于盛睿 韓 文 余冬玲

（景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)機電工程學(xué)院，景德鎮(zhèn) 333403）

引言

創(chuàng)新教育和工程實踐教育的觀念已經(jīng)成為全社會的共識。全面推進素質(zhì)教育，提高大學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)具有創(chuàng)新素質(zhì)與工程實踐能力的技術(shù)人才，是建設(shè)創(chuàng)新型國家戰(zhàn)略對高校提出的要求，也是高等院校探索人才培養(yǎng)的重大課題[1]。

當(dāng)前，以現(xiàn)代工程訓(xùn)練為依托、為架構(gòu)基礎(chǔ)，進行教育教學(xué)的創(chuàng)新實踐與研究在許多高等院校相繼展開，適應(yīng)專業(yè)學(xué)科教育與研究的創(chuàng)新實驗區(qū)陸續(xù)得到構(gòu)建[2]。現(xiàn)代工程訓(xùn)練融合了先進制造理念、先進制造技術(shù)、先進制造方法的一體化思想[3-5]，如何結(jié)合現(xiàn)代工程訓(xùn)練架構(gòu)，對諸如材料成型與控制工程等工程實踐背景很強的應(yīng)用型本科專業(yè)展開有針對性的教育教學(xué)實踐創(chuàng)新，具有重要的理論意義與研究價值[6]。

對學(xué)生創(chuàng)新與實踐能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的專業(yè)綜合素質(zhì)，使其成為具有創(chuàng)新意識和開拓精神的工程技術(shù)人才是當(dāng)前社會發(fā)展對材料成型方向的迫切需求[7-8]。針對這種現(xiàn)狀，提出對傳統(tǒng)的專業(yè)培養(yǎng)模式進行探索和變革，以現(xiàn)代工程訓(xùn)練構(gòu)架下學(xué)生創(chuàng)新與實踐能力培養(yǎng)為主線展開相應(yīng)的教育、教學(xué)改革顯得尤為必要。

一、傳統(tǒng)教學(xué)模式分析

在國內(nèi)院校的專業(yè)培養(yǎng)中，學(xué)生對材料成型專業(yè)的學(xué)習(xí)重在理論課程知識，對創(chuàng)新與實踐能力的培養(yǎng)還比較欠缺，尤其體現(xiàn)在模具CAD/CAE/CAM一體化的專業(yè)工程分析與實踐存在很大提高空間。傳統(tǒng)教學(xué)模式只解決了構(gòu)建學(xué)生基本知識體系的任務(wù)，不能適應(yīng)當(dāng)前社會對學(xué)生解決實際工程問題的要求。目前高校培養(yǎng)的人才與企業(yè)要求存在相當(dāng)大的差距，主要原因如下[9-10]：在教師方面，由于客觀原因，80%教師是從“校門”到“校門”，沒有參與過工程實踐，與產(chǎn)業(yè)脫節(jié)，課堂教學(xué)理論化傾向較突出，授課內(nèi)容方式、方法不能完全滿足社會發(fā)展；在學(xué)生方面，許多學(xué)生學(xué)習(xí)的目的不明確，他們并不確切知道畢業(yè)之后要干什么，需要什么知識，與社會需求完全脫節(jié)，特別是材料成型與控制工程這類實踐性特別強的應(yīng)用型專業(yè)，缺乏學(xué)習(xí)的緊迫感與創(chuàng)新實踐能力的鍛煉；在教學(xué)體系方面，存在理論教學(xué)與實踐教學(xué)環(huán)節(jié)脫節(jié)、教與學(xué)雙方脫節(jié)、教學(xué)內(nèi)容跟不上當(dāng)前先進制造技術(shù)發(fā)展的問題。探索適應(yīng)本專業(yè)本科教育的新模式，是擺在我們面前的一個重大與迫切的課題。

本文融合工程實際案例，以形成先進制造技術(shù)與理念的創(chuàng)新與實踐教育方法為目標(biāo)，改變傳統(tǒng)教學(xué)模式注重構(gòu)建學(xué)生基本知識體系，無法完全滿足當(dāng)前社會對學(xué)生解決工程實際問題的現(xiàn)狀，對傳統(tǒng)專業(yè)培養(yǎng)模式進行探索與變革，找到一條適合本專業(yè)發(fā)展的學(xué)生素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育培養(yǎng)的新途徑，供同行借鑒與參考。

二、模具CAD/CAM/CAE集成的一體化教學(xué)模式架構(gòu)

景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)是全國唯一一所以陶瓷命名的多科性本科高校，是教育部卓越工程師教育培養(yǎng)計劃高校、教育部深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革示范高校和江西省首批轉(zhuǎn)型發(fā)展試點高校，學(xué)校堅守“腦手并用、科藝結(jié)合”的人才培養(yǎng)理念，將“三創(chuàng)”教育融入人才培養(yǎng)全過程，構(gòu)建了第一、第二、第三課堂銜接互動的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系，形成了創(chuàng)意、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)“三創(chuàng)合一”的獨特育人氛圍。該校材料成型與控制工程專業(yè)涵蓋模具設(shè)計與制造、焊接成型及控制、鑄造成型及控制三個方向，其課程體系著力培養(yǎng)學(xué)生掌握材料科學(xué)與工程的基礎(chǔ)理論、材料成型及控制的專門知識和基本技能，在工藝設(shè)計與優(yōu)化、加工過程中的計算機仿真、先進制備技術(shù)和新材料開發(fā)等領(lǐng)域具備寬厚的知識基礎(chǔ)、突出的能力潛質(zhì)、優(yōu)秀的綜合素質(zhì)和良好的實踐能力，是江西省普通本科高等學(xué)校卓越工程師培養(yǎng)計劃試點專業(yè)、江西省轉(zhuǎn)型發(fā)展試點專業(yè)。根據(jù)學(xué)校創(chuàng)新與實踐能力培養(yǎng)特征，結(jié)合學(xué)科特點及實踐教學(xué)自身的規(guī)律，按照分層次、模塊化、綜合式、開放型的教學(xué)改革思路，以創(chuàng)新與實踐教育為先導(dǎo)，以創(chuàng)新素質(zhì)教育實踐為研究目標(biāo)，以先進制造技術(shù)為理念，將案例融入課堂教學(xué)與實踐教學(xué)，推進材料成型與控制工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)綜合素質(zhì)的提高，從而為行業(yè)、為地方培養(yǎng)卓越的專業(yè)優(yōu)秀人才。

以該專業(yè)的模具設(shè)計與制造方向為例，該方向培養(yǎng)體系方案設(shè)計為：模具CAD/CAM/CAE集成的一體化案例教學(xué)、現(xiàn)代工程訓(xùn)練架構(gòu)下的模具興趣小組培養(yǎng)實踐、專業(yè)實驗室的配套建設(shè)，如圖1所示。

1.模具CAD/CAM/CAE集成的一體化案例教學(xué)

為了打造模具CAD/CAM/CAE集成的一體化案例教學(xué)模式，設(shè)計了現(xiàn)代模具設(shè)計方法、材料成形計算機模擬、數(shù)控技術(shù)等三門課程的課題案例式教學(xué)內(nèi)容：其中現(xiàn)代模具設(shè)計方法屬于CAD技術(shù)方面，包括塑料注射成型智能技術(shù)裝備、基于CAD/CAE集成模型的塑料注塑模優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)、注射成型智能試模軟件的開發(fā)等三個專題，如圖2（a）所示；材料成形計算機模擬屬于CAE技術(shù)方面，包括管件接頭的充填分析、電話外殼的流動分析、MP3外殼的冷卻分析、手機外殼的翹曲分析等四個案例，如圖2（b）所示；數(shù)控技術(shù)屬于CAM技術(shù)方面，包括軸類零件的G代碼編程、華中數(shù)控8型控制系統(tǒng)等兩個案例，如圖2（c）所示。該部分全部來自工程實際，與教師的科研項目緊密相關(guān)，變抽象為具象，極大的激發(fā)了課堂教學(xué)的生動性與形象性。

圖1 創(chuàng)新與實踐能力培養(yǎng)體系設(shè)計

圖2 模具CAD/CAM/CAE集成的一體化案例

2.現(xiàn)代工程訓(xùn)練架構(gòu)下的模具興趣小組培養(yǎng)實踐

以課后模具興趣小組的形式進行課外創(chuàng)新與實踐能力培養(yǎng)。該部分主要包括參數(shù)式三維模具設(shè)計、產(chǎn)品與模具的模擬分析、工藝過程與模具結(jié)構(gòu)分析與調(diào)試。其中，參數(shù)式三維模具設(shè)計屬于CAD技術(shù)方面，包括UG產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與模具設(shè)計、Pro/E產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與模具設(shè)計兩個模塊，學(xué)生可以根據(jù)自身興趣選擇一個基于參數(shù)式三維設(shè)計軟件進行針對性的學(xué)習(xí)，如圖3（a）所示；產(chǎn)品與模具的模擬分析屬于CAE技術(shù)方面，包括流動分析、保壓分析、冷卻分析與翹曲分析四個案例，基本涵蓋了模擬分析的主要類型，如圖3（b）所示；工藝過程與模具結(jié)構(gòu)分析與調(diào)試屬于CAM技術(shù)方面，包括工藝過程調(diào)試、模具拆裝與結(jié)構(gòu)分析等，涉及產(chǎn)品的試制階段的基本方面。

圖3 模具興趣小組實踐活動

在課后興趣小組教學(xué)實踐活動中，形成一套完善的教學(xué)培養(yǎng)方案與計劃，根據(jù)學(xué)生的自身能力水平，分為基礎(chǔ)階段培養(yǎng)小組、提高階段培養(yǎng)小組以及高級階段培養(yǎng)小組。在每個階段，分別制定了具體的學(xué)習(xí)與培養(yǎng)內(nèi)容，并制定了一套行之有效的活動實施方案，鼓勵學(xué)生勇于實踐，大膽創(chuàng)新，獨立思考，培養(yǎng)觀察、思考和解決問題的能力。結(jié)合學(xué)院的實際情況，制定詳細的模具興趣小組初級、中級、高級或賽前培訓(xùn)班教學(xué)計劃，對培訓(xùn)班的理論教學(xué)、實踐教學(xué)、培訓(xùn)教材、培訓(xùn)課時量等做了明確的規(guī)定。有意識引導(dǎo)、組織并指導(dǎo)學(xué)生參加省級三維數(shù)字建模及模具設(shè)計制作大賽。逐步形成本專業(yè)學(xué)生的工程實踐能力培養(yǎng)模式，使得他們具備了利用專業(yè)知識提出問題、分析問題、解決問題的能力，增強了開拓與創(chuàng)新能力，滿足社會與行業(yè)對高素質(zhì)人才的需求。

3.專業(yè)實驗室的配套建設(shè)

學(xué)生的創(chuàng)新與實踐能力的培養(yǎng)，離不開完備的專業(yè)實驗室硬件建設(shè)，根據(jù)創(chuàng)新與實踐能力培養(yǎng)體系設(shè)計的任務(wù)需求，制定了實驗設(shè)備購置計劃，以景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)工程訓(xùn)練中心為依托平臺，有步驟、有計劃的、適時添置了實驗設(shè)備與儀器，主要為模具CAD/CAM/CAE集成的一體化案例教學(xué)、現(xiàn)代工程訓(xùn)練架構(gòu)下的模具興趣小組培養(yǎng)實踐兩個模塊的實施與開展提供必要的軟硬件支撐。針對一體化案例教學(xué)實踐模塊，主要添置了專業(yè)的CAD設(shè)計、CAM加工制造與CAE分析軟件（如Pro/E模具設(shè)計、Moldflow模具流動分析等）；在現(xiàn)代工程訓(xùn)練架構(gòu)下的模具興趣小組培養(yǎng)實踐模塊，根據(jù)行業(yè)、社會對本專業(yè)的發(fā)展要求，加大了代表先進成型加工制造方向設(shè)備的引進力度（如全電動塑料注射成型機、數(shù)控電火花成形機、加工中心、多軸數(shù)控銑床、數(shù)控車床、擠出成型機等），并兼顧學(xué)生實訓(xùn)、自己動手實踐的實際需要，適時添置了能夠供他們快速學(xué)習(xí)掌握、安全使用并實時進行加工制造、拆裝實驗的小型儀器設(shè)備（如透明成套可拆裝模具、3D打印機、激光切割機、小型桌面車床、小型桌面銑床、小型桌面鉆床、鉗工組合臺等）。

在一體化教學(xué)模塊中的專業(yè)課程中，有意識地引導(dǎo)學(xué)生突破專業(yè)實驗課的陳規(guī)，改變由教師規(guī)定好實驗方案、學(xué)生按部就班的被動式復(fù)現(xiàn)實驗過程的套路，而是采取設(shè)定實驗、實訓(xùn)目標(biāo)，由學(xué)生自主選擇實驗設(shè)計方案，教師適時跟進、局部修正的方式，極大的提高了學(xué)生的模具設(shè)計與分析的能動性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與主動性。如，在注射模具的設(shè)計過程中，對其澆注系統(tǒng)設(shè)計的時候，教師只給學(xué)生澆注系統(tǒng)的設(shè)計原則和提示性指導(dǎo)，但是澆口的具體類型、數(shù)量、設(shè)置位置、布排方式、形狀等完全由學(xué)生自主決定，學(xué)生通過查閱專業(yè)資料及CAE工程計算，能夠得到優(yōu)化的模具設(shè)計解決方案。

在現(xiàn)代工程訓(xùn)練架構(gòu)下的模具興趣小組培養(yǎng)實踐模塊，鼓勵學(xué)生早下實驗室，盡快掌握和使用添置的實驗設(shè)備與儀器。為了達到上述目標(biāo)，對參加模具興趣小組的學(xué)生采取“以老帶新”的方式，模具興趣小組內(nèi)部定期、不定期的組織設(shè)備儀器講座，邀請企業(yè)的技術(shù)人員給大家進行技術(shù)培訓(xùn)。通過實驗設(shè)備及儀器的配套建設(shè)，學(xué)生的專業(yè)實踐能力得到有力提升；利用先進設(shè)計、加工手段，對成型工藝流程，模具零部件的設(shè)計、加工、拆裝、調(diào)試等內(nèi)容熟悉與掌握，對培養(yǎng)體系的構(gòu)建提供了有力的技術(shù)保障。

三、成效分析

通過現(xiàn)代工程訓(xùn)練架構(gòu)下模具CAD/CAM/CAE集成的一體化教學(xué)模式的研究與實踐，逐步探索出一條學(xué)生創(chuàng)新與實踐能力培養(yǎng)的教育教學(xué)之路，積累了一定的實踐教學(xué)經(jīng)驗，為以后的專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)奠定了一個良好的基礎(chǔ)。融合案例教學(xué)的學(xué)生創(chuàng)新與實踐能力培養(yǎng)全方位更新了傳統(tǒng)教學(xué)理念，在教學(xué)實踐過程中，取得了系列教學(xué)成果。

1.學(xué)生的整體專業(yè)素養(yǎng)得到較大提升，促進了大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力和工程技術(shù)水平的提高

表現(xiàn)為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計成績得到較大提高，指導(dǎo)的畢業(yè)設(shè)計（論文）多次獲得校級優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計（論文）。如學(xué)生畢業(yè)論文《電磁爐上蓋注塑模具設(shè)計》發(fā)表在國內(nèi)中文核心期刊《塑料科技》上；學(xué)生參加歷屆省級大學(xué)生“三維數(shù)字建模及模具設(shè)計制作”大賽、“全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計”大賽，獲得40余項榮譽，其中一等獎9項，多名指導(dǎo)教師獲得“優(yōu)秀指導(dǎo)教師”稱號。通過研究成果的實施，本專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新與實踐能力得到明顯提升，整體綜合素質(zhì)得到長足進步，在就業(yè)方面顯示出較強的競爭力和適應(yīng)能力，學(xué)生踏實肯干，勤奮認真，得到用人單位的青睞。

2.專業(yè)教學(xué)團隊專業(yè)素質(zhì)得到大幅提升，取得了系列創(chuàng)新與實踐教學(xué)經(jīng)驗與成果

成功申報了2項省級教改課題；獲得校級成果二等獎1項；制作了融合工程實際案例的教學(xué)課件；編寫及修訂了詳實的專業(yè)課程實驗指導(dǎo)書；在中文核心期刊發(fā)表8篇研究論文；以“情境式案例教學(xué)”為主要內(nèi)容的專業(yè)教材《塑料成型工藝與模具設(shè)計》由國防工業(yè)出版社出版。

3.進一步理清了今后的專業(yè)發(fā)展方向與學(xué)生培養(yǎng)模式思路，形成了創(chuàng)新與實踐能力培養(yǎng)的長效機制

成功申報并獲批江西省普通本科高校專業(yè)綜合改革試點項目、江西省普通本科高等學(xué)校卓越工程師培養(yǎng)計劃試點專業(yè)，在江西省一本招生。以此為契機，全面修訂了人才培養(yǎng)方案，建立了一批學(xué)生創(chuàng)新與實踐能力培養(yǎng)的校企合作基地。形成了一整套學(xué)生參加模具興趣小組課外活動的規(guī)章制度與長效機制保障措施。

4.為學(xué)生提供激發(fā)潛能的開放式實踐平臺，形成了拓寬知識能力、提高學(xué)以致用能力的培養(yǎng)模式

與行業(yè)、企業(yè)需求接軌，學(xué)生使用CAD/CAE軟件的能力得到有力提升，能熟練使用UG、Pro/E等參數(shù)化造型軟件進行專業(yè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與模具設(shè)計，能利用專業(yè)的CAE分析軟件Moldflow對注塑成型過程進行模擬分析，指導(dǎo)模具設(shè)計，形成了模具CAD/CAM/CAE集成的一體化專業(yè)培養(yǎng)模式。

四、結(jié)語

基于先進制造技術(shù)理念的材料成型與控制工程專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新與實踐能力培養(yǎng)教學(xué)模式是全方位更新傳統(tǒng)實踐教學(xué)理念，按照梯進式能力培養(yǎng)模式教學(xué)，重點對學(xué)生加強創(chuàng)新與實踐應(yīng)用能力的綜合培訓(xùn)。為學(xué)生提供開放式實踐平臺，充分挖掘?qū)W生的潛能，采取多種形式激發(fā)學(xué)生自學(xué)實踐能力，由單純傳統(tǒng)的驗證性實驗擴展到專業(yè)技術(shù)的應(yīng)用實踐，促進了大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力和工程技術(shù)水平的提高。通過對學(xué)生創(chuàng)新與實踐能力培養(yǎng)的體系建設(shè)與研究，提出進一步的工作設(shè)想與展望。

一是進一步擴大模具興趣小組創(chuàng)新開放實驗平臺，根據(jù)當(dāng)前新的形勢和條件發(fā)展，擬將模具興趣小組調(diào)整為機械創(chuàng)新設(shè)計小組，面向全校吸引更多對機械創(chuàng)新設(shè)計感興趣的同學(xué)加入，而不僅僅限定于本專業(yè)的學(xué)生。

二是擴大創(chuàng)新與實踐教學(xué)開放實驗室基地，為教師培訓(xùn)提供理論、實踐相結(jié)合的實踐場所，以全面改善教師實踐教學(xué)工作條件，提高學(xué)校實踐教學(xué)水平，使更多的學(xué)生受益。

三是以專項經(jīng)費形式提供對創(chuàng)新與實踐能力培養(yǎng)教學(xué)實踐活動的支持，將有利于保證創(chuàng)新與實踐能力培養(yǎng)的教學(xué)質(zhì)量及持久性。同時，在本專業(yè)試點的基礎(chǔ)上，應(yīng)進一步在其他應(yīng)用型專業(yè)進行推廣。