新工科背景下塑料模具設計實踐課程教學改革研究

［摘 要］ 新工科專業建設對模具行業人才培養提出了新的更高要求，通過對高校模具人才培養環節的核心課程——“塑料成型模具設計”現存問題的分析，從明確教學目標、優化教學內容、強化實踐操作、校企協同育人等方面，指出課程實踐教學模式的改革途徑，提出“虛實一體化”和“校企協同化”二維一體的教學理念和方法，改革中注重課程內容與實踐及實際生產環節的互聯互動、相互促進，以滿足模具行業對創新型應用人才的知識和素養需求。

［關鍵詞］ 新工科；塑料模具；實踐教學；課程改革

［基金項目］ 2022年度教育部產學合作協同育人項目“新工科背景下塑料成形工藝與模具設計課程實踐教學改革研究”（220600625101013）；2020年度廣東海洋大學專業核心課程培育項目“材料成型加工基礎”（571119093）

［作者簡介］ 文 成（1989—），男，廣東湛江人，工學博士，廣東海洋大學機械工程學院副教授，主要從事新材料設計及成型工藝研究；田玉琬（1990—），女，廣東湛江人，工學博士，廣東海洋大學機械工程學院副教授（通信作者），主要從事海洋工程材料腐蝕研究；余 江（1972—），男，廣東湛江人，工學學士，廣東海洋大學機械工程學院高級實驗師，主要從事材料智能制造研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）52-0060-04 ［收稿日期］ 2023-10-11

引言

為應對“中國制造2025”、創新驅動發展等一系列國家戰略的實施，教育部實施新工科建設，改造升級傳統工科專業，主動布局培養實踐能力強、創新能力強，具備國際競爭力的高素質、復合型人才［1］。新工科建設背景下，高校對實踐課程教學的要求大大提高，高校需要改變傳統工科實踐課程模式，構建靈活多樣的實踐體系，以方便師生更好地利用實踐平臺、實習基地等資源，強化創新思維和創新能力的培養［2］。

模具工業是制造業中的一項基礎產業，在家電、汽車、電子、飛機制造等工業領域具有舉足輕重的地位。模具工業是技術成果轉化的基礎，其本身亦是高新技術產業的重要領域。模具作為制造技術與信息技術相結合的產物，在新工科人才培養的大力倡導下也迎來了新的契機，而模具設計與制造人才的培養是推動模具工業高質量、創新發展的核心和驅動力［3-4］。為了促進我國模具工業搭乘“中國制造2025”和“互聯網+”的順風車，向智能化、信息化高速發展，作為模具設計與制造人才培養環節的重要構成——“塑料成型模具設計”課程的教學改革需求迫切。

以模具工業為代表的智能制造等相關專業人才的培養要建立“以市場為導向、校企共同參與”共建的人才培養模式。其中以實踐教學環節為依托，加強對學生創新思維和創新能力的培養尤為重要。如廣東海洋大學的材料成型及控制工程專業模具方向，已較早意識到上述問題，針對“塑料成型模具設計”實踐課程的教學改革，利用網絡資源，如超星平臺、雨課堂、智慧樹等，豐富、創新了教學過程，同時不斷推進了與企業建立產學聯合的培養模式。但當前模具人才培養過程中，多數高校仍然存在教學模式陳舊，與新工科工程師人才培養要求脫節的問題［5］，尤其是實踐教學改革，沒有將基礎知識教學、創新創業實踐以及產學聯合形成一個完整的閉環系統，所學的基礎知識并不能有效指導創新創業實踐，同時與生產實踐脫節，甚至每一部分均是獨立的個體，導致學生學習興趣低，創新能力沒有得到良好的培養［6］。

因此，模具類專業應用課程的實踐教學改革若想取得實效，需要高校和企業通力合作，才能達到教育部倡導的產學合作協同育人的效果。針對“塑料成型模具設計”課程的實踐教學進行改革，筆者在對教學內容進行深入剖析的基礎上，提出對實踐環節學識整合優化，強調理論結合實際、實驗融合仿真的“虛實一體化”教學手段，和高校與企業實施人才共育的“校企協同化”實踐教學理念，強調理論內容與實訓實踐及生產實際過程形成聯動，引導學生進行身份轉換，基于企業真實案例，設計塑料制件模具結構，模擬成型過程，結合仿真技術和模具拆裝實訓，進行實踐過程的系統化教學。在此基礎上，成立創新創業小組，針對模具企業現存相關模具設計問題，提出解決方案，強化學生創新思維、創新能力及實踐應用能力的培養，形成基礎知識教學、創新創業實踐以及產學聯合的實踐教學改革完整閉環系統。

一、課程教學的基本情況

“塑料成型模具設計”作為模具制造相關專業方向的專業核心課程，主要內容涉及高分子材料知識、成型加工工藝和模具結構設計等，是一門綜合性和空間概念較強的課程。教學過程通常要求學生，能通過空間想象將二維模具圖轉換為三維模具動圖。除此之外，該課程現階段的教學方式多以理論內容為主，教學過程利用模具模型穿插少量的演示性實驗，使學生對注塑、擠出等成型工藝及模具結構有個基本的認識。理論教學內容又細分為塑料成型基礎理論和模具結構設計兩大部分。其中塑料成型基礎理論內容較抽象，理論性相對較強，但知識內容占比不多，結合前期先修的“工程材料”“材料成型原理”等課程，多數學生的學習效果能夠得到保證。理論教學的第二部分為模具結構設計，作為課程的主要部分之一，內容占比大，且理論知識與工程實際應用聯系緊密，實踐性較強，教學過程中雖輔以少量圖片和動畫資料，但學生缺乏更加直觀的理解，不易達到實際模具行業對該部分知識的要求。

盡管有學校在后續的培養環節，有意引入企業技術人員對模具課程設計、畢業設計、大學生創新創業項目等實踐環節進行參與指導，但由于學生專業核心內容知識未能掌握牢靠，實訓環節設計與產業技術和生產實際脫離嚴重，學生對模具整體產業和行業生產過程認知不足，總體教學效果與模具工程師的培養目標相脫節，使得多數學生缺乏創新設計能力和工程應用能力。因此“塑料成型模具設計”課程的改革，首要體現在其相關的實踐教學內容和模式的改革上。

二、實踐教學改革的關鍵問題

“塑料成型模具設計”課程實踐教學內容需要改革，但有效的改革不能僅僅在實踐教學環節下功夫，還需要理論課程內容和教學設計的協同優化，搭配相應的動手實踐環節，才能逐步滿足模具行業對新工科人才素養和技能方面的培養要求。

（一）理論課程教學目標的明確與教學內容的再優化

高端技能人才的培養離不開工程實踐應用與理論創新能力的融合發展，要避免理論結合實踐素養的缺乏，防止工程師創新能力與實踐應用的脫節，切忌紙上談兵式的講授教學。因此，根據新工科專業的要求，“塑料成型模具設計”課程的改革首先要明確對應用型創新人才的培養教學目標，理論課程應瞄準生產一線高等技術應用型人才對模具知識和素養的標準，內容知識的講授應貫穿現場生產制造的全過程，強調學生學以致用能力的培養，使學生具備知識落地的方法和技能。而對教學內容的再優化，主要側重模具領域前沿發展的知識補充和相關軟件和信息技術應用技能的輔助訓練。多年來，“塑料成型模具設計”教學采用傳統的文字與圖片相結合的方式講解和描述，隨著信息技術的發展，計算機輔助分析（CAE）技術、虛擬仿真技術、實景遷移技術的應用對高等教學，尤其是實踐性強的工科專業教學的促進效果顯著。但在“塑料成型模具設計”課程改革上的運用仍然較少，教學內容更新遲鈍。對于實踐性強、要求高的模具設計，需要聚焦當下新技術、新業態，在教學過程中針對塑料成型工藝及其相關模具，盡可能多介紹一些塑料模具發展的最新動態，引入前沿成果，以便更好應對“互聯網+”時代新工科技術的挑戰。了解前沿最新動態才能更好地思考與創新。

（二）實驗實訓等實踐操作教學的整合強化

針對模具人才培養，除了“塑料成型模具設計”核心課程的理論教學以外，不少高校依據自身地域特點和行業優勢制訂了不同的人才培養方案，開展包括課程設計、塑料成型工藝過程綜合實踐、模具拆裝和檢測、生產實習等不同形式的實踐環節，通過多層次、多樣性的動手操作，使學生得到基本的實踐能力培養。然而，基于新工科背景下的模具人才要求，僅通過上述實踐仍培養不出適合時代的高素質工程技術人才。因此，針對工程實踐教學的改革和創新，可以考慮產品或項目型的綜合性實踐教學模式，不再強調各個傳統實踐環節的差異性，而是對實踐環節總課時進行重新分配和優化。以產品開發項目為載體，將模具相關課程的理論知識和實踐技能訓練有機結合，將實際生產可能遇到的技術問題引入平時的實習實踐環節，以實戰訓練來強化學生的專業技能，學生角色轉換，既充當工程師進行模具結構的設計，又作為操作工完成模具關鍵零部件的加工，在調動學生興趣和積極性的同時，又將各部分知識融會貫通，真正做到學為所用、知識落地。例如減少基于簡單軟件繪圖的課程設計的學時，增加模具拆裝實驗的操作和虛擬仿真技術實驗的學時，依托透明模具模型和實體模具，學生分組團隊合作，創新設計實驗實施方案，動手操作完成模具拆裝和測繪，采用組間互評的模式強化對模具設計的認知，培養工程素養，進一步通過生產過程中的模具安裝調試虛擬仿真實訓，促進學生對實際生產的認知，還可借助3D打印實驗室的各種設備，打印ABS實體模具，驗證設計的正確性，甚至可以通過課外進一步優化創新設計，凝練創新創業等比賽產品。

（三）校企合作產學協同育人方案落地

新工科專業應用型人才的培養離不開企業的參與，貫徹校企合作協同育人政策，制訂合理的協同育人方案對模具行業創新型人才的培養至關重要。以廣東海洋大學機械工程學院為例，材控專業為新成立專業，模具方向的教師團隊以青年教師為主，多數缺乏企業實際模具設計與制造方面的經驗，青年教師下廠實踐鍛煉不足，模具人才的培養更需要企業技術人員的深度參與。一方面，通過引入企業導師，選取真實的典型模具的案例，進行從模具結構設計到成型加工再到裝備應用等整體環節的教學，過程中穿插模具軟件、虛擬仿真等信息技術的應用。另一方面，模具專業學生就業主要面向廣東地區，且廣東模具行業的企業數量、企業規模、工業總產值和平均進展速度在全國范圍內都名列前茅，這也為校企合作協同培養模具人才提供了先天條件。

三、課程改革實施的路徑和方法

基于新工科對創新型應用人才培養的要求，針對“塑料成型模具設計”課程，圍繞實踐教學內容的改革創新，應始終貫徹學為所用的教學理念，融合“工程實踐能力”和“創新創業能力”培育要求，關注應用型人才成長規律，培養工科學生的“自主”能力。因此，引出二維一體的教學模式。

第一維，實施“虛實一體化”的教學方法。針對當前先進的模具設計企業均采用CAE、VR等信息技術手段，結合軟件課程設置和專業的虛擬仿真實驗平臺，開展生產過程中的模具安裝調試虛擬仿真實訓，提供塑料模的拆裝基礎操作、沖模與壓力機、塑料模與注塑機的安裝等訓練任務。在虛擬環境中，讓學生體驗與實際生產線一致的場景和操作，結合透明模具模型和實體模具的線下拆裝實驗，完成模具結構認知及拆裝等任務，達到虛實的完美結合。第二維，貫徹“校企協同化”的教學理念。建設并發揮校企協同育人基地的作用，一方面優選有一定規模的企業作為教師進修的場地和學生實踐基地；另一方面，根據實際情況選擇企業導師深度參與學生的實踐教學環節，優化校企合作方式，有針對性地為模具行業培養人才。將企業的先進管理理念融入現場課堂，市場與理論相結合，打破學校教育和企業需求的壁壘，提高學生的職業素養。

基于上述教學模式，開展創新型實踐教學，在實踐環節設計中，采用項目分組教學法，結合企業實踐生產的零件分組開展模具設計，具體包括零件的UG三維/二維造型，模具零件以及總裝配圖，成形過程的動畫仿真模擬及CAE成形過程分析、模具設計說明書編寫。采用小組答辯和自評、互評、點評的形式進行綜合考核。此外，結合企業導師的深度參與，通過實踐教學，建立塑料制件、模具配套圖紙、虛擬裝配、成型仿真為一體的模具人才培養實踐教學資源庫，形成一個開放式的虛擬網絡實訓室，學生可以隨時自主獲取大量的實踐教學資源。

結語

在新工科建設背景下，面對模具行業對高端工程人才的需求，“塑料成型模具設計”專業核心課程教學環節，存在教學目標不夠明確、教學內容優化不足、理論與實際結合不緊密、校企協同育人流于形式等問題。因此，指出“塑料成型模具設計”課程實踐教學模式的改革創新途徑，倡導將基礎知識教學、創新創業實踐以及產學聯合形成一個完整的閉環系統，貫徹學為所用的教學理念，注重課程內容與實踐及實際生產環節的互聯互動、相互促進。結合廣東地區模具制造業規模大、技術要求高，需要大量新工科應用型技能人才的背景，分析“塑料成型模具設計”課程的教學方法，尤其針對實踐教學改革，融合“工程實踐能力”和“創新創業能力”的培育要求，發揮信息技術和地域特點優勢，提出“虛實一體化”和“校企協同化”二維一體的教學理念和方法。以期在新工科背景下，根據企業和社會需求準確定位課程目標，合理優化教學內容，整合強化實踐環節，實現校企合作共育人才。

參考文獻

［1］邱碧薇，高潤英，方文航.新工科背景下專業課程的教學改革與課程思政建設［J］.中國多媒體與網絡教學學報（上旬刊），2021（7）：112-115.

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［5］張俊喜，郭小汝，楊帆，等.基于新工科塑料成型工藝與模具設計課程教改探索與實踐［J］.甘肅科技，2022，38（10）：76-79.

［6］陳志鋼，陳宇強，儲愛民，等.新工科背景下塑料成型工藝及模具設計課程教學研究［J］.中國現代教育裝備，2021（3）：69-70.

Research on the Practical Teaching Reform of Plastic Mold Design under the Background of Emerging Engineering Education

WEN Cheng， TIAN Yu-wan， YU Jiang， GENG Bao-yu

（School of Mechanical Engineering， Guangdong Ocean University， Zhanjiang，

Guangdong 524088， China）

Abstract： The construction of the new engineering courses has put forward new and higher requirements for talent cultivation in the mold industry. Through the analysis of the current problems in the core course of Plastic Forming Mold Design for mold talent cultivation in universities， this article points out the reform path of practical teaching mode from the aspects of clarifying teaching objectives， optimizing teaching content， strengthening practical operations， and school-enterprise collaborative education， pointing out the teaching philosophy and methods of “virtual-reality integration” and “school-enterprise collaboration”. The reform focuses on the interconnection， interaction， and mutual promotion of course content， practice， and actual production processes to meet the knowledge and literacy needs of innovative application talents in the mold industry.

Key words： emerging engineering education; plastic mold; practical teaching; curriculum reform