張俊喜，郭小汝，楊 帆，秦牧嵐

（蘭州工業(yè)學(xué)院材料工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

隨著新工業(yè)革命的快速發(fā)展，工科專業(yè)迎來了機遇，但也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[1]?！靶鹿た啤苯ㄔO(shè)對我國推動創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，實現(xiàn)“一帶一路”倡議、“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略等具有重大意義[2-3]。新時期的工科建設(shè)思想和行動綱領(lǐng)明確強調(diào)要繼續(xù)堅持立德樹人，強化廣大工科生工程倫理意識等，著力培養(yǎng)“精益求精，追求卓越”的工匠精神[4]。為適應(yīng)新工科建設(shè)的要求，蘭州工業(yè)學(xué)院正在全面推進(jìn)教學(xué)改革。本文以材料成型及控制工程專業(yè)的主干課塑料成型工藝與模具設(shè)計作為案例，在建設(shè)中優(yōu)化知識體系、豐富教學(xué)方法、加強實踐環(huán)節(jié)、實行多元化考核、提升師資力量等方面開展了科學(xué)的探索與實踐，構(gòu)成“學(xué)、練、賽、創(chuàng)、研”五位一體的教育體系，收到良好的效果。

1 優(yōu)化知識體系 創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容

1.1 引入新材料、新工藝、新技術(shù)

塑料成型工藝與模具設(shè)計課程作為材料成型及控制工程專業(yè)教育課，主要完成塑料的組成、分類及成型特性，塑件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸等工藝設(shè)計，塑料模具與成型設(shè)備的相互匹配關(guān)系，塑件成型工藝及模具設(shè)計等知識的傳授。隨著科技的發(fā)展，各行各業(yè)新理念、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)教材上的部分內(nèi)容完全不符合新工科背景下創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。因此，授課教師通過形式多樣的現(xiàn)代化教學(xué)手段獲取新知識（最新研究成果、新技術(shù)、新工藝），及時修改課件以充實現(xiàn)有教材，構(gòu)建塑料成型工藝與模具設(shè)計的新知識體系。例如：講解常用塑料及應(yīng)用時，引入仿瓷餐具，即密胺餐具，同現(xiàn)實生活中的新產(chǎn)品、新材料聯(lián)系；講解模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)時，引入隨形水路，與3D技術(shù)緊密結(jié)合；在拓展新技術(shù)和新工藝時，除了教材所提內(nèi)容外，引入高光無痕注塑技術(shù)及模具結(jié)構(gòu)、高效疊層模具及成型技術(shù)、多層塑料吹塑模具及設(shè)備、多色共注射技術(shù)、異型材的生產(chǎn)線及高速擠出模具等[5]。

1.2 引入思政元素

按照“辦好中國特色社會主義大學(xué)，要堅持立德樹人，把培育和踐行社會主義核心價值觀融入教書育人全過程”的根本要求[6]，將基本知識與“課程思政”相結(jié)合，從材料、工藝、模具、制造等方面深入挖掘思政元素，在教學(xué)過程中引領(lǐng)學(xué)生樹立正確的價值觀，強化職業(yè)道德及工匠精神等[7]。以“玩具獎杯”設(shè)計為例，從塑件結(jié)構(gòu)與形狀工藝分析，比較分析不同成型方案的優(yōu)缺點和適應(yīng)性，到型芯、型腔零件的成型尺寸計算，模具基本結(jié)構(gòu)設(shè)計，分型面、澆注系統(tǒng)、推出結(jié)構(gòu)選擇，抽芯距離的理論計算及最終尺寸、強度校核等內(nèi)容，均需要反復(fù)修改和不斷優(yōu)化，最終達(dá)到最佳效果，在整個模具設(shè)計過程中強化精益求精和勇于創(chuàng)新，培養(yǎng)了學(xué)生的工匠精神。

1.3 引入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)

加強創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育內(nèi)容，根據(jù)各種學(xué)科競賽要求，教學(xué)團隊教師討論優(yōu)選學(xué)科競賽的優(yōu)秀成果，從專業(yè)角度整體進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，確定本課程實施方案，不斷更新教案和PPT課件，落實創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育。例如，選擇往屆學(xué)生3D大賽中塑料模具設(shè)計獲獎作品作為典型案例，進(jìn)行任務(wù)分解，結(jié)合基本理論進(jìn)行講解介紹，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

2 豐富教學(xué)方法 增強教學(xué)效果

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，完全改變了人們的生活及行為方式。傳統(tǒng)教師講授為主的課堂教學(xué)，學(xué)生被動聽講，強迫做一些簡單筆記，或用手機拍照記錄，枯燥的課堂氣氛使學(xué)生很難集中注意力，也很難培養(yǎng)創(chuàng)新能力，使教學(xué)效果不佳。因此，不斷探索及改進(jìn)教學(xué)模式，基于工程認(rèn)證理念，加強“以學(xué)生為中心”的混合式教學(xué)模式，根據(jù)新時代大學(xué)生特征及信息技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，采用線上、線下混合式、啟發(fā)式、項目式、討論式、提問式等多種教學(xué)手段，促進(jìn)教學(xué)效果。例如：課堂授課之前借助大學(xué)慕課資源，以積分制強制學(xué)生課前的線上學(xué)習(xí)；針對每個模塊重要知識點，錄制成視頻，發(fā)布在學(xué)習(xí)通中，方便學(xué)生隨時學(xué)習(xí)和討論，并且在學(xué)習(xí)通中發(fā)布作業(yè)、課件等，引導(dǎo)學(xué)生課前學(xué)習(xí)。統(tǒng)計學(xué)生視頻觀看時長、作業(yè)完成情況，分析每位學(xué)生的具體學(xué)習(xí)情況，及時采取補救措施，如課內(nèi)針對性地提問、討論等，促進(jìn)后進(jìn)生的學(xué)習(xí)效果。學(xué)生課外可借助多媒體課件、動畫及生產(chǎn)現(xiàn)場視頻等資源進(jìn)行基本知識點的學(xué)習(xí)，而課內(nèi)采用翻轉(zhuǎn)課堂，即訓(xùn)練學(xué)生演講能力，活躍課堂氣氛，提高學(xué)習(xí)效果。另外，一些基本知識講解完成后，可以進(jìn)行學(xué)生提問教師解答、教師點名提問、隨堂小測驗等形式進(jìn)行教學(xué)效果反饋。

3 強化實踐環(huán)節(jié) 提高動手能力

3.1 開設(shè)三性實驗

根據(jù)建設(shè)地方性應(yīng)用型本科的要求，學(xué)校加強校內(nèi)實驗室基地的建設(shè)，2019年為材料成型及控制工程專業(yè)投入180萬，補充建設(shè)塑料成型實驗室、3D打印實驗室等。在材控18級人才培養(yǎng)方案中增加了實踐課時。本課程也設(shè)置了6學(xué)時實驗，并且傳統(tǒng)演示性實驗改為三性實驗（即：設(shè)計性、創(chuàng)新性、綜合性）。例如：模具拆裝實驗室現(xiàn)有四十多付透明模具和生產(chǎn)模具，各類工具和量具。學(xué)生分組，團隊合作，創(chuàng)新設(shè)計實驗實施方案，在現(xiàn)場動手操作完成模具拆裝和測繪，通過自評、互評、點評，獲得成績，并培養(yǎng)工程素養(yǎng)；數(shù)字化設(shè)計實驗室繪制2D和3D塑件、零部件、模具裝配圖、爆炸圖，使學(xué)生掌握塑料模具的設(shè)計流程及軟件應(yīng)用能力，并結(jié)合學(xué)科競賽，創(chuàng)新設(shè)計且繪制出模具裝配三維圖、動作分解圖以及制作短視頻；借助3D打印實驗室的各種設(shè)備，打印ABS實體模具，驗證設(shè)計的正確性，課外進(jìn)一步優(yōu)化創(chuàng)新設(shè)計，最終成果作為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等比賽產(chǎn)品，提高創(chuàng)新能力。塑料成型實驗室學(xué)生可進(jìn)行生產(chǎn)、工藝、設(shè)備、模具等環(huán)節(jié)實驗及實訓(xùn)，旨在體驗塑件的成型全過程，使學(xué)生將理論知識與企業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，掌握模具結(jié)構(gòu)、注射成型原理及工藝流程。

3.2 校企合作

目前，已經(jīng)建設(shè)了以蘭石集團為主的多個校外實習(xí)基地。在這一實踐環(huán)節(jié)中，學(xué)生通過與生產(chǎn)現(xiàn)場人員交流，進(jìn)一步掌握塑料模具設(shè)計中應(yīng)該考慮的主要問題，了解生產(chǎn)企業(yè)的先進(jìn)理念及設(shè)計手段，當(dāng)今主要采用哪些CAD/CAE/CAM等軟件。在模具加工、裝配、試模車間，通過企業(yè)技術(shù)人員講解生產(chǎn)工藝圖紙、模具生產(chǎn)工藝規(guī)程制定原則、工藝流程圖、模具實物、先進(jìn)加工技術(shù)與設(shè)備等，使學(xué)生全面熟悉從設(shè)計到制造的整個模具生產(chǎn)過程。同時，學(xué)生身臨其境，體驗生產(chǎn)，增強工程意識。此外，學(xué)生通過車間各種公告欄，以及企業(yè)人員的講解，較全面地認(rèn)識了生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)與管理模式、塑件的成型工藝及模具行業(yè)情況等。

3.3 學(xué)科競賽和大創(chuàng)項目驅(qū)動

基于成果導(dǎo)向的工程教育理念，蘭州工業(yè)學(xué)院加強建設(shè)每個專業(yè)的實踐環(huán)節(jié)。根據(jù)新修訂大綱，教學(xué)團隊編寫了《塑料成型工藝與模具設(shè)計指導(dǎo)書》，用于各種實踐教學(xué)。本指導(dǎo)書第一部分介紹了單分型面、雙分型面、斜導(dǎo)柱側(cè)向抽芯三種模具設(shè)計的內(nèi)容、方法和步驟，并把往屆高水平學(xué)科競賽獲獎作品作為典型案例；第二部分介紹了最新相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，同時介紹了新工藝、新技術(shù)，以及在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中應(yīng)用案例；第三部分介紹了設(shè)計選題，并強調(diào)選題必須同各種學(xué)科競賽、科研項目相結(jié)合，并及時更新。本環(huán)節(jié)具體教學(xué)過程如圖1所示。以項目為載體，分解任務(wù)，分組初步完成設(shè)計和實物的制作，優(yōu)選優(yōu)秀作品參與學(xué)科競賽，或大創(chuàng)項目申報，實現(xiàn)賽教融合，促進(jìn)教學(xué)改革。在各種實踐活動中“以學(xué)生為中心”，在指導(dǎo)教師的引導(dǎo)下，學(xué)生自主完成項目任務(wù)，訓(xùn)練動手能力，學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)和解決實際問題，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，并在工程教育中融入文化素養(yǎng)，提高道德覺悟。

圖1 項目驅(qū)動課程設(shè)計過程

4 多元考核方式

改變期末卷面成績?yōu)橹鞯目己朔绞?，課程建設(shè)中加強了過程考核，形成多元化考核評價體系，如表1所示。其中課堂表現(xiàn)由學(xué)習(xí)態(tài)度、互動效果、提問回答課堂研討等構(gòu)成；綜合作業(yè)是布置開放式題目，學(xué)生課外完成的設(shè)計，相似于簡化的課程設(shè)計，根據(jù)完成質(zhì)量，以及比賽獲獎級別、大創(chuàng)立項級別、撰寫論文情況給分；實驗成績包括出勤與紀(jì)律，預(yù)習(xí)情況，設(shè)備操作水平及規(guī)范性，實驗報告質(zhì)量等方面進(jìn)行考核。期末考試出題前，首先根據(jù)教學(xué)大綱制定命題計劃，確定每個知識點所占分值，以及考核方式，降低客觀題的比例（≤30%），把部分知識點綜合起來，通過沒有確定答案的主觀題來考察，給學(xué)生更多答題思路，增強知識應(yīng)用能力。如提供一個塑件圖，要求塑件結(jié)構(gòu)分析，修改結(jié)構(gòu)中的不合理部分，然后，根據(jù)改進(jìn)后的新結(jié)構(gòu)塑件完成分型面及成型零件設(shè)計等內(nèi)容。

表1 課程考核項目及建議比例

5 提升師資力量 強化雙師型

新工科建設(shè)背景下，學(xué)校加強師資隊伍建設(shè)。據(jù)調(diào)查，材料成型及控制工程專業(yè)的大多數(shù)新進(jìn)年輕教師，從本科到博士畢業(yè)所學(xué)專業(yè)一般為材料科學(xué)與工程，也缺乏在企業(yè)從事相關(guān)工作的經(jīng)驗，對多學(xué)科交叉課程的難點重點把握不準(zhǔn)，課堂控制力低等等。因此，針對具體問題，堅持以需求為導(dǎo)向，對新引進(jìn)年輕教師進(jìn)行循環(huán)培訓(xùn)，如崗前培訓(xùn)，相關(guān)知識培訓(xùn)，有經(jīng)驗專業(yè)老教授導(dǎo)師帶助教制，定期走進(jìn)企業(yè)參與生產(chǎn)實踐鍛煉等。同時，學(xué)院對全職教師進(jìn)行實踐能力、創(chuàng)新能力培訓(xùn)。聯(lián)系新采購設(shè)備廠商進(jìn)校分層次多級培訓(xùn)，第一階段訓(xùn)練教師設(shè)備操作能力；第二階段教師與廠商技術(shù)人員共同解決設(shè)備運作中出現(xiàn)的問題；第三階段培訓(xùn)設(shè)備日常維護、檢修能力，并開展創(chuàng)新實踐教學(xué)，不斷提升教學(xué)團隊的實踐水平。例如，2020年，塑料成型工藝與模具設(shè)計教學(xué)團隊中，本課主講教師獲得“一級/高級技師”，另外二人獲得“二級/技師”，三人順利晉升為“雙師雙能型”教師。

6 實踐效果明顯 成果豐富 單位滿意

通過實踐，比較近三年材控專業(yè)16級、17級、18級學(xué)生塑料成型工藝與模具設(shè)計課程綜合成績，如圖2所示。由圖2可以看出，16級良好占26.6%，優(yōu)秀占2.22%；17級良好占36.73%，優(yōu)秀占4.08%；18級良好占51.16%，優(yōu)秀為27.91%；這表明學(xué)生平均綜合成績逐年提高，良好和優(yōu)秀學(xué)生比例增多。其主要原因是材控18級學(xué)生的塑料模具課程設(shè)計項目作品，在學(xué)科競賽獲得6項省級二等獎以上，4人創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目，2人專利授權(quán)，2人發(fā)表論文。根據(jù)多元化考核方式，上述同學(xué)均給以加分，使18級的成績顯著提升。據(jù)用人單位、有關(guān)高校的研究生導(dǎo)師反饋，材料成型及控制工程專業(yè)畢業(yè)生具有良好的綜合素質(zhì)、較強的動手能力，滿意度較高。

圖2 學(xué)生成績分布和平均分（a）2016級；（b）2017級；（c）2018級；（d）平均成績