材料成型及控制工程專業(yè)實驗教學(xué)的改革探索

黎清寧　陳國華　劉貴仲　閆二虎　鐘思

【摘 要】在分析材料成型及控制工程專業(yè)實驗教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的應(yīng)用型專門人才為目標，逐步建立健全開放式實驗教學(xué)平臺，以學(xué)科競賽為導(dǎo)向，通過增加綜合性、創(chuàng)新性實驗環(huán)節(jié)來改革教學(xué)內(nèi)容。通過對實驗教學(xué)的多個環(huán)節(jié)進行改革探索，學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力得到明顯提升。

【關(guān)鍵詞】材料成型及控制；實驗教學(xué)；改革；競賽

【Abstract】This paper reviewed the experimental teaching status of the material forming and control engineering specialty. As the goal to foster innovative ability， the open experimental teaching platform was gradually established and improved，and more comprehensive， innovative experimenmt projects were promoted to drive subject competition. After several key links of experimental teaching were reformed， the innovative ability of students were developed and enhanced obviously.

【Key words】Material forming and control engineering；Experimental teaching；Reform；Competition

實驗教學(xué)作為理論聯(lián)系實際的環(huán)節(jié)，是高等學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，對于培養(yǎng)大學(xué)生動手能力、工程意識和創(chuàng)新精神具有十分重要的作用[1-2]。材料成型及控制工程專業(yè)屬于實踐性較強的學(xué)科，不僅要求學(xué)生具有較高的理論知識水平，還要有較強的實際應(yīng)用能力。桂林電子科技大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)的主要方向是模具設(shè)計與制造，該行業(yè)具有附加值高、精度高的特點[3]，因此該行業(yè)對從業(yè)人員的綜合素質(zhì)要求較高，企業(yè)在招聘時要求畢業(yè)生具備較強的實踐動手能力及創(chuàng)新意識。

在分析我校材料成型及控制工程專業(yè)實驗教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合2015年廣西普通高等學(xué)校本科專業(yè)綜合評估公示材料，學(xué)院多次組織研討各校的培養(yǎng)方案，認真分析了各校材料成型及控制工程專業(yè)實驗及實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置情況，對實驗教學(xué)進行了初步改革探索。

1 實驗教學(xué)現(xiàn)狀分析

目前許多高校中普遍存在著重理論教學(xué)、輕實驗教學(xué)的現(xiàn)象，存在的問題較為突出，不利于學(xué)生應(yīng)用能力的提高和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)[4-5]。目前我校材料成型及控制工程專業(yè)的實驗教學(xué)現(xiàn)狀，還無法完全適應(yīng)行業(yè)快速發(fā)展的需要，學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力有待提高。主要存在以下幾個方面的問題。

1.1 實驗教學(xué)觀念和管理模式問題

存在重視理論學(xué)習、輕視實踐技能和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的觀念，部分理論與實踐教學(xué)結(jié)合深度不夠，無法適應(yīng)高等教育由知識傳授型向能力培養(yǎng)型的轉(zhuǎn)變。實驗室存在管理不規(guī)范等弊端，僅在進行教學(xué)計劃內(nèi)的實驗教學(xué)時對學(xué)生開放，環(huán)境相對較為封閉，不利于實驗室的開放和培養(yǎng)創(chuàng)新人才。

1.2 實驗教學(xué)硬件設(shè)施投入不夠

學(xué)院之前對實驗教學(xué)平臺建設(shè)的投入和重視不夠，實驗場地不足，實驗設(shè)備陳舊。實驗教學(xué)硬件設(shè)施投入不足影響了實驗教學(xué)效果，不能滿足現(xiàn)代實驗教學(xué)的需要，無法緊跟行業(yè)發(fā)展的步伐，不利于學(xué)生熟悉和掌握新技術(shù)和新設(shè)備。

1.3 實驗教學(xué)內(nèi)容及方法落后

原有實驗教學(xué)大部分局限于演示性和驗證性實驗教學(xué)，能起到夯實基礎(chǔ)的作用，但設(shè)計性、綜合性和創(chuàng)新性的實驗教學(xué)占比較小。缺少設(shè)計型和能力激發(fā)型實驗，就不能有效地調(diào)動學(xué)生主觀能動性，無法激發(fā)學(xué)生積極動手解決問題的興趣，導(dǎo)致了學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新精神培養(yǎng)效果不夠理想。

2 材料成型及控制工程專業(yè)實驗教學(xué)改革探索

通過分析桂林電子科技大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)原有實驗教學(xué)環(huán)節(jié)存在的問題，參考國內(nèi)其他院校的實驗教學(xué)改革成果，以本科教學(xué)質(zhì)量評估學(xué)校和人才培養(yǎng)方案修訂為契機，我校對原有實驗教學(xué)環(huán)節(jié)進行了改革。改革主要以提高實驗教學(xué)質(zhì)量為目標，具體包括 3 個方面的內(nèi)容：更新實驗教學(xué)觀念和管理模式；改善實驗教學(xué)硬件條件；探索以賽促教的實驗教學(xué)方法。

2.1 更新實驗教學(xué)觀念和管理模式

為了改變重理論輕實驗教學(xué)觀念，鼓勵專業(yè)教師在理論講授之余參與實驗教學(xué)，從觀念和行動上重視實驗教學(xué)，把實驗教學(xué)放在跟理論教學(xué)同等重要的位置。這樣有利于教師在課堂講授時將實驗原理、實驗現(xiàn)象和相關(guān)的理論知識結(jié)合起來，理論聯(lián)系實際，使理論知識講解透徹、生動，同時通過實驗教學(xué)使學(xué)生對抽象的概念和知識點理解更為深入，使理論教學(xué)與實驗教學(xué)的有機融合，形成相互促進的良性循環(huán)。

針對實驗室較為封閉、利用率低等問題，在實施實驗室專人管理和實驗設(shè)備個人負責制的基礎(chǔ)上，逐步探索開放式實驗教學(xué)平臺的模式，開放式實驗管理模式有利于學(xué)生充分利用實驗室的設(shè)備資源進行實驗實踐活動，提供設(shè)備利用率，充分激發(fā)學(xué)生的主觀能動性[6]，從而提高學(xué)生的動手能力。在正常完成實驗教學(xué)計劃的前提下，模具CAD/CAE/CAM、模具成型實驗室、金相實驗室、創(chuàng)客實驗室等專業(yè)實驗室全天對學(xué)生開放，為學(xué)生進行設(shè)計性和綜合性實驗、科技創(chuàng)新實驗、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)分、學(xué)科競賽提供條件。要求實驗室制作實驗展示板，用于展示實驗室近期實驗室進行的實驗項目計劃，使教師和學(xué)生能夠及時、準確地了解實驗室目前狀況，以便合理安排實驗實踐活動時間。完善健全實驗設(shè)備使用制度，學(xué)生使用實驗設(shè)備前必須填寫設(shè)備使用申請表，經(jīng)批準和崗前培訓(xùn)才能使用儀器設(shè)備。使用實驗設(shè)時填寫設(shè)備日常保養(yǎng)記錄表，以便于實時掌握設(shè)備運行和保養(yǎng)狀況，保持設(shè)備完好。

2.2 改善實驗教學(xué)硬件條件

加大對實驗教學(xué)經(jīng)費的投入，改善實驗教學(xué)硬件設(shè)施，建設(shè)高質(zhì)量實驗教學(xué)硬件平臺。投入的實驗教學(xué)經(jīng)費一方面用于購買基礎(chǔ)實驗設(shè)備，增購了光學(xué)金相顯微鏡、硬度計、熱處理爐、萬能材料力學(xué)性能試驗機、摩擦磨損試驗機、杯突試驗機等設(shè)備，加強基礎(chǔ)實驗教學(xué)。另一方面主要用于購置先進的材料成型及檢測設(shè)備，例如合金真空熔煉爐、美國Stratasys工業(yè)級3D打印機、ABB公司六自由度機器人、德國Wenzel公司三坐標測量機、美國LDI數(shù)控轉(zhuǎn)盤及激光掃描儀，這些設(shè)備具有教學(xué)、科研和社會服務(wù)等多重作用。除此之外更新了模具CAD/CAE/CAM仿真實驗室的硬件設(shè)施，包括30 余臺高性能計算機及相關(guān)軟件。

除此之外，針對培養(yǎng)方案中的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗內(nèi)容，以模具CAD/CAE/CAM仿真實驗室為基礎(chǔ)，基于創(chuàng)客模式打造創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺。購置拍照式3D掃描儀、小型數(shù)控銑床、數(shù)控雕刻機、桌面型3D打印機、開源電路板等設(shè)備，通過改變相對枯燥的傳統(tǒng)實驗環(huán)境，為學(xué)生提供參加各類學(xué)科競賽提供基礎(chǔ)平臺，培養(yǎng)重在以興趣為導(dǎo)向的創(chuàng)新能力。實驗經(jīng)費的投入大大改善了該專業(yè)進行實驗教學(xué)所需的硬件基礎(chǔ)。

2.3 探索以賽促教的實驗教學(xué)方法

目前部分綜合實驗和獨立設(shè)課實驗的內(nèi)容相對陳舊和單一，僅將多個簡單實驗進行疊加，教師和學(xué)生都將實驗作為教學(xué)任務(wù)來完成。一般實驗過程是由教師事先設(shè)定好題目和內(nèi)容，學(xué)生按照實驗指導(dǎo)書按部就班開展實驗，導(dǎo)致學(xué)生沒有真正自主設(shè)計實驗，缺乏主動性和熱情，沒有真正的獨立思考，無法體現(xiàn)出綜合能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，影響實驗教學(xué)質(zhì)量。我校材料成型及控制工程專業(yè)進行以賽促教的實驗教學(xué)方法探索，提倡參與性，將實驗教學(xué)與競賽培訓(xùn)、競賽過程、實踐創(chuàng)新能力提高過程有機融合，提高參賽學(xué)生覆蓋率，讓更多的學(xué)生受益，最終目的是激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力。強調(diào)競賽與本專業(yè)的相關(guān)性，要結(jié)合專業(yè)自身特點和人才培養(yǎng)目標，參加本專業(yè)知識相關(guān)度較大的競賽項目，加強實驗教學(xué)與競賽內(nèi)容的交叉融合，進一步提高專業(yè)知識及能力。

例如在基礎(chǔ)實驗課程中，將“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課內(nèi)實驗改為獨立設(shè)課實驗課程，實驗內(nèi)容包括金相試樣制備、金相顯微鏡的構(gòu)造及使用、鐵碳合金平衡及組織觀察等，將之前的驗證性實驗項目整合為項目式的綜合性實驗，并出版了實驗教材。在實驗教學(xué)過程選拔優(yōu)秀學(xué)生參加全國金相大賽，調(diào)動學(xué)生開展實驗積極性，以學(xué)科競賽為載體，以賽促教，學(xué)院首次組織學(xué)生參加了清華大學(xué)承辦的第五屆全國大學(xué)生金相技能大賽，材料科學(xué)與工程學(xué)院組成的參賽團隊榮獲1個一等獎和2個三等獎的成績。

在專業(yè)綜合實驗的教學(xué)改革中，將全國應(yīng)用型人才綜合技能比賽中的模具設(shè)計流程與實驗教學(xué)相結(jié)合，設(shè)計了注塑模具和沖壓模具兩大類綜合性實驗。每個實驗小組由3名學(xué)生自愿組隊，自選模具設(shè)計方向和制品，完成CAD設(shè)計、CAE分析和主要零件CAM加工模擬等實驗教學(xué)，具體包括以下內(nèi)容：（1）對零件CAD模型進行成形工藝性CAE分析及處理；（2）完成注塑模具的型腔布局、分型面、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等基本設(shè)計，或者完成沖壓模具的沖壓件展開圖設(shè)計、排樣圖設(shè)計以及沖壓設(shè)備選型等基本設(shè)計；（3）應(yīng)用模具CAE軟件對設(shè)計方案進行優(yōu)化，細化模具設(shè)計，獲得完整的模具三維模型、二維裝配圖和型芯、型腔零件圖（包括明細表、標題欄、圖框、技術(shù)要求等）。（4）編寫主要零件的機械加工工藝卡、數(shù)控加工程序等。通過專業(yè)綜合實驗的教學(xué)改革，激發(fā)了學(xué)生參與實驗的熱情，提高了學(xué)生的綜合能力。通過在實驗教學(xué)過程選拔優(yōu)秀學(xué)生，材料科學(xué)與工程學(xué)院2015年開始連續(xù)參加了教育部高校畢業(yè)生就業(yè)協(xié)會主辦的全國應(yīng)用型人才綜合技能大賽比賽，所組成的參賽團隊榮獲1個二等獎和2個三等獎的成績。

3 結(jié)束語

我校材料成型及控制工程專業(yè)對實驗教學(xué)的多個主要環(huán)節(jié)進行了初步改革探索，逐步建立健全開放式實驗教學(xué)平臺，以學(xué)科競賽為導(dǎo)向，通過增加綜合性、創(chuàng)新性實驗環(huán)節(jié)來改革教學(xué)內(nèi)容，取得了初步成效，明顯提升了學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。實驗教學(xué)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，目前的改革只是初步嘗試，還需要在今后的改革實踐過程中逐步改進和完善。

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[責任編輯：朱麗娜]