xué)高分子材料與工程專業(yè)是較早在北方地區(qū)以培養(yǎng)學(xué)生橡塑加工能力為主要培養(yǎng)目標(biāo)的工學(xué)專業(yè)，其課程體系完整，專業(yè)方向明確，涉及橡塑加工工程的材料配方、加工工藝及成型設(shè)備與模具3個模塊。為適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展趨勢，提高本專業(yè)教學(xué)水平，本專業(yè)也在以國際實(shí)質(zhì)等效的工程教育標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證體系中進(jìn)行教育教學(xué)體系再建設(shè)。但由于對“復(fù)雜工程問題”的理解偏差，導(dǎo)致實(shí)踐課程在選題、教學(xué)與考核等諸多方面與認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證體系的要求不匹配。

《聚合物成型模具》是天津科技大學(xué)高分子材料與工程專業(yè)的核心專業(yè)課，通過本課程的學(xué)習(xí)，致力于使學(xué)生了解聚合物成型模具的設(shè)計(jì)、制造、試模及應(yīng)用于生產(chǎn)的基本過程，掌握聚合物成型模具的基本構(gòu)成和原理，為從事聚合物成型模具設(shè)計(jì)及聚合物加工奠定技術(shù)理論基礎(chǔ)。與該門課程配套的聚合物成型模具課程設(shè)計(jì)是檢驗(yàn)學(xué)生掌握理論專業(yè)知識的關(guān)鍵教學(xué)工具，也是培養(yǎng)學(xué)生解決聚合物加工領(lǐng)域復(fù)雜工程問題能力的有效途徑之一，是課程教學(xué)改革的重點(diǎn)。

他仿佛看穿了我的心思，瞇著他的小眼睛對我說說，關(guān)之林，你不僅聰明，而且深沉，你比我提那些所謂的非分要求還要可怕。

現(xiàn)分析了《聚合物成型模具》教學(xué)環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀，針對目前教學(xué)環(huán)節(jié)存在的問題，闡述了聚合物成型模具課程設(shè)計(jì)改革思路及具體建設(shè)方案。通過教學(xué)改革檢驗(yàn)學(xué)生的知識體系，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐技能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，使學(xué)生能夠?qū)Ω叻肿硬牧霞庸すこ填I(lǐng)域的復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析，并通過設(shè)計(jì)合理的方案，有效地解決復(fù)雜工程問題。

4.師生互動教學(xué)設(shè)計(jì)。基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的開發(fā)與使用，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和任務(wù)，在課程講授方式的設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)創(chuàng)設(shè)一定的虛擬情境，讓學(xué)生有身臨其境的學(xué)習(xí)體驗(yàn)；情境盡量靠近生活，盡量真實(shí)，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)、探究、體驗(yàn)的動力。設(shè)計(jì)師生互動的幾個模塊和環(huán)節(jié)，甚至根據(jù)學(xué)生的即時提問，系統(tǒng)生成學(xué)生所需的課件網(wǎng)頁。這種“人—機(jī)”交互或者“人—人”交互式平臺，可以實(shí)現(xiàn)師生雙方的實(shí)時溝通、交流。課后討論的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)引入小組模式，實(shí)現(xiàn)分組合作的“學(xué)生—學(xué)生”的真實(shí)交流［6］，充分肯定學(xué)生的自主性、積極性和合作精神，從而激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)的積極性，調(diào)動其探索知識的欲望，提高解決問題的能力。

1 聚合物成型模具課程設(shè)計(jì)中的“復(fù)雜工程問題”

工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中提到的“復(fù)雜工程問題”必須具備的7個特征

，在《華盛頓協(xié)議》中有明確表述，但并不要求本科生教育完全達(dá)到這種水平。結(jié)合與其相聯(lián)系的知識框架要求及對于本科生要面對的工程能力特征描述可以看出，對于本專業(yè)聚合物成型模具課程設(shè)計(jì)的復(fù)雜工程問題應(yīng)具備以下部分或全部特征。

（1）設(shè)計(jì)中需要能綜合利用機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械加工、高分子材料成型工藝及成型設(shè)備中所學(xué)習(xí)的基本原理和方法，全面系統(tǒng)地思考才能解決的問題，具有復(fù)雜性，如型腔壁厚的確定涉及力學(xué)強(qiáng)度、剛度、材料溢邊值屬性、成型工藝條件等。

（3）與大多數(shù)課程設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的考核方式一樣，聚合物成型模具課程設(shè)計(jì)的成績主要是針對課程設(shè)計(jì)說明書及圖紙進(jìn)行評閱給分，考核方式單一，考核標(biāo)準(zhǔn)粗糙，缺乏對課程設(shè)計(jì)過程的考核，如設(shè)計(jì)過程中的討論情況、對教師質(zhì)疑應(yīng)答情況等均不能體現(xiàn)。

（3）能夠以新穎的方式創(chuàng)造性地運(yùn)用工程原理和基于研究的知識，如熱管技術(shù)用于模具冷卻、齒輪齒條機(jī)構(gòu)用于模具開模、側(cè)型芯抽芯、疊層模具開模等，是對基礎(chǔ)原理進(jìn)行新的應(yīng)用即創(chuàng)新。

*通信作者:林嵐 (1971— )，女，福建漳州人，教授，博士，主要從事休閑及旅游地理研究，(E-mail)linlancn@163.com。

（4）問題涉及技術(shù)之外對健康、社會和環(huán)境的因素，如熱流道模具要考慮模具的安全性、了解模具節(jié)能技術(shù)等。

（5）問題能夠促進(jìn)學(xué)生對基礎(chǔ)原則問題的認(rèn)知，如注射模平衡流道的基本原則，可以應(yīng)用在大型擠出模開發(fā)中，減輕模具質(zhì)量。

塑料加工企業(yè)及模具企業(yè)對模具設(shè)計(jì)人才的技能初級要求是能夠結(jié)合客戶需求，在獨(dú)立狀態(tài)下制定滿足客戶需求的性能、成本及可靠性最佳的模具方案，能夠進(jìn)行零部件設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。結(jié)合上述5點(diǎn)特征，聚合物成型模具課程設(shè)計(jì)任務(wù)書內(nèi)容適合培養(yǎng)本專業(yè)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，而要使學(xué)生具備解決復(fù)雜工程問題的能力，其關(guān)鍵是教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)過程控制、考核方式的改革與實(shí)現(xiàn)。

2020年3～9月在天津科技大學(xué)對高分子材料與工程專業(yè)2017級本科生開展了《聚合物成型模具》課程設(shè)計(jì)改革實(shí)踐，按上述要求提出的聚合物成型模具課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，共計(jì)102名學(xué)生進(jìn)行了聚合物成型模具課程設(shè)計(jì)，實(shí)施過程如下。

2 聚合物成型模具課程設(shè)計(jì)存在的問題和解決方法

2.1 存在的問題

（2）細(xì)化課程設(shè)計(jì)任務(wù)描述，加強(qiáng)對工程問題復(fù)雜性、系統(tǒng)性、創(chuàng)新性的內(nèi)容要求。在以聚合物成型模具設(shè)計(jì)為核心內(nèi)容的同時，將制品特征修改、模具經(jīng)濟(jì)性分析、材料選擇、模具制造和制品成型工藝作為模具課程設(shè)計(jì)要考慮的輔助因素，形成一個集制品設(shè)計(jì)、模具方案設(shè)計(jì)、模具生產(chǎn)應(yīng)用等多種知識的復(fù)雜工程問題，全面考察學(xué)生多門專業(yè)課知識的掌握情況，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

（1）人員分組。為了項(xiàng)目完成并達(dá)到質(zhì)量要求，擬定5～6人為一組，分成20組，每組選出組長一名，負(fù)責(zé)聚合物成型模具課程設(shè)計(jì)紀(jì)要的記錄和整理工作。

（2）涉及多方面的技術(shù)、工程和其他因素的綜合性問題，如模具型腔數(shù)與注塑機(jī)選擇要考慮產(chǎn)量、模具結(jié)構(gòu)要考慮制品結(jié)構(gòu)和成型工藝等，具有綜合性、系統(tǒng)性。

2.2 解決方法

浙江省水功能區(qū)劃修編案例分析與關(guān)鍵問題探討…………………………………………………… 蔡臨明(17.44)

（1）改變課程設(shè)計(jì)教學(xué)進(jìn)程安排，在《聚合物成型模具》理論課程的教學(xué)之初，對學(xué)生分組，分配設(shè)計(jì)制品和下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書。一方面促使學(xué)生在基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)的過程中結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)并帶著問題學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課的積極性，便于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)交互式教學(xué)；另一方面實(shí)際上延長課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)，增加學(xué)生對課程設(shè)計(jì)的思考，促進(jìn)創(chuàng)新方案的形成。

本次研究結(jié)果顯示，觀察組患者治療效率96.15%顯著高于對照組82.69%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。這說明，無論是藥物治療還是PCI手術(shù)介入治療，對于改善冠心病心絞痛患者臨床癥狀都有一定的效果，但PCI介入手術(shù)的療效更加。本組研究PCI采用適用于高齡冠心病患者的介入治療方法，在常規(guī)藥物治療基礎(chǔ)上，以改善患者心肌缺血再灌注情況，穩(wěn)定患者病癥，為手術(shù)治療提供良好的基礎(chǔ)。

（1）教學(xué)設(shè)計(jì)過程中，課程教學(xué)和課程實(shí)踐時間銜接不緊。聚合物成型模具課程設(shè)計(jì)的課時是3周，課程設(shè)計(jì)是在理論教學(xué)完成后的第二學(xué)期。按照傳統(tǒng)教學(xué)模式，課程設(shè)計(jì)任務(wù)都是在課程設(shè)計(jì)教學(xué)時間中安排，即在理論教學(xué)完成后再布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)，給學(xué)生的印象是理論是理論，實(shí)踐是實(shí)踐，二者融合不充分，銜接不緊密。

為了培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，需要對一個工程問題進(jìn)行合作解決，在課程設(shè)計(jì)任務(wù)中，對同一組的相同制品，要求學(xué)生在制品局部結(jié)構(gòu)特征、材質(zhì)、質(zhì)量、性能、成型模具方案等具有2個方面以上的不同，保證不同學(xué)生之間的設(shè)計(jì)任務(wù)具有較高的區(qū)分度，避免部分學(xué)生不認(rèn)真完成課程設(shè)計(jì)。

針對聚合物成型模具課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)存在的問題，基于培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的基本理念，也為實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)過程的系統(tǒng)化

，提出以下教學(xué)改革方法。

（3）改變教學(xué)大綱中的考核方式，加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)的過程考核，以適應(yīng)工程認(rèn)證和學(xué)生復(fù)雜工程問題能力評價的客觀性和全面性。對于課程設(shè)計(jì)的考核方式，除了對課程設(shè)計(jì)說明書及圖紙進(jìn)行評分外，要求每組同學(xué)選擇一名組長，每天記錄本組同學(xué)的課程設(shè)計(jì)活動，包括相互討論所提問題、同學(xué)見解、教師指導(dǎo)過程中發(fā)現(xiàn)的問題、修改情況、答辯時教師所提問題及合作作答情況等，最后形成聚合物成型模具課程設(shè)計(jì)紀(jì)要，作為成績考核的一部分，增強(qiáng)考核力度。

聚合物成型模具課程設(shè)計(jì)紀(jì)要完整、客觀反應(yīng)了學(xué)生進(jìn)行模具課程設(shè)計(jì)的積極性、答疑次數(shù)、課程設(shè)計(jì)進(jìn)度等指標(biāo)，有利于契合工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)體系中的過程控制要求。

3 聚合物成型模具課程設(shè)計(jì)改革實(shí)施及成效

聚合物成型模具課程設(shè)計(jì)應(yīng)用上述方法，開展實(shí)踐教學(xué)，通過對學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)情況檢查及座談會反饋，分析教學(xué)改革的成效。

3.1 項(xiàng)目實(shí)施過程

資產(chǎn)證券化可以有效的將缺乏流動性的資產(chǎn)和個人的資產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢栽诮鹑谑袌錾辖灰椎母吡鲃有越鹑谏唐贰Ｍㄟ^資產(chǎn)證券化這個手段，發(fā)起人可以補(bǔ)充資金，進(jìn)行其他的經(jīng)濟(jì)活動。對于流動性較差的資金，可以通過資產(chǎn)證券化來實(shí)現(xiàn)提高其流動性，從而成為可以在市場流通的證券，這樣通過這種方式可以增加融資方式，提高融資能力，有利于資產(chǎn)的流通，進(jìn)而促進(jìn)實(shí)體經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

（2）模具課程設(shè)計(jì)任務(wù)描述不詳細(xì)，題目區(qū)分度不高，不能促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新模具設(shè)計(jì)。盡管模具課程設(shè)計(jì)具有復(fù)雜工程問題的特征，但由于學(xué)生的思維惰性，對于同一制品不愿意提出多種可行的模具方案進(jìn)行優(yōu)化比較，其主要原因是考核內(nèi)容中只針對學(xué)生的設(shè)計(jì)——一個設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行評分。盡管為了一人一題，要求同學(xué)對同一制品采用不同材料或不同型腔數(shù)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，但部分同學(xué)不認(rèn)真開展課程設(shè)計(jì)工作，將同組進(jìn)度快的同學(xué)的設(shè)計(jì)進(jìn)行數(shù)值微調(diào)即作為完成自己的任務(wù)。

20世紀(jì)70年代后期，產(chǎn)品內(nèi)分工迅速發(fā)展，并已成為當(dāng)今國際貿(mào)易分工的主要形式。從理論上來講，產(chǎn)品內(nèi)分工形式主要是比較優(yōu)勢理論的進(jìn)一步深化，體現(xiàn)在從標(biāo)準(zhǔn)貿(mào)易理論最終產(chǎn)品的生產(chǎn)延伸到產(chǎn)品的某一中間生產(chǎn)環(huán)節(jié)上。在這種分工貿(mào)易形式下，一國的貿(mào)易結(jié)構(gòu)、貿(mào)易流向以及貿(mào)易額等方面都發(fā)生了重要改變。此時，傳統(tǒng)的貿(mào)易利益內(nèi)涵也發(fā)生了改變，由狹義的貿(mào)易利益向廣義的貿(mào)易利益轉(zhuǎn)變，即動態(tài)貿(mào)易利益分配問題。筆者也著重從此分工形式來說明分工與貿(mào)易利益爭議的研究情況，因?yàn)樽鳛檎紦?jù)中國貿(mào)易總量一半以上的加工貿(mào)易，從本質(zhì)上看，不僅呈現(xiàn)了典型的產(chǎn)品內(nèi)分工特征，而且是我國貿(mào)易順差的重要來源。

（2）任務(wù)下達(dá)。分配每組同學(xué)不同行業(yè)企業(yè)贈送的塑件制品1件，要求學(xué)生在進(jìn)行設(shè)計(jì)題目擬定時從制品的局部結(jié)構(gòu)特征、材質(zhì)、質(zhì)量、性能等方面有所區(qū)別并在課程設(shè)計(jì)題目上體現(xiàn)，不能雷同；確定模具方案時，明確要對不同子系統(tǒng)技術(shù)特征、對環(huán)境、安全、環(huán)保的影響、經(jīng)濟(jì)效益有詳細(xì)分析說明等，并經(jīng)過教師與學(xué)生討論，確定一個較優(yōu)方案以進(jìn)一步實(shí)施。

分別對分子量100 kDa、30 kDa、10 kDa超濾膜超濾所得截留液以及濾過液進(jìn)行蛋白質(zhì)含量測定，結(jié)果顯示，10 kDa和30 kDa超濾膜對蛋白質(zhì)的脫除率分別為70.81%和77.62%，100 kDa超濾膜對蛋白質(zhì)的脫除率最高，達(dá)82.21%。隨著超濾膜分子量的增大，蛋白質(zhì)去除率提高。這是由于實(shí)驗(yàn)中用于超濾的靈芝子實(shí)體多糖溶液是經(jīng)過纖維素酶和蛋白酶復(fù)合酶解靈芝子實(shí)體所得，因此較其他提取方法所得粗多糖溶液，酶解液中含有相對較多的游離小分子蛋白質(zhì)。

（3）聚合物模具復(fù)雜工程問題分解，確保其包括：①任務(wù)制品特征分析與改進(jìn)；②模具應(yīng)用特征確定，主要包括工藝、型腔數(shù)或產(chǎn)量、成型設(shè)備選擇；③模具方案及分系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以注射模為例，包括澆注系統(tǒng)、成型零部件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、脫模機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)等；④進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性、人文環(huán)境因素等分析；⑤編寫體現(xiàn)方案創(chuàng)新、基本原理應(yīng)用、產(chǎn)生新經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)說明書，繪制相關(guān)圖紙。

（4）實(shí)現(xiàn)方法。根據(jù)聚合物模具課程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，要求學(xué)生參照《聚合物成型模具》教材、電子文獻(xiàn)檢索、模具案例參考書和模具教具進(jìn)行方案設(shè)計(jì)；模具利用機(jī)械平面繪圖軟件進(jìn)行繪圖，詳細(xì)標(biāo)注技術(shù)特征和要求；通過文獻(xiàn)調(diào)研，參考參觀實(shí)習(xí)實(shí)踐所掌握的知識對經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、安全、健康等非技術(shù)因素進(jìn)行分析。

（5）評分標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)說明書撰寫占40%，圖紙占40%，聚合物成型模具課程設(shè)計(jì)紀(jì)要占20%（即平時成績含答辯、分組討論等，這部分主要體現(xiàn)過程考核

）。

3.2 項(xiàng)目實(shí)施效果

經(jīng)一輪教學(xué)實(shí)踐后，通過對學(xué)生設(shè)計(jì)說明書、圖紙及聚合物成型模具課程設(shè)計(jì)紀(jì)要等綜合評估后發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的設(shè)計(jì)水平和對工程對象的理解得到了提高，從學(xué)生座談反饋可知，學(xué)生的優(yōu)良滿意度提高了5%，學(xué)生建議將紀(jì)要成績占比提高到40%。

4 結(jié)束語

根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，對專業(yè)課程進(jìn)行教學(xué)改革，是提高畢業(yè)生培養(yǎng)質(zhì)量的有效途徑。《聚合物成型模具》是高分子材料與工程專業(yè)的核心專業(yè)課，與之配套的課程設(shè)計(jì)對于學(xué)生解決問題能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。對聚合物成型模具課程設(shè)計(jì)進(jìn)行教學(xué)改革，提出了合理的改革建設(shè)方案。實(shí)踐表明，改革后的聚合物成型模具課程設(shè)計(jì)方案能夠全過程檢驗(yàn)學(xué)生解決聚合物成型模具復(fù)雜工程問題能力，為學(xué)生勝任高分子材料成型工程領(lǐng)域的聚合物成型模具工作奠定基礎(chǔ)。

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