信息化技術(shù)與模具課程融合策略探究

張小東，陳 旋，鐘良偉，萬建文

（共青科技職業(yè)學(xué)院，江西 九江 332020）

0 引言

信息化時(shí)代的到來對各行業(yè)帶來新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇，高校作為新技術(shù)、新思想的集結(jié)地，課堂作為知識傳輸?shù)闹鲬?zhàn)場，如何利用信息化技術(shù)提升課堂教學(xué)質(zhì)量，發(fā)揮信息化技術(shù)在教學(xué)中的作用十分重要。國際模具及塑膠五金產(chǎn)業(yè)供應(yīng)商協(xié)會秘書長羅百輝認(rèn)為“對于模具制造行業(yè)，信息化內(nèi)容主要是模具制造數(shù)字化、集成化、柔性化、智能化以及制造過程虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化與全球化”。

1 現(xiàn)有信息化技術(shù)與課程融合模式分析

馮娜等[1]提出面向注射模企業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)與制造服務(wù)平臺，如圖1所示，完成了模具協(xié)同制造、協(xié)同設(shè)計(jì)、系統(tǒng)商務(wù)管理的工作。

武燕等[2]以《沖壓模具設(shè)計(jì)》課程為例，從遴選教學(xué)內(nèi)容→軟件框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→編制軟件腳本→收集制作素材→軟件合成→調(diào)試優(yōu)化，通過6個(gè)過程將典型模具設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為線上教學(xué)軟件，進(jìn)一步樹立以學(xué)生為主體，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，該軟件框架如圖2所示。

圖1 注射模協(xié)同服務(wù)平臺功能模型

圖2 模具設(shè)計(jì)與制造多媒體教學(xué)軟件結(jié)構(gòu)

張文蘭等[4]認(rèn)為信息技術(shù)與課程整合有效性應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生獲取知識能力、分析問題、解決問題能力作為教學(xué)目標(biāo)，信息技術(shù)實(shí)施注重整合過程中教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)、培養(yǎng)教師的全新教學(xué)方式，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力才能保證信息技術(shù)與課程整合的有效性。

夏云才等[5]將教學(xué)資源信息化上傳到云平臺，在課前通過QQ等即時(shí)通訊軟件分享給學(xué)生，完成課前預(yù)習(xí)，然后導(dǎo)入學(xué)習(xí)案例，進(jìn)行課堂仿真訓(xùn)練，利用反轉(zhuǎn)課堂分享所學(xué)知識，最后即興知識測驗(yàn)，完成教學(xué)效果評估。

張艷等[6]研究了信息技術(shù)與課程整合在我國的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)我國研究主要集中理論探討、模式研究和應(yīng)用反思3個(gè)部分，但是都處于理論研究的初級階段，多而亂且不夠深入。大多研究主要探討了整合的概念，條件（軟件和硬件）、目標(biāo)、意義、需注意的問題等，即為了整合而整合，廣大學(xué)者和教師介入整合的表面探討中，對模式研究和應(yīng)用涉及較少，不能深入地研究信息技術(shù)與課程整合的真諦。

路英華等[7]在集聚狀態(tài)下，建立模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用運(yùn)動仿真試驗(yàn)平臺，將其應(yīng)用于高校教學(xué)中，利用SolidWorks軟件完成模具模型構(gòu)建模型庫、模具運(yùn)動仿真，將三維源軟件、仿真源軟件等整合到超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，以智能移動端展現(xiàn)模式，在教學(xué)過程中利用該平臺，完成模具課程和信息技術(shù)的融合。

蘇君等[8]在塑件結(jié)構(gòu)工藝性分析的基礎(chǔ)上，采用UG中模具設(shè)計(jì)與加工模塊進(jìn)行模具設(shè)計(jì)及模擬模具零件數(shù)控加工。通過實(shí)例表明，模具設(shè)計(jì)與制造的一體化應(yīng)用，縮短了模具設(shè)計(jì)與制造的周期，提高了生產(chǎn)效率。

通過對現(xiàn)有研究成果進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)論。

本文通過對比以往的一些國家級試點(diǎn)綠色礦山建設(shè)情況和當(dāng)前最新的廣東省綠色礦山建設(shè)要求，認(rèn)為以往的綠色礦山建設(shè)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測方面未充分利用現(xiàn)代化數(shù)字手段。本文討論了遙感衛(wèi)星、無人機(jī)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能等數(shù)字化技術(shù)綠色礦山建設(shè)中的重要意義，提出一種符合廣東綠色礦山建設(shè)實(shí)際情況的地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，具體包括基礎(chǔ)信息、監(jiān)測、評估、預(yù)警4個(gè)模塊。在基礎(chǔ)信息模塊使用遙感技術(shù)，在監(jiān)測模塊使用無人機(jī)技術(shù)，評估模塊使用人工智能技術(shù)，預(yù)警模塊使用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和手機(jī)APP技術(shù)。通過融合傳統(tǒng)的地災(zāi)評估方法和最新的數(shù)字化技術(shù)，多個(gè)功能相互結(jié)合，可為監(jiān)測和預(yù)測礦山地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供一套可行的方法。

（1）信息化技術(shù)與課程融合并不是簡單地將信息化技術(shù)在課程教學(xué)中的應(yīng)用，不能采用“使用說”。

（2）信息化技術(shù)與課程融合不能一步到位，教師在構(gòu)建時(shí)需要循環(huán)漸進(jìn)，分階段分步進(jìn)行。另外，信息技術(shù)與課程融合是跨學(xué)科的教學(xué)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，僅依靠模具專業(yè)知識無法完成，需要其他學(xué)科教師協(xié)作完成。

（3）信息化技術(shù)與課程融合體系要形成閉環(huán)鏈條，從資源收集到課程效果評價(jià)應(yīng)該是完整、閉環(huán)的鏈條。

（4）信息化技術(shù)與課程融合典型模式為：教學(xué)資料信息化轉(zhuǎn)化→融合框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→教學(xué)過程與內(nèi)容→信息化與課程融合有效性評價(jià)→信息化與課程融合體系優(yōu)化→信息化技術(shù)與課程融合體系更新。

2 信息化技術(shù)與模具課程融合體系構(gòu)建

高職院校的模具課程體系主要內(nèi)容如圖3所示，模具課程主要包括模具設(shè)計(jì)、模具制造以及模具實(shí)訓(xùn)課程。開展信息化技術(shù)與模具課程融合，首先要確定是否所有的課程都適合信息化，融合課程能否完全替代傳統(tǒng)課堂教學(xué)，融合課程如何與傳統(tǒng)課程相結(jié)合實(shí)現(xiàn)最優(yōu)解。

2.1 教學(xué)資料信息化策略

教學(xué)資源主要包括教學(xué)資料、支持系統(tǒng)以及教學(xué)環(huán)境。將線下、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源整理，如模具專業(yè)資料庫，完成教學(xué)資料整理與信息化轉(zhuǎn)化。對于支持系統(tǒng)將傳統(tǒng)的線下支持設(shè)備轉(zhuǎn)化為云端支持，有效實(shí)現(xiàn)學(xué)生客戶端的調(diào)用與線上學(xué)習(xí)，滿足線上教學(xué)需求，教學(xué)資源信息化框架如圖4所示。

信息技術(shù)構(gòu)建的資源環(huán)境是數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的保障，利用多媒體集成工具或網(wǎng)頁開發(fā)，將需要呈現(xiàn)的課程學(xué)習(xí)內(nèi)容以多媒體、超文本和交互友好等方式進(jìn)行集成、加工和處理，轉(zhuǎn)化為數(shù)字化學(xué)習(xí)資源，突破了書本是知識主要來源的限制，用各種相關(guān)資源來豐富封閉孤立的課堂教學(xué)，擴(kuò)充了知識量，使學(xué)生不再只是學(xué)習(xí)課本上的內(nèi)容，而是開闊思路，了解其他知識。學(xué)習(xí)者在豐富資源環(huán)境下學(xué)習(xí)，可以培養(yǎng)其獲取信息、分析信息的能力，真正實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。

2.2 模具類教學(xué)過程的信息化構(gòu)建

模具教學(xué)內(nèi)容授課方式主要有2種，一種是傳統(tǒng)式教學(xué)模式，即“目錄式”教學(xué)，按照教材目錄層層遞進(jìn)，對學(xué)生進(jìn)行授課；另一種是基于項(xiàng)目完成教學(xué)任務(wù)和目標(biāo)，即“項(xiàng)目式”教學(xué)。不同的教學(xué)模式采用的信息化構(gòu)建策略不同。

圖3 模具課程體系框架

2.2.1 多元化的教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)

信息化的獨(dú)特優(yōu)勢將傳統(tǒng)二維的、教師口述的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為多種媒體形式，利用媒介傳送給學(xué)生，多元化的教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)有以下幾種形式。

（1）二維結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化三維結(jié)構(gòu)。教材的課程內(nèi)容如圖5所示，學(xué)生如果僅看二維結(jié)構(gòu)，對于模架的認(rèn)識容易出現(xiàn)誤解，二維結(jié)構(gòu)中定模緊固螺釘僅顯示1個(gè)螺釘（見圖5（a）），而實(shí)際模架中有多個(gè)螺釘均勻布置在定模板上。

（2）靜態(tài)圖形轉(zhuǎn)動態(tài)圖形。模具零件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果僅依靠教師口述，則難以描述模具工作原理，所以利用動態(tài)動畫可以更加直觀、簡單地讓學(xué)生掌握模具工作原理。動態(tài)模型運(yùn)動如圖6所示，利用動態(tài)模型可以將成型零件工作過程直觀展現(xiàn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，更好地理解模具工作原理，使課堂教學(xué)情況更加良好。

（3）教材文字轉(zhuǎn)音視頻文件。教材文字轉(zhuǎn)化為音視頻文件常見的形式包括微課、MOOC等，利用音視頻文件可以將枯燥的原理、概念性知識等轉(zhuǎn)化為聲情并茂的音視頻文件，讓知識點(diǎn)以更多種形式傳送到學(xué)生大腦，強(qiáng)化記憶，學(xué)習(xí)效果更佳。

（4）封閉式教學(xué)轉(zhuǎn)化為開放式。上述3種形式更多的是信息技術(shù)在模具課程的使用，未來必然是封閉式教學(xué)向開放式教學(xué)的轉(zhuǎn)變。在封閉式教學(xué)中，不管使用何種方法教師仍是主體，學(xué)生僅能聽，不能發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。而開放式教學(xué)包含教學(xué)資源的開放式、教學(xué)過程的開放式、教學(xué)活動的開放式，如利用云金山文檔、石墨文檔、飛書文檔等軟件，學(xué)生在課堂上可以分享教學(xué)資源、知識點(diǎn)、新技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)新型翻轉(zhuǎn)課堂的轉(zhuǎn)變。

圖4 教學(xué)資源信息化框架

圖5 二維結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化三維結(jié)構(gòu)

圖6 動態(tài)模型運(yùn)動

2.2.2 訓(xùn)練情境信息化構(gòu)建

模具課程中有專業(yè)實(shí)訓(xùn)，主要包括模具結(jié)構(gòu)認(rèn)知、模具課程設(shè)計(jì)以及模具零件加工金工實(shí)訓(xùn)。對于學(xué)校，傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)存在以下不足。

（1）模具結(jié)構(gòu)形式無法涵蓋所有類型，高職院校一般只采購常見、典型的沖模、注射模，而對于吹塑模、彎曲模等較少，學(xué)生在模具認(rèn)知實(shí)習(xí)過程中無法達(dá)到應(yīng)有效果。

（2）模具實(shí)訓(xùn)成本較高，高職院校采購數(shù)控機(jī)床用于模具零件加工，設(shè)備價(jià)格昂貴。對于學(xué)生，模具零件加工難度較大，機(jī)床操作水平有限，如果直接上機(jī)操作，對學(xué)生安全、學(xué)校資產(chǎn)都會產(chǎn)生一定影響。

（3）模具資源配置不均。學(xué)生多設(shè)備少是民辦高職院校普遍面臨的問題，如果學(xué)生同時(shí)開展實(shí)訓(xùn)，必然造成資源緊張，分配不均。實(shí)操之前，教師講解需要占有一部分時(shí)間，部分學(xué)生還沒機(jī)會上手，實(shí)訓(xùn)已經(jīng)結(jié)束或已經(jīng)下課。實(shí)操知識沒有實(shí)踐強(qiáng)化，學(xué)習(xí)效果差。

利用信息化技術(shù)與模具實(shí)訓(xùn)課程相融合可以有效改善上述問題，現(xiàn)階段融合模式如圖7所示。崗位流程信息化情境構(gòu)建主要針對模具設(shè)計(jì)、模具制造等課程開設(shè)，為每位學(xué)生安排1個(gè)模具設(shè)計(jì)工作室職位，每5～10位同學(xué)完成虛擬工作室組建。利用企業(yè)管理軟件如REP軟件，學(xué)生在系統(tǒng)內(nèi)對客戶傳來的零件圖或其他描述來形成訂單，每個(gè)小組合作完成零件二維工程圖、模具三維裝配圖和相關(guān)的設(shè)計(jì)說明書傳送給客戶。以實(shí)際工作流程為基礎(chǔ)，搭建虛擬模具設(shè)計(jì)工作室，所有的信息傳遞、資料都必須傳輸?shù)较到y(tǒng)，按照實(shí)際工作流程操作，實(shí)現(xiàn)校企無縫銜接。

圖7 實(shí)訓(xùn)課堂信息化構(gòu)建模式

模具實(shí)操虛擬化情境，如模具零件制造時(shí)，首先將模具零件劃分為板類零件（固定板、模座等）、軸桿類零件（凸模、型芯、導(dǎo)柱等）、軸套類零件（澆口套、導(dǎo)套等）以及復(fù)雜成形零件。實(shí)操情景化模擬界面如圖8所示，信息顯示區(qū)界面盡可能和實(shí)際機(jī)床操作界面、工作環(huán)境保持統(tǒng)一，在條件允許時(shí)將學(xué)校的機(jī)床型號設(shè)備轉(zhuǎn)化為信息化模型應(yīng)用到模具實(shí)操虛擬化平臺上。除了網(wǎng)絡(luò)實(shí)操平臺外，現(xiàn)在還有VR虛擬操作，通過佩戴相關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)虛擬操作，如萬維鏡像-虛擬仿真平臺，可以讓學(xué)生走進(jìn)模具企業(yè)，使所有操作更接近實(shí)物。

圖8 實(shí)操情景化模擬界面

模具仿真信息化主要利用各種仿真軟件對模具設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，如MoldFlow、DeForm、AutoForm、Mastercam等，將零件網(wǎng)格化后，對設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行仿真模擬，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)。

2.2.3 課后延伸信息化策略

課后延伸的信息化主要包括課后教學(xué)活動、學(xué)生評課以及教學(xué)反思。該階段的信息化策略仍以“使用說”為主，課后學(xué)生將相關(guān)的信息通過網(wǎng)絡(luò)平臺或其他通信手段反饋給教師。模具課程與信息化課后延伸整合將“使用”轉(zhuǎn)化為“融合”，需要遵循以下原則。

（1）真實(shí)性原則，所有的課后評價(jià)需要將學(xué)生真實(shí)意見、課堂真實(shí)效果反饋。

（2）量化原則，構(gòu)架課程量化反饋指標(biāo)，保證模具教學(xué)評價(jià)全面。

（3）應(yīng)用化原則，利用評課效果、課后活動來促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提升。

依據(jù)該原則課后延伸信息化策略，構(gòu)建課后延伸信息化流程，如圖9所示。利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對學(xué)生匿名評價(jià)、量化指標(biāo)以及教學(xué)反思3個(gè)板塊完成信息收集，采用智能分析系統(tǒng)，如詞頻分析、智能分析等，找出課堂優(yōu)勢和不足。為了擴(kuò)大課后延伸，引入討論分析模塊，納入同事、行業(yè)同仁等發(fā)表相關(guān)的建議和對策，繼而對教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，完成課后延伸信息化操作。

圖9 課后延伸信息化流程

3 結(jié)束語

信息技術(shù)與課程融合是未來發(fā)展的趨勢，尤其是在新冠疫情發(fā)生以來，線上授課成為了主要授課模式。將信息技術(shù)與課程融合的關(guān)鍵在于教學(xué)資源的信息化、課堂教學(xué)的信息化以及課后延伸的信息化。對3個(gè)階段分別提出了相應(yīng)的信息化策略，構(gòu)建信息技術(shù)與模具課程的深度融合，將傳統(tǒng)的“使用”轉(zhuǎn)化為“有機(jī)融合”，利用信息技術(shù)提高模具課程教學(xué)質(zhì)量，完成教學(xué)目標(biāo)。