“六說”《材料成型數值模擬技術》課程

張肖肖 張 俊 孫肖霞 王星星

(宿遷學院機電工程學院 江蘇 宿遷 223800)

引言

課程是人才培養的基本單元，課堂教學質量直接關系到人才培養的質量，任課教師是課程建設的直接負責人，教師要了解自己所授課程的基本情況，把握好自己所授課程在課程體系中的位置，教學目標、教學內容(含課程思政)、教學方法、教學手段與考核評價，要與課程特點和人才培養要求吻合，為實現培養目標服務。“說課”是教師從教育理論的高度對課程在培養方案中的定位以及教學過程的設計與實施等環節進行解讀，其核心是要說明“教什么、怎么教、為什么這么教”的問題[1]。本文以《材料成型數值模擬技術》課程為例，圍繞各個指標點展開“六說”[2]。

1 課程概況

《材料成型數值模擬技術》是材料成型及控制工程、機械設計制造及其自動化(模具設計)(專轉本)專業的一門專業選修課(32學時、2學分)，結合本專業的培養目標之一(注塑模具工程師)，本課程主要是以介紹Moldflow軟件為主的理實一體化課程，機電學院配備有專業的成型過程模擬實驗室，為本課程的開展奠定了硬軟件基礎。

本課程內容主要包括限元仿真及成型仿真基礎、注塑成型CAE操作技能、模流分析及方案優化三個方面，主要以注塑成型工藝設計與優化為主線，將學生前期已修的成型工藝與模具設計、材料科學基礎等課程的理論知識與實踐應用相融合，將專業技能、工匠精神以及職業素質培養相滲透，主要采用項目化、案例式教學方法進行線上線下混合教學，考核評價形式由團隊作業、階段性考核、線上學習、期末考試(閉卷機考)共同組成。

2 “六說”指標點

2.1 課程對人才培養目標、畢業要求、學校定位的支持度

《材料成型數值模擬技術》課程主要講授塑料成型流動、保壓過程中壓力場、溫度場和應力應變場的模擬，用于流道、冷卻水路以及模具結構的分析與優化，以此減少修模次數并降低模具報廢率[3]，是一門與模具企業實際設計生產緊密結合的課程，因此本課程契合學校培養應用型人才的辦學定位。

通過本課程的學習，學生應達到以下4個方面的目標：了解材料成型數值模擬(CAE)軟件的發展歷程、技術基礎和前沿科技，具有高度的職業認同感和使命感，并理解工程師需承擔的責任；熟悉一種行業常用的CAE軟件，掌握其專業模塊的操作流程和技能，并熟練運用其完成不同工藝條件下的復雜制件成型過程仿真；能夠對材料成型方案的合理性及可行性進行正確評估，針對成型缺陷問題，自主查閱文獻和研究分析，應用材料成型及相關理論基礎知識，制定和優化創新成型工藝方案；能夠增強自主學習能力、團隊協作意識及有效的溝通和交流能力。

以上4方面課程目標的達成可有效支撐包括問題分析能力、研究能力、使用現代工具能力、終身學習能力等4方面的畢業要求。根據課程教學目標要求，經過同行企業專家、校內學科專家和課程教學團隊共同研討制訂了課程教學內容及學時分配方案，如表1所示。

表1 各教學內容學時分配表

2.2 課程在培養方案課程體系中的定位

本課程目前在大三下學期與《模具CAD/CAM技術》等課程協同開展，構成了模具計算機輔助設計制造課程群，本課程的先修課程為《塑料成型工藝與模具設計》、《高分子材料基礎》等專業課，各課程間深度融合可提升學生的綜合技能和素質，為后期的生產實踐和畢業設計夯實基礎。

2.3 課程OBE教學改革實施情況

以OBE教育理念持續對本課程開展教學改革，相關舉措已到校級立項資助(項目號：SQU2022JGYB08)。以培養學生解決企業工程實踐問題的能力為產出導向，以學生為中心組建學習團隊，利用項目教學方法將課程與企業實際設計生產有機結合起來，將知識點穿插在預先設計好的項目任務中，調動學生學習的主動性，提高學生自主探索的積極性，培養學生的學習興趣、鉆研精神、團隊合作意識以及動手解決問題的能力，學生通過實戰演練從探索過程中汲取知識點并鞏固所學知識，盡早適應企業實際設計生產過程[4]。

2.4 課程思政實施情況

課程六大核心內容均包含課程思政元素：有限元仿真及成型仿真基礎教學過程中，引導學生用發展的眼光看待問題，用改革創新的辦法解決問題；Moldflow軟件簡介與模型簡化教學過程中，融入化繁為簡、以簡馭繁的思想；網格劃分與診斷修復教學過程中，教導學生要循序漸進、一步一個腳印的穩步推進；幾何建模教學過程中，培養學生細心觀察的能力；成型工藝設置教學過程中，培養學生多方位、多角度分析問題的能力；模流優化分析教學過程中，培養學生精益求精的工匠精神。

2.5 觀摩課程教學設計

為清晰表述課程教學設計方案，本文以2學時的注塑成型仿真基礎課堂教學為例，對教學目標、教學重難點、教學實施過程等環節進行展示。本次課的教學目標主要是：明確課程的學習背景、學習方法及合格的模流分析工程師應具備的知識；理解有限元法的基本思想、特點及分析流程；掌握循序漸進的學習技能，具備發展的眼光看問題能力和創新能力。教學重點是：成型仿真的意義；分析流程。教學難點是：有限元法的底層數學邏輯；有限法與注塑工藝及模具設計制造的有機結合。本次課主要借助多媒體課件和學習通APP進行啟發式教學。教學設計與過程思維導圖如圖1所示。課后對本次課進行總結反思，撰寫教后感：學生對利用有限元法優化注塑成型工藝、減少模具設計制造周期的方法很感興趣；學生大多領悟了有限元法“由繁化簡”的基本思想；結合適合圖例的方法激發了學生的學習興趣；學生對有限元法的數學底層邏輯不是很清楚，以后的課中，可以適時補充。

圖1 教學設計與過程思維導圖

對于后續的30學時教學內容，主要采用項目式教學法[5]，教學設計與實施步驟為：5分鐘回顧上節課內容，以提問形式與學生進行互動，采用啟發式教學法引入新課程內容，并將之以內容提要的形式展示給學生，每節課通常包含5～8個教學案例，接下來的65分鐘，教師演示每個案例，學生動手操作，并實時提交軟件界面截圖，教師根據學生的掌握情況調整教學進度，演示教學環節結束后利用5分鐘時間進行總結教學，剩下15分鐘進行隨堂測試，測試內容為本次課演示案例的綜合提高題。

2.6 課程資源建設

該課程所在模具設計與制造教學團隊已在“學習通”APP建設了課程資源共享互動平臺[6]，其中涵蓋教案、章節內容、視頻資料、PPT、講稿、通知、作業、考試、討論、學習統計等資源模塊，為師生提供了便利的在線學習、互動渠道。

2.7 課程教學方法與手段的創新

課堂教學以學生為主體進行項目式教學，教師導學輔助學生分組學習，使得教學過程更有針對性，更直接具體，不再枯燥；在具體項目案例的分析上，適時地引導學生思考并發現問題，培養學生獨立分析的能力；在項目進行中積極引導學生把任何一個問題都從工程實際出發，探討問題的實際意義；應用軟件處理材料成型問題中，要求學生對每一種處理的方法給出理由，要求學生思考模型的簡化、參數的設置是否基于工程實際，對數值模擬結果的誤差產生多大影響，模擬結果對工程實際有多大指導意義等問題。

2.8 課程目標達成情況及持續改進機制的建立

本學期，該課程已開展16學時，進程過半，從學生課堂表現、隨堂測試以及課后作業等情況可知，本課程已完成了現階段的既定目標，即：學生了解了模具CAE的發展歷程、技術基礎和前沿科技，初步形成了職業認同感和使命感，理解了工程師需承擔的責任；熟悉了CAE商業軟件moldflow，初步掌握了各模塊的操作流程和技能，能夠初步運用其完成不同工藝條件下的塑件成型過程仿真；能夠對材料成型方案的合理性及可行性進行初步評估；學生自主學習能力等到加強，團隊協作意識及有效的溝通和交流能力得到鍛煉。

2.9 存在的問題及對策

存在的問題：部分學生對《塑料成型工藝與模具設計》、《高分子材料基礎》等先修課程掌握程度不夠、理解不深，導致對本課程部分內容認識膚淺，未能做到融會貫通；部分學生未能厘清本課程與《模具CAD/CAM技術》等并行課程之間的關系，未能達到協同發展的目的；部分學生未能正確認識數值模擬方法指導工程實際問題的意義。

對策：教師在教學過程中，實時補充學生欠缺的知識內容，講解各個知識模塊的來龍去脈，幫助學生厘清各知識點間的邏輯關系；在課程的設計上，以提高學生的實踐創新能力為主要目標，安排與工程實際緊密貼合的實踐問題，以加深學生對各知識點的認識程度，讓學生在實際問題分析中，正確認識數值模擬方法分析工程實際問題的優劣性。

3 結論

通過“六說”課程，梳理了課程建設的工作思路，促進加深了對新工科專業教育教學理念認識，提升了教育教學水平和能力，通過“六說”課程強化了對課程建設內涵的理解，全面提升了課程建設水平和專業建設水平，有助于凝練專業的人才培養特色，促進了教學過程的高質量全面發展。