面向創新能力培養的混合設計實踐教改探索

德雪紅 李海軍 張建超

［摘 要］ 現代化的工業企業，對創新型人才的需求越來越多。在多學科環境下，為了培養當代高校大學生具有自主學習和終身學習的意識，有不斷學習和適應發展的能力，在專業領域高效解決復雜工程問題及創新能力，以沖壓工藝及模具設計課程為例，將“混合設計實踐教學”引入教學中，并建立了在線視頻資源等學習平臺，積累了許多實用的在線學習資料，實現了“以激發學生自主學習為目標”的教學模式，提升了機械類本科專業應用型人才質量，提高了大學生的創新能力，并為社會輸送優秀的高素質人才。

［關鍵詞］ 沖壓工藝及模具設計；混合設計實踐；創新能力培養

［基金項目］ 2021年度內蒙古農業大學教學綜合研究重點項目“新工科背景下機電類人才培養模式的研究與實踐”（ZD202110-1）

［作者簡介］ 德雪紅（1977—），女（達斡爾族），黑龍江齊齊哈爾人，工學博士，內蒙古農業大學機電工程學院副教授，碩士生導師，主要從事機械設計、生物質能加工利用裝備研究；李海軍（1970—），男，內蒙古呼和浩特人，學士，內蒙古農業大學機電工程學院教授（通信作者），主要從事數字化農牧業關鍵技術與裝備研究；張建超（1982—），男，陜西西安人，（內蒙古農業大學機電學院副教授），內蒙古農業大學機電學院2021級機械制造專業博士研究生，研究方向為機械工程。

［中圖分類號］ G642.0［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）13-0000-04［收稿日期］ 2022-11-29

引言

“沖壓工藝及模具設計”是機械制造專業的一門專業必修課程。修習本課程前需先修習“工程制圖”“工程材料”“機械原理”“互換性與測量技術”“機械設計”等課程。通過理論知識的學習和設計實踐技能訓練，從多學科綜合知識體系出發，使學生系統掌握“沖壓工藝及模具設計”的基礎知識，通過著重培養沖壓工藝分析、沖壓模具設計等能力，培養出具備適合時代需求的、具有實踐創新能力的新時代專業人才［1-2］。

一、“沖壓工藝及模具設計”混合設計實踐教改背景

互聯網信息技術的發展與更廣泛應用，為高校教育迎來了進一步提高教學質量的機會。我國多年的高效教育領域的改革與建設，在不斷進步，促進了現代教育的發展［3-4］。

混合設計實踐教學是指將網絡數字自學、實時模具結構設計實踐與傳統授課相結合，明確以激發學生自主學習、提高學生創新設計能力為目標的教學理念，確立線上資料+線下講授、理論與實踐相結合、課后模具設計實踐結合的培養流程。本文為進一步提高教學質量，更為激發學生積極主動的參與性與探究性，且拓展學生專業視野，對課程目標、教學內容、考核評價等進行深入分析。目前，已經順利進行了兩輪混合設計實踐教學改革，建立了“沖壓工藝及模具設計”混合設計實踐教學在線平臺，積累了線上學習資源，形成了混合設計實踐教學思路，實現了培養具有較高創新能力的高素質應用型人才目標。

二、“沖壓工藝及模具設計”混合設計實踐教學

（一）總體教學內容設計

“沖壓工藝及模具設計”課程32學時，分5個教學內容單元（圖1）。教學2～4單元講述沖裁工藝及沖裁模具設計、彎曲工藝及彎曲模具設計、拉深工藝及拉深模具設計，系統介紹沖壓成形工藝及模具設計的理論知識，每單元均要求學生綜合運用大學期間所掌握的相關技術理論知識和技能，完成針對生活中常見沖壓制品的沖壓成形工藝分析及模具結構整體設計，重點培養學生沖壓工藝方案確定能力及沖壓模具設計能力。

（二）混合設計實踐教學

經過兩輪混合設計實踐教學實驗，初步建立“沖壓工藝及模具設計”課程在線教學資源及設計學習平臺，針對不同的教學單元，設計出相對應的包含課程簡介及教學大綱、單元學習要求、多媒體課件、視頻資源、課外拓展學習資料、習題等教學資料（表1）。

（三）混合設計實踐教學實施流程

本教學改革意在以模具結構設計實踐任務為目標、與傳統線下課堂教學共同進行構建“沖壓工藝及模具設計”線上動態資源+線下教學設計實踐課程資源混合教學平臺，通過此模式，啟發引導學生對關鍵問題的探索，調動學生學習的自主性及創造性，提高學生分析、解決問題的能力。具體實施流程為以下幾個方面。

1.課前動態課程資源建設。混合設計實踐教學中，課程動態資源庫的建設至關重要，需做以下幾項工作：（1）發布課程簡介及教學大綱、教學進度等信息，供學生了解課程概況；（2）制作上傳本課程課件、視頻、案例等資料；（3）進行課程內容分析，制定計劃，布置學習任務；（4）設置線上師生討論交流通道，以豐富傳統課堂。

2.優化線下課堂教學設計。混合設計實踐教學目標是：通過分析教學重點、難點、疑點等問題，根據不同學生學習能力，設計多樣化課堂教學內容，如以下幾點：（1）根據在線平臺反饋信息（學生預習、疑問等數據），分析出課堂教學重點及難點，進行針對性授課；（2）采用現有企業用模具實體結構設計，模具資料收集、案例分析匯報等形式，調動學生自主學習、獨立思維的能力；（3）總結課前線上自主學習及線下課堂教學內容，進一步強化學生學習效果。

3.促進課后模具設計實踐互動交流。混合設計實踐教學需要理論知識內化及課程設計實踐兩個過程，故課后需要學生進行模具結構設計實踐環節。具體有以下幾點工作：（1）學生需要先進行針對各自沖壓件工藝分析及模具結構設計，再將所設計圖紙上傳至線上作業互動平臺，教師進行在線圖紙評閱；（2）教師與學生線上互動交流，對模具結構設計思路進行探討，并對關鍵問題進行針對性答疑；（3）通過課堂反饋，設計結果評價，優化課堂教學形式，以提高教學質量。

三、教學改革措施

（一）設計探究式學習模式的教學過程

圍繞混合設計實踐教學為主題、以實戰設計能力培養為導向，教學過程中，采用“線上課程資源+線下授課”的教學模式，按照“探索沖壓產品工藝特性—學習理論知識—模具結構設計實踐”進行（圖2）。在教學實施過程中，發揮教師主導作用，激發學生學習積極性與創造性，培養學生自主探索和解決問題能力，豐富傳統教學。

（二）利用“模具設計實踐”激發學生學習興趣

課程中2～4個授課單元采用為激發學生積極學習的形式，實現引導學生為主體參與的教學過程。以《沖裁工藝及沖裁模具設計》單元為例，學生根據線上教學資源和學習任務，在“探索沖壓產品工藝特性”環節以各自模具設計作業為單位，完成各自沖壓產品工藝特性的自學內容，各自繪制產品零件圖、確定沖壓工藝方案、作沖裁過程分析；“學習理論知識”環節學生自主學習，包括沖裁模刃口尺寸、沖裁力、典型沖裁模結構、沖裁模關鍵零部件等的設計及選用方法，課堂實施過程中，獲得較好效果；根據反饋信息，這種教學方式有助于激發學生學習興趣，有助于提高學習效率，有助于鍛煉創新能力。

（三）引導學生通過網絡信息加強自主學習

本課程開設于大三下學期，此階段學生學習過“工程制圖”“工程材料”“機械原理”“機械設計”“互換性與測量技術”等課程，學生已經掌握了進行完整模具結構設計的相關理論知識，因此，教師收集許多市場流行模具結構設計案例，要求學生參考相關文獻和案例，引導學生進行課前初步模具結構設計草圖，課上進行展示及討論設計思路，并由教師指出存在的設計問題提出建議。通過此種教學形式，進一步激勵學生主動思考，積極學習。

（四）利用“在線測試”檢驗學生理論學習效果

針對課程理論知識內容，在2～4單元引入“在線測試”，在授課或課后復習中使用，以檢驗學生掌握理論知識情況，進一步實現多樣化考核方式。在線測試考查結果：第1次優秀和良好占比54%；第2次優秀和良好占比61.4%；第3～6次優秀和良好占比達到73%左右。學生在測試過程中，開始重視學習內容的掌握程度，故測試結果逐漸提高，說明一定程度上提高了學生的聽課效果。

（五）采用多元化考核評價方式

過去本課程采用開卷或閉卷考試的考查方式，考核形式較單一，不能準確反映學生真實水平，故本次教學改革采用多元化考核形式，在混合設計實踐教學過程中，采用多元化課程考核方式，包括課堂練習及討論分析、線上測驗、設計實訓作業、期末考試等，對學生學習過程進行多元化考核評價，激發學生學習自主性。

四、“沖壓工藝及模具設計”混合設計實踐教改成效

“沖壓工藝及模具設計”于2020—2021學年、2021—2022學年春季學期在18機制1～2班（60人）、19機制1～2班（62人）實施了兩輪混合設計實踐教學，綜合學期末學生考試成績及模具設計實踐作業等進行分析，教改取得一定效果。

（一）平臺建設及使用

課程建設中，上傳課程資源數51份，含教學大綱、課程教案、實訓指導書、教學課件、視頻資源、課外擴展學習資料等。首輪混改教學實施中，訪問課程總數2575人次，教學材料閱讀次數5247人次。第二輪實施中，訪問課程總數3461次，教學材料閱讀次數4141人次。課程學生訪問統計結果顯示，18級學生在線學習時長累計8400分鐘，人均學習時長140分鐘；19級學生在線學習時長累計8646分鐘，人均學習時長約139分鐘。以上數據可知，學生接受線上教育平臺，線上課程資源使用情況較好。

（二）學習成績反饋

“沖壓工藝及模具設計”課程的教改授課（18、19機制1-2班學生）與未采用混合設計實踐教學方式時期的授課（16、17機制1-2班學生）進行了數據對比，期末考試成績人均提高3.6分，由于采用線上資源+線下講授的混合教學形式，激發了學生的學習熱情，調動了學習積極性，學習更具針對性，因此，教改下的學生在課堂中表現比未采用教改時的學生更有活力。在學生反饋中，教改下的學生更愿意向教師咨詢關于設計思路的問題，并在課堂中更愿意發表個人意見。以上結果分析，混合設計實踐教學改革取得了成效。

五、教改中存在問題與改進措施

（一）需有效監管學生線上學習情況

混合設計實踐教學的課前自學和課后設計實踐環節，均要求學生具有良好的自主學習習慣、獨立思考及自主管理能力，但多數學生能夠做到利用各種資源完成線上學習，但還是有些學生自主學習能力較差，需要進行必要的監管。例如，根據學生在線學習時長統計，兩輪混改教學中，人均學生在線學習時長雖然約為140分鐘，但其中有在線學習時長最長的學生達873分鐘，在線學習時長最短的學生僅18分鐘。針對少數學生缺乏自主學習習慣的情況，應該進行必要的監督，如在后續教學中可將在線學習時長等納入平時成績考核范圍，以此督促學生積極參與在線學習中，很好完成課前和課后課程學習。

（二）設計能力水平因學生個性而異

混合設計實踐教學過程中設置了的模具設計實踐環節，學生在此環節中有較大差異。針對這一問題，首先教師可事先根據不同學生的專業理論基礎、學習能力、創新能力特點等各個方面進行初步評定，按照異質原則建組，再加強小組管理。即采用“討論小組”模式建組，成員構成安排設計能力強、設計能力弱、理論知識掌握較好相結合的學生3～5人；討論小組成員可在各自的產品設計過程中的設計關鍵點和模具結構設計圖拿出進行展示并展開討論，可起到激發設計思路、共同進步的目標，實現最大化激發小組成員創新能力，最終促進全體學生共同進步。

（三）進一步加強混合設計實踐線上資源建設

“沖壓工藝及模具設計”是一門具有較高應用價值的技術課程。涉及機械、航空、汽車等多領域和許多生活必需品，同時在新材料成形、微電子及通信技術等方面也有廣泛應用。課程教學改革緊跟時代發展趨勢，將新技術、新理念引入教學改革中，突出授課內容的市場綜合應用性。根據市場對專業及行業人才培養目標和要求，依托初步建設線上資源平臺，持續加強拓展課程資源。利用現代網絡信息，對已有線上學習資源進行補充，同時對重點和難點知識進行視頻制作以豐富線上視頻資源，以更好地激發學生學習積極性。

參考文獻

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［2］李霞，韓聰，王麗華.基于實踐創新能力培養的混合式教學改革研究：以《風景園林規劃設計1》課程為例［J］.北京城市學院學報，2022（2）：32-38.

［3］李艷艷，林亞秋，劉偉，等.基于學生實踐創新能力培養的生物化學儀器分析課程的教學改革與實踐［J］.生命的化學，2022，42（6）：1230-1237.

［4］黃河，朱里瑩，林增，等.基于云課程的風景園林工程混合式教學模式研究與應用［J］.現代園藝，2019（1）：185-188．

Abstract： Modern industrial enterprises have more and more demands for innovative talents. In a multi-disciplinary environment， in order to cultivate contemporary college students awareness of independent learning and lifelong learning， the ability to constantly learn and adapt to development， and the ability to efficiently solve complex engineering problems and innovation in the professional field. This paper takes the stamping process and mold design course as an example， introduces “mixed design practice teaching” into teaching， establishes online video resources and other learning platforms， and accumulates many practical online learning materials， meanwhile， the teaching mode of “motivating students to learn independently” has been realized， the quality of applied talents of mechanical undergraduate majors has been improved， the innovation ability of college students has been improved， and excellent high-quality talents have been delivered to the society.

Key words： stamping process and mold design; mixed design practice; cultivation of innovation ability