淺談材料成型及控制工程專業教學改革的探索與實踐論文
隨著工業技術的發展, 機械、冶金、汽車、電器、電子等行業已經從原來需要金屬壓力加工、焊接、鑄造等單一專業的技術型人才轉變為更迫切地需要從事材料加工、成形工藝與模具、成形設備、自動控制及具備與此相關的其他知識和能力的應用型綜合人才。1998 年教育部進行高等院校本科專業目錄調整時, 設立了材料成型及控制工程新的本科專業(以下簡稱成型專業), 多數學校實現了由鍛壓、模具、鑄造、焊接等各熱加工單一專業建設轉向新的成型專業的建設。新的成型專業培養的人才比原來單一專業培養的人才所具備的知識結構理應更合理、知識面更寬, 所具備的綜合素質應更好,適應性應更強, 能充分體現面向我國經濟建設主戰場培養應用型綜合技術人才的特點。
但是在目前各學校實踐的結果來看, 由于該專業原來的基礎不盡相同, 不少學校還沒有完全擺脫老專業的框框, 而只是在老專業的基礎上進行調整和修改。存在著專業教改的總體目標不夠明確, 沒有從根本上重建該專業的教學體系;專業人才培養的目標和規格缺乏層次, 不能滿足市場對各類人才的需求;拓寬口徑與保持專業特色的關系問題尚未解決等問題。針對以上問題, 開展系統、深入的研究, 進行專業教學改革, 確立新的人才培養目標和構建新的教學體系, 創新應用型人才培養模式, 是當前非常緊迫的任務。
一、應用型材料成型及控制工程本科教育、教學的定位與培養目標
(一)確定成型專業定位的原則
為滿足社會和企業對于緊缺的工程應用型專業人才的需求, 高校需要重新確立專業教育、教學定位與培養目標。成型專業作為一個在老專業基礎上發展起來的新專業, 如何適應時代的發展需要, 確定自已的培養目標與發展方向, 是專業教學改革首先需要解決的問題。
1 、定位于工程應用型人才培養
成型專業的培養目標、定位首先要考慮所培養的人才要適應市場需求。不同類型的學校應根據市場的需求和自身的特點來培養不同類型的人才。一部分高校應該擔負起精英教育的責任, 以培養材料成型及控制工程領域的科學研究型和科學研究與工程技術復合型高層次人才為主, 本科階段應是進行以通識為主的專業教育。另一部分學校應以普及高等教育為主, 負起大眾化教育的責任, 以培養本學科的工程技術型、職業應用復合型人才為主, 本科階段是通識與專業并重的教育。我校定位于教學應用型本科院校, 因此成型專業人才培養規格應定位于本學科領域的工程技術型、職業應用復合型工程應用型人才培養。
2 、根據行業、區域經濟及學校實際確定專業及方向
成型專業具有寬口徑、大專業、多方向的特點,根據行業需求及地區經濟發展和學校實際, 選準專業主方向, 辦出特色顯得尤為重要。長江三角洲及江蘇省是我國制造業比較發達的地區, 以加工工業為主, 正日漸成為承接國際制造業轉移的重要區域, 也是模具需求的集中地區。僅蘇州目前就有各類模具廠1 000 多家, 模具年銷售額約50 億元～ 60億元。近年來制造業的長足發展使對掌握現代設計技術的各類專業技術人才的需求又呈上升趨勢,鍛壓、焊接、鑄造等方面的工程技術復合型人才更為搶手。據此, 南京工程學院成型專業實施的是寬口徑的材料成型及控制工程與專業方向并存的培養模式, 設置了大成型專業及模具、焊接、材料制備與成型等3 個專業方向。
(二)人才培養目標
成型專業培養德智體美全面發展, 具備扎實的高等教育文化理論基礎, 掌握金屬材料和高分子材料的成型及控制的專業理論知識, 具備進行成型及工藝分析的基本技能, 并在塑性成形與模具、焊接工藝與裝備、材料制備與成型領域中側重掌握某領域的工藝及設計、成型生產的技術管理, 受到現代機械工程師的基本訓練, 具有實踐能力和創新精神的應用型高級工程技術人才。
二、材料成型及控制工程專業內涵及課程體系
(一)根據專業發展明確專業內涵明確“寬口徑”與保持“專長”的關系
本科教育培養通才還是專才, 是以普通教育為中心還是以職業教育或專業教育為中心, 歷來是高等工程教育爭辯激烈的問題。西方國家本科通才教育是建立在完善的繼續教育基礎上的, 我國在這方面還有較大的差距。一方面是一些大型企業、公司已有完善的教育培訓體制和充足的教育經費, 另一方面是大量的中小企業仍然需要行業背景強的畢業生, 因而高校應進一步適應市場的需求, 根據不同的培養目標, 調整通識教育與專業教育的比例, 拓寬專業口徑, 靈活設立專業方向等。成型專業是以成形技術為手段、以材料為加工對象、以過程控制為質量保證、以實現產品制造為目的的工科專業。它應以材料科學與工程基礎知識為技術基礎, 以材料能精確、高效、規模化獲取產品零件的幾何形狀和機械功能為主要教學和科研目標, 并在技術原理上, 側重于塑性成形、焊接成型和液態成型。因此該專業是介于機械和材料兩大學科之間的反映綜合性制造技術的專業。機械學科和材料學科的基礎知識構成了本學科的基本知識體系。這一特點決定了成型專業人才培養必然是寬口徑的。從1998 年新專業誕生以來, 不少學校成型專業發展遇到最大的問題是沒有處理好“寬與專”的關系, 一些學校過于強調寬口徑, 淡化了專業, 使得畢業生所學無法與企業的需求接軌,一度出現與鑄、鍛、焊有關的企業到高校無法招到需要的專業人才。另外一些學校則走向另一極端,鑄、鍛、焊老專業的主要課程都上, 課程過多, 學生不堪重負, 也違背了教學規律。
針對上述情況, 南京工程學院組織教師廣泛調研, 重點了解企業對人才知識、素質、能力的要求。確定專業及方向的學生要求具備相同的寬口徑的基礎知識和成形技術專業基礎知識, 所不同的只在專業課程的設置上。成型大專業要求學生掌握包括塑性成形、液態成型、焊接成型等基本理論、工藝及裝備設計、設備選用等內容。為了避免過于寬泛或負擔過重, 分別開設了與以前的鍛、鑄、焊三門技術相關的專業課, 分別是:塑性成形工藝與模具設計、液態工藝與裝備、焊接技術。要求學生掌握每一個技術方向的核心內容, 不要求完整性和系統性。而各專業方向則要求在塑性成形與模具或焊接工藝與裝備或材料制備與成型領域中側重掌握某一領域的專業知識及技術, 而成型大專業, 則要求學生具有更深厚的某一方面的專業能力。
(二)教學內容的總體構成
模具專業方向在南京工程學院有較好的辦學基礎, 很有特色, 因此選擇模具方向作為教改試點對象。針對區域經濟發展特點和南京工程學院長期形成的辦學優勢, 確立“面向現代制造企業, 以金屬塑性成形、高分子塑料成型為主線, 以現代模具設計與制造技術為特色” 的人才培養方向。按照教育部有關四年制工科大學生總教學時數及實踐性環節安排的指導原則, 結合學校人才培養方案制定原則, 較大幅度地改革了人才培養計劃。構建了以下三個層次結構的課程體系。
第一層次結構:基礎課程和技術基礎課程, 培養學生的工程素質。包括自然科學基礎類、人文科學基礎類、技術科學基礎類三部分課程, 總學分為90 .5 , 其中理論課為83 .5 學分, 集中實踐環節為7學分。
第二層次結構:材料成型的通識工程技術課程, 培養學生向各種不同專業技術方向發展的能力。內容包括對成型專業具有通識性、學科化的技術知識, 主要課程有:材料科學基礎、材料成型原理、機械設計基礎、機械制造基礎、數控技術、CAD/CAM 、材料成型CAE 技術及應用等, 總學分為47 .5 ,其中理論課為34 .5 學分,集中實踐環節為13 學分。
第三層次結構:成型技術方向的專業化技術課程, 具有工程師職業教育的特點, 這是為了培養學生的技術特長。模具專業方向技術課程主要有:沖壓工藝與模具設計、塑料成型工藝與模具設計、模具制造工藝、實用模具設計與制造方法等內容, 總學分為49 .5 , 其中理論課為23 .5 學分, 集中實踐環節為26 學分。主體教學內容的進程安排如圖1 所示。
三、專業教學教改特色
(一)重實踐強創新培養材料成型工程應用型人才成型專業是一個實踐性很強的專業, 學生的動手能力、獨立完成某一項工程任務的工程能力、創新能力等是他們適應社會、謀求發展的關鍵。按照“受到現代機械工程師的基本訓練, 具有實踐能力和創新精神的應用型高級工程技術人才”的培養目標, 在制定教改人才培養方案中, 學校較大幅度地提高了實踐教學比例, 優化了實踐教學過程, 以加強實踐教學。在2006 級模具教改人才培養方案中, 集中實踐有47 學分, 比原來的方案增加了5周, 課外培養計劃10 學分, 實驗及上機等折算10 .7學分, 實踐學分占總學分的34 .3 % , 為培養學生的實踐能力提供了保障。學校為加強對學生工程能力、創新能力培養, 新增設了幾門特色課程。
1 、工業產品設計(二維、三維)。現代成型技術
對技術人員的要求越來越高, 不僅要求掌握現成產品的成型加工方法, 往往還要求掌握從產品概念設計、功能設計、造型設計以及產品造型的質量評價的全過程。此課程的開設對成型專業模具方向學生的工程素質、創新能力的培養很有意義。
2 、檢測技術與數據處理。檢測技術與數據處理技術在現代企業中越來越重要, 該課程將涉及成型產品檢測設備應用, 檢測數據處理, 產品、工模具的評估等。
3 、實用模具設計與制造方法。擬請實踐經驗豐富的教師、工程師系統講授模具設計制造技術、技巧, 以講座形式開課, 課程結束后安排兩周模具實訓, 要求完成中等難度的模具設計與模具工作零件的制造, 并做出產品。
4 、創業及創新教育實踐周。擬請有關專家、成功校友對應屆畢業生進行創業創新教育。
5 、材料成型及模具綜合實驗周。針對傳統的專業實驗課與工程脫節的狀況, 實行專業課程實驗(實訓)的工程化、綜合化。專業實驗面向工程, 緊緊聯系工程進行, 開設材料成型及模具綜合實驗周。所包含的基本實驗項目來源于工程實踐, 將產品的生產工藝過程作為專業實驗體系的主線, 比如以塑料件的生產工藝過程作為主線, 從塑料產品設計、成型CAE 分析、模具結構及主要零件設計、注射工藝參數設計到加工出合格產品全過程。實驗教學分為4 個階段:教師講解;學生設計實驗方案并經教師確認;學生做實驗并寫出實驗報告;考核。
(二)強化材料成型及模具數字化設計制造應用能力著力培養模具設計師
遵循“信息化帶動工業化”的戰略目標, 數字化應是21 世紀材料成形技術與科學的核心。材料成形數字化技術是先進成形技術的重要方面, 是企業越來越依賴的技術。南京工程學院經過多年的建設, 在將材料成形數字化設計技術方面打下的較好的基礎, 數字化設計能力培養是我校材料成型及控制工程專業能力的培養特色, 并逐步成為學校本學科專業的發展方向之一。自上世紀90 年代以來, 學校材料加工領域的教學、科研緊跟技術發展和市場需求, 經歷了計算機二維設計、三維設計、CAD/CAM 一體化、材料成型CAE 等階段, 并走在技術應用型人才培養的前列。目前在教學上要求學生掌握在產品數字化模型下, 進行產品的設計、工藝裝備及模具設計、工藝分析計算、數控加工、模擬仿真等并行設計制造、平行作業的先進成形技術。為培養學生的成形數字化設計、分析、制造能力, 開設了CAX 應用技術系列課程, 包括CAD/CAM 技術、材料成型CAE 技術及應用、CAPP 概論、CAX 及模具數字化設計課程設計、CAM 數控實習等。學校成型專業教學改革的重點課程:材料成型CA E 技術, 從應用的角度開設了板料成形CA E 、體積成形CAE 、塑料成型CA E 、鑄造CA E 等內容, 受到學生和用人單位的歡迎。
CAX 系列理論課程及實踐環節的學習, 使學生較為全面地掌握了材料成型及模具的數字化設計制造技術, 結合實用模具設計與制造方法、專業課程設計、模具實訓周、畢業設計等的綜合學習、訓練, 學生的工程能力與素質達到模具設計師的培養要求。
四、專業建設與教學改革所取得的初步成效
多年來, 材料成型及控制工程專業教師重視教改, 在教學改革的實踐中取得一系列成果。
(一)試點班級工作的實踐
分別以2004 級、2006 級兩個模具方向班級為教改試點班級, 執行新的人才培養方案。目前教改計劃執行良好, 學生學風好, 積極配合教學改革。模具041 班的部分改革力度大的課程已經取得顯著成績。如材料成型CAE 技術及應用課程采用課堂精講、上機多練、課程設計的項目訓練、并與模具綜合實驗周相結合, 從塑料產品設計到CAE 分析到做出飯盒類產品, 達到提高學生工程能力的目的。由于學生深知CAX 技術是材料加工領域的主流先進技術, 是就業的敲門磚, 因此學生學習CAX方面的課程積極性很高, 教學效果好, 大大提高學生就業競爭力。
(二)社會服務能力強產學研合作成績突出
重視與行業聯系, 建設并簽定了10 個校外產學研合作及實習基地, 它們既是實習基地、就業基地、科研基地, 又是學生校外工程實踐基地。與江蘇華富電子有限公司、昆山模具技術開發配套服務公司組成產學研聯合體, 共同籌建了“江蘇省模具工程技術研究中心” 。與南京躍進汽車集團公司、世通鍛造廠共同承擔學生畢業設計(論文)實踐, 每年都有一批學生受到沖壓工藝、鍛造工藝、CAE 模擬與仿真的工程訓練。與企業的多方位的產學研合作, 為企業的發展作貢獻的同時也大大提高了教師與學生的工程能力與工程素質。
(三)教改成果凝聚于教材建設
專業教師積極參與教改, 并將多年的教改成果凝聚于教材建設, 取得矚目成績。近年來主編出版各類規劃教材11 本、副主編3 本, 其中5 本教材獲得“十一五”國家級規劃教材立項。通過教材建設,南京工程學院材料工程學院教師更好地把握了成型專業的內涵, 鍛煉了教師, 同時也擴大了學院在應用型本科院校中的影響力。
(四)課程建設成績顯著
專業教師重視教改、重視課程建設, 已經建成了8 門省級、院級優秀(精品)課程(群):模具設計與制造(省優秀課程群)、塑料成型工藝與模具設計(省一類優秀課程)、沖壓工藝與模具設計、模具制造工藝、材料科學基礎、塑性成形工藝與模具設計、熱加工工藝基礎、成型機械等(學院精品課程)。
(五)初步建成一支優秀的師資隊伍
材料成型及控制工程專業已經建成了一支思想素質高、學歷層次較高、職稱及年齡結構合理, 教學水平較高、有較強科研能力、工程實踐能力強的師資隊伍。目前該專業學科有教授4 名, 副教授6名, 有省級學術帶頭人4 名, 省級優秀青年骨干教師2 名。
五、結束語
材料成型及控制工程這一寬口徑的新專業, 需要開展深入研究的課題很多。本輪教學改革構建了工程應用型材料成型及控制工程全新的人才培養方案。專業內涵明確, 初步解決了“ 寬口徑” 與“專長”的關系, 圍繞“重實踐、強創新” , 強化“材料成型及模具數字化設計制造應用能力”的人才培養特色, 建設了一批特色課程。在專業建設、教材建設、課程建設、師資隊伍建設及教改試點工作等方面已經取得了初步成效, 逐步實現材料成型及控制工程專業的可持續發展。
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