耿保玉,胡杰珍
(廣東海洋大學 機械工程學院,廣東 湛江 524088)
為促進我國從工程教育大國向工程教育強國轉變,并為我國產業(yè)發(fā)展培養(yǎng)一批引領未來技術與產業(yè)發(fā)展的卓越工程科技人才,國家提出新工科建設戰(zhàn)略[1-2]。除了對新生工科專業(yè)和新興專業(yè)的增量補充外,對傳統(tǒng)現(xiàn)有專業(yè)的存量更新同樣是新工科建設和改革的重要環(huán)節(jié)[3]。《模具CAD/CAM》是材料成型及控制工程專業(yè)的重要課程,該課程將計算機技術、材料成型、模具設計和制造等專業(yè)知識進行了深度地的融合,具有較強的實踐性,要求學生在掌握該課程理論知識與基本技能的基礎上,擁有運用專業(yè)知識與基本技能解決實際問題的能力[4-6]。在新工科理念指導下,應用型本科的材料成型及控制工程專業(yè)應通過信息化、智能化的改造和升級以適應產業(yè)未來發(fā)展需要,而《模具CAD/CAM》是模具設計加工方向數(shù)字化轉型和對接智能制造的重要課程[7-9]。
傳統(tǒng)的《模具CAD/CAM》課程一直是輕實踐、重理論的教學方式。教學內容側重于講解模具CAD/CAM 系統(tǒng)的硬件和軟件,以及計算機數(shù)據(jù)處理與分析理論和計算機圖形處理的基礎知識[10]。當代工業(yè)真正需求的模具CAD/CAM 軟件應用技術的教學內容比重卻偏小[11],這不滿足應用型人才的培養(yǎng)要求,無法適應行業(yè)發(fā)展對于模具設計與制造的應用型人才的需求。近年來在市場引領和新工科理念指導下,各高校開始重視軟件操作實訓[2,12],注重培養(yǎng)學生應用專業(yè)CAD/CAM 軟件進行模具建模設計和分析的能力,并在此基礎上培養(yǎng)學生數(shù)控編程等加工方面的實踐能力,以期培養(yǎng)能夠適應信息化和智能化模式的創(chuàng)新型模具設計加工技術人才。廣東海洋大學在推行《模具CAD/CAM》課程教學時,依然存在教學形式單一、教學資源缺乏以及專業(yè)知識與軟件應用脫節(jié)等問題,導致學生缺乏學習積極性和主動性,學習效果不佳,影響了培養(yǎng)學生設計實踐能力和創(chuàng)新能力的效果。
教學形式單一表現(xiàn)在授課方法主要分2 種:一是軟件命令講解式教學;二是項目引導式教學。軟件命令講解式教學內容碎片化,學生感受較為枯燥,無法激起學生的學習主動性,此外,學生缺少對產品和模具設計全局思考,難以實現(xiàn)成型理論知識與軟件操作深度融合。項目式教學法目的引導性強,學生學習興趣高[13-15],但在有限的學時內,學生對軟件命令的理解不深入和掌握不牢靠,面對不同項目時,難以做到舉一反三。
教學資源缺乏主要表現(xiàn)在教材內容具有局限性,網(wǎng)上資源匱乏、陳舊、參差不齊,不利于學生在課余時間復習和拓展學習。模具結構種類繁多,設計細節(jié)和要求差異性較大,學生僅依靠課堂訓練,其自主解決實際問題的能力未能得到充分鍛煉,無法滿足課程設計和畢業(yè)設計的多樣化需求,更無法滿足新工科人才培養(yǎng)對實踐能力和創(chuàng)新能力的要求。
專業(yè)知識與軟件應用脫節(jié)主要體現(xiàn)在傳統(tǒng)教學模式下,由于課時限制,學生對軟件不熟悉,需花費較多時間在軟件操作上,再加上對專業(yè)知識掌握也不夠牢固,因此在有限的學時中難以將模具設計和制造的專業(yè)知識與軟件應用深度融合,學習過程中更注重軟件的應用,而不能將成型工藝知識應用于建模和模具設計中。
因此,針對現(xiàn)有教學模式下的弊端和問題,需對《模具CAD/CAM》課程進行全方位的教學改革,以提高學生的學習積極性和自主學習能力,加強模具設計理論知識與軟件操作的融合,提高學生的設計實踐能力,激發(fā)學生的設計創(chuàng)新潛能。
《模具CAD/CAM》課程是材料成型及控制工程專業(yè)的核心課程,是該專業(yè)綜合知識應用的集中體現(xiàn)。通過本課程的學習,提高學生模具CAD/CAM工程應用的基本技能,并使學生能夠將先修的材料成型理論、模具設計、機械加工等理論知識與模具CAD/CAM 軟件結合,高效地進行模具設計和制造。教學改革面向新工科背景下對模具設計人才綜合實踐能力和創(chuàng)新能力的需求,通過線上線下混合式教學改革,項目引導式教學和命令講解式教學相結合,線上線下教學資源建設,多元考核評價體系構建,充分調動學生的學習積極性和主動性,提高學習效率,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和鍛煉學生的創(chuàng)新能力。圖1 所示為《模具CAD/CAM》多維度教學模式改革路線。
圖1 模具CAD/CAM混合式教學及評價改革路線
為了增強學生的學習動力,培養(yǎng)學生在模具設計過程中的整體思考能力,教學方式由原來的單一線下教學改為線上線下混合式教學,由原來 “項目引導式教學”或“命令講解式教學”的單一教學思維,改為項目引導式和命令講解并重的教學思維,實現(xiàn)四位一體的多維度教學。充分考慮項目式教學和命令講解式教學的局限性和教學實施特點,并結合線下教學和線上教學的優(yōu)勢,多維度教學采用的線下教學以項目式教學為主,針對塑料模設計、沖模設計、級進模設計、NC 數(shù)控編程等不同教學模塊,分別由簡入繁地引入2~4個項目,課堂中加強問答和討論環(huán)節(jié),促使學生對模具設計和加工編程訓練完成“熟悉——理解——掌握——創(chuàng)新”的升華。由于線上教學靈活性大,多維度教學采用的線上教學以命令講解式教學為主。線上利用網(wǎng)絡和教師錄制的碎片化視頻,對各模塊軟件命令進行逐個系統(tǒng)的講解,學生利用電腦或手機等互聯(lián)網(wǎng)工具,隨時隨地開展軟件學習和復習。
教學改革必備的基礎工作是構建高質量的教學資源。開展線下項目式教學和線上命令講解式教學,必須有良好的教學3D素材和教學視頻資源作為支撐。教學改革針對項目式教學擬創(chuàng)建“塑料模設計項目”、“沖模設計項目”、“NC 編程項目”的3D素材;針對命令講解式教學擬創(chuàng)建“注射模向導命令詳解”、“工程模向導命令詳解”、“級進模向導命令詳解”、“加工模塊命令詳解”等碎片化詳解教學視頻資源庫。
針對塑料模設計項目式教學,建設了“兩板模”、“三板?!?、“斜頂滑塊側抽芯模”的項目素材和教學視頻。針對沖模設計項目式教學,建設了“單工序落料?!?、“落料沖孔復合模”、“彎曲翻孔復合模”、“成形拉深?!钡软椖克夭暮徒虒W視頻;針對級進模設計項目式教學,建設了“沖裁彎曲翻邊成形級進?!?、“深拉深級進?!钡软椖康乃夭暮徒虒W視頻;針對NC 數(shù)控編程項目式教學,建設了“簡單平面銑”、“復雜輪廓銑”等項目的素材和教學視頻。項目教學素材供線下教學訓練和討論使用,并錄制系統(tǒng)的教學視頻供學生復習參考使用。創(chuàng)建的部分3D素材資源如圖2所示。
圖2 創(chuàng)建的CAD/CAM部分3D素材資源
由于各模具設計及加工編程模塊的命令復雜繁多,為使學生系統(tǒng)掌握并靈活選用軟件命令,對常用命令創(chuàng)建了相應的3D 訓練素材和詳細命令講解短視頻。注射模向導部分開展工件創(chuàng)建、型腔布局、分型面設計、模架選調、澆注系統(tǒng)設計、推桿設計、斜頂滑塊設計、開模、標準件選調等命令的素材和講解視頻資源建設。沖模向導部分開展中間工步、條料工具、工位管理、模架及標準件選調、沖裁鑲件設計、彎曲鑲件設計、成形鑲件設計、翻邊鑲件設計等命令的素材和講解視頻資源建設。級進模向導部分開展條料排樣設計、級進模模架及標準件選調、讓位槽設計等命令的素材和講解視頻建設。NC編程模塊開展刀具創(chuàng)建、幾何體創(chuàng)建、工序創(chuàng)建、編程視圖管理、后處理、車間文檔等命令的素材和講解視頻建設。軟件命令3D 素材供學生線上學習訓練用,碎片化的命令詳解視頻供學生復習參考使用。創(chuàng)建部分視頻素材資源如圖3所示。
圖3 創(chuàng)建部分教學視頻資源
多維度教學模式要求評價模式的多元化,應兼顧不同的評價內容與評價指標,開展多維度的評價。課程考核實行線上和線下雙重考核,整合了“過程考核”和“結果評價”。課程在平時考勤、課堂表現(xiàn)、作業(yè)、期末成績的基礎上,拓展評價內容,增加線下項目式教學過程中理論與操作的融合能力評價,創(chuàng)新性思維評價等。多元化的評價體系既注重結果考核又體現(xiàn)了過程考核,既注重知識技巧的掌握評價又注重能力的評價。針對線下學習狀況的管控,主要是通過對學生的項目完成度和知識運用的合理性和創(chuàng)新性進行評價,通過平時作業(yè)考查學生理論知識與軟件操作的融合度,重點參照大作業(yè)的完成程度給出線下的評價成績。在線上教學過程中,利用超星教學平臺針對線上學習內容廣度、線上小作業(yè)完成質量、線上知識點理解、線上線下學習進度的協(xié)同性進行評價,通過線上平臺對學生進行自主學習能力、學習效果、創(chuàng)新能力等方面進行考核。針對線上學習的評價,該教學平臺可以跟蹤每一個學生線上學習時長和線上測試結果以及線上作業(yè)完成狀況,制定線上成績評定的策略。最終匯總線上線下的成績,作為學生該課程的綜合成績。線上線下考核評價細則如表1所示。
表1 線上線下考核評價細則
傳統(tǒng)《模具CAD/CAM》課程存在教學形式單一、教學資源少以及專業(yè)知識與軟件應用脫節(jié)等問題,造成學生學習積極性與主動性不高,學習效果不佳,嚴重限制了學生設計實踐能力與創(chuàng)新能力的發(fā)展。在新工科背景下,通過豐富的教學資源支撐和多元化考核評價體系引領,利用線下項目式教學,培養(yǎng)了學生模具設計與制造的全局思維,促使了先導理論課程與模具CAD/CAM 的深度融合,激發(fā)了學生的創(chuàng)造能力;利用線上碎片化教學靈活性,開展命令講解式教學,提高了學生學習軟件的主動性,提升了學生對軟件操作掌握程度,培養(yǎng)了學生面對復雜問題的發(fā)散思維和解決問題的能力,培養(yǎng)的學生得到了企業(yè)的肯定。