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摘要:為適應(yīng)教育部卓越工程師人才培養(yǎng)模式,針對材料成型及控制工程專業(yè)的特點(diǎn),在分析了“材料成型數(shù)值模擬”課程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,開展了在材料成型數(shù)值模擬課程改革中合理運(yùn)用多媒體教學(xué)、增加實(shí)際案例教學(xué)、采用啟發(fā)式教學(xué)、充分利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺等教學(xué)手段,提高了學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性,取得了較好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞:卓越計(jì)劃;材料成型數(shù)值模擬;課程;教學(xué)改革
“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”是教育部2009年推出的一項(xiàng)重大教育改革試點(diǎn)項(xiàng)目,該計(jì)劃旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才,為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強(qiáng)國戰(zhàn)略服務(wù)[1]。西南石油大學(xué)材料成型學(xué)科為滿足四川省經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及石化行業(yè)對材料成型及控制工程專業(yè)人才的需求,結(jié)合學(xué)校的專業(yè)辦學(xué)指導(dǎo)思想,依托材料學(xué)科的優(yōu)勢,制定了我校材料成型及控制工程專業(yè)定位如下:秉承夯實(shí)基礎(chǔ)、注重創(chuàng)新意識、接觸前沿的理念,以材料成型理論為基礎(chǔ),兼顧相近學(xué)科之間的交叉和融合,服務(wù)于地方經(jīng)濟(jì)及石化行業(yè),建設(shè)成為培養(yǎng)材料成型及控制工程專業(yè)高級工程技術(shù)人才的工科專業(yè)。從2013—2014級,獲得四川省支持,開展“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”研究與實(shí)踐,2013—2014級設(shè)置了卓越工程師特色班。
一、課程教學(xué)特點(diǎn)
在材料成型專業(yè)中利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)可以模擬分析材料成型中很多由實(shí)驗(yàn)手段無法解決的關(guān)鍵技術(shù)問題,但由于材料成型專業(yè)方向的特點(diǎn)決定了該專業(yè)方向的數(shù)值模擬技術(shù)會(huì)涉及成型專業(yè)知識、力學(xué)、模擬軟件、數(shù)值分析方法等學(xué)科知識,并需要具備一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),才能對模擬結(jié)果進(jìn)行合理的分析,而這些都是本科階段學(xué)生所欠缺的[2][3][4]。為適應(yīng)未來社會(huì)、企業(yè)對應(yīng)用型人才的需求,基于卓越工程師人才培養(yǎng)模式的改革與探索,在分析卓越計(jì)劃支持下材料成型數(shù)值模擬課程在材料成型專業(yè)本科階段教學(xué)特點(diǎn)基礎(chǔ)上,我們前期采用了有針對性的靈活多樣的課堂教學(xué)手段,充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性,并利用第二課堂發(fā)揮他們的主動(dòng)性和創(chuàng)造性,實(shí)踐證明教學(xué)效果良好。
二、精心組織課堂教學(xué)
1.合理運(yùn)用多媒體教學(xué)。材料成型數(shù)值模擬課程是在材料成型基本原理工藝的基礎(chǔ)上結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)。該課程內(nèi)容寬泛、概念性強(qiáng)、實(shí)踐操作要求高。傳統(tǒng)的課堂授課模式,即采用“教師—黑板—學(xué)生”的教學(xué)模式,會(huì)讓學(xué)生感覺比較單調(diào)和枯燥,在對課程案例教學(xué)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,完成課程多媒體課件的制作,在課堂教學(xué)實(shí)踐中充分利用多媒體技術(shù),在課件中將相關(guān)音頻和動(dòng)畫視頻結(jié)合,例如演示各種工藝原理動(dòng)畫和生產(chǎn)視頻,讓學(xué)生身臨其境學(xué)習(xí),克服了學(xué)生生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)缺乏的問題,使課堂“教”與“學(xué)”得到良好的協(xié)調(diào),對于學(xué)生理論應(yīng)用能力奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在多媒體使用過程中,也盡量避免了簡單的播放PPT來組織課堂教學(xué)。由于本課程與設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用及操作結(jié)合非常緊密,除了運(yùn)用常規(guī)的PPT組織教學(xué)外,軟件的實(shí)際操作演示也是必不可少的環(huán)節(jié)。此外,錄像、光盤和網(wǎng)上資源也可以用來豐富課堂教學(xué)形式。2.增加實(shí)際案例教學(xué)。由于該課程與生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合比較緊密,因此教學(xué)過程中將教師完成的相關(guān)科研工作經(jīng)歷結(jié)合到課堂教學(xué)中,體現(xiàn)了理論和實(shí)際的結(jié)合,也成了該課程教學(xué)的特色之一,例如介紹了目前最新X90、X100等高強(qiáng)鋼的組織性能特點(diǎn)以及冷彎工藝的難點(diǎn),將數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用到冷彎工藝制定過程中。通過對這些實(shí)際案例的分析和討論,學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)將書本上所學(xué)的理論知識運(yùn)用到實(shí)際問題的解決之中離他們并不遙遠(yuǎn),激發(fā)了他們學(xué)習(xí)興趣,提高了學(xué)生分析解決問題的能力和信心。3.采用啟發(fā)式教學(xué)。教育理論家曾明確指出:“最有效的學(xué)習(xí)方法就是讓學(xué)生在體驗(yàn)和創(chuàng)造的過程中學(xué)習(xí)”,根據(jù)成型專業(yè)及該課程特點(diǎn),在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的過程中,注重因材施教,積極實(shí)行啟發(fā)式、討論式、教學(xué)做相結(jié)合等多種教學(xué)方式。在授課過程中除了引導(dǎo)學(xué)生掌握解決問題的方式方法,還鼓勵(lì)學(xué)生直接參與探索教學(xué),例如對課程中有些內(nèi)容進(jìn)行分組討論,老師在課堂上對討論方向進(jìn)行大概的介紹,然后具體的內(nèi)容由分組同學(xué)查相關(guān)的文獻(xiàn)資料收集整理,每組同學(xué)制作相關(guān)課件上臺介紹,然后在班級中開展集中討論,這樣既培養(yǎng)了學(xué)生在解決問題時(shí)確立科學(xué)的態(tài)度和方法,又充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人,教師則成為學(xué)生的“協(xié)作者”。通過這種教學(xué)方式,也鍛煉了同學(xué)們的組織能力和口頭表達(dá)能力。4.充分利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺。傳統(tǒng)的材料成型實(shí)驗(yàn)需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備一般占地面積比較大且耗材比較昂貴,受實(shí)驗(yàn)條件的限制,不能保證每位學(xué)生的操作需求,學(xué)習(xí)效果一直不太理想,材料學(xué)院根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)要求,基于“學(xué)生為主體”的教學(xué)理念,整合鑄造仿真JSCAST軟件、塑性成型仿真DEFORM-3D軟件、焊接模擬軟件Simufact.welding和力學(xué)模擬軟件ANSYS、Fluent等,已建成了金屬材料成型虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺。在材料成型數(shù)值模擬課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,借助材料成型虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺可以對鑄造工藝參數(shù)、選用設(shè)備和生產(chǎn)過程做出準(zhǔn)確、快速的模擬分析及相應(yīng)控制參數(shù)的調(diào)整,還能對不同成型方法與工藝參數(shù)進(jìn)一步比較優(yōu)化,通過對各個(gè)過程的精確設(shè)計(jì)與控制完成產(chǎn)品全過程的模擬加工;將虛擬制造技術(shù)應(yīng)用于塑性加工實(shí)驗(yàn)全過程,對塑性成形過程的虛擬仿真,可以在模具加工之前,檢驗(yàn)?zāi)>哧P(guān)鍵工作部分形狀和尺寸設(shè)計(jì)的合理性,分析材料在加工過程的流動(dòng)規(guī)律,預(yù)測缺陷的產(chǎn)生,此外還可以對相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行快速優(yōu)化分析。通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn),同時(shí)也克服了材料成型過程中內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)、性能變化看不見摸不著,抽象而難以認(rèn)知的問題。學(xué)生可根據(jù)掌握的理論知識,設(shè)計(jì)材料成型方法、工藝參數(shù),通過實(shí)踐模擬成型加工中材料的組織及性能變化,既激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,又明顯提升了教學(xué)效果。5.合理利用第二課堂。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)在很大程度上讓學(xué)生陷于“被動(dòng)”學(xué)習(xí),不能自主思考,沒有自己的想法和創(chuàng)意,阻礙了學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。學(xué)校積極倡導(dǎo)開展第二特色課堂活動(dòng),既可以與課堂教學(xué)互補(bǔ),擴(kuò)展學(xué)生學(xué)習(xí)培養(yǎng)渠道,又充分發(fā)揮教師專業(yè)優(yōu)勢,滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需要。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺不僅成本低,而且不受時(shí)間和空間的限制,可以合理利用教師教學(xué)科研優(yōu)勢,結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)和學(xué)生需要,教師可以在線指導(dǎo)對接宿舍學(xué)生進(jìn)行文獻(xiàn)查閱、模擬實(shí)驗(yàn)、撰寫論文綜述等課外學(xué)術(shù)活動(dòng),充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的作用,更好地為學(xué)生能力培養(yǎng)服務(wù),提高學(xué)生綜合應(yīng)用科學(xué)理論和各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)的能力和創(chuàng)新能力。
三、結(jié)語
通過合理運(yùn)用多媒體教學(xué)、增加實(shí)際案例教學(xué)、充分利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺等手段,將材料成型數(shù)值模擬抽象的知識形象化,有助于增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識的興趣,打破傳統(tǒng)的理論教學(xué)模式,將材料成型模擬與專業(yè)課教學(xué);將材料虛擬成型與工程仿真融入成型加工理論教學(xué),增強(qiáng)教學(xué)的形象性、生動(dòng)性,提升教學(xué)效果。
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[4]王春偉,莫艷芳,韋鶴宇.提高《材料成型計(jì)算機(jī)模擬》課程的實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量研究.裝備制造技術(shù),2014,(2):227-229.
作者:呂東莉 楊眉 王斌 單位:西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院