“新工科”背景下《材料成型技术基础》教学改革探索

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　　[摘 要] 对《材料成型技术基础》课程进行教学改革探索，在原有理论知识基础上，从教学、科研与成果转化的一体化建设入手，扩展授课内容，强化教学辅助科研、科研反哺教学。有效增强基础课程与行业科技发展关联性，完善教学与实践体系。
　　[关键词] 《材料成型技术基础》;教改;实践;综合实验
　　[基金资助] 吉林大学2019本科教学改革研究项目——青年教师教学能力提升项目（2019XYB407）
　　[作者简介] 梁策，女，吉林长春人，博士，吉林大学材料科学与工程学院副教授，主要从事材料加工制造等方面的教学和科研工作。
　　[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）19-0124-03    [收稿日期] 2019-09-30
　　一、课程介绍
　　《材料成型技术基础》作为高等工科院校、工科专业的主要专业技术基础课程，是高等工科院校向行业输送工程技术人才的必要准备[1]。然而，由于材料成型技术发展日新月异，行业智能化制造水平的提高，《材料成型技术基础》课程缺少对学科内新技术的追踪修订，难以在信息技术与制造技术相融合的大环境下，培养符合智能制造发展的创新性技术人才。在此前提下，根据教育部《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》中“卓越工程师教育培养计划”和2017年以来积极推进的“新工科建设”要求，围绕一流专业建设目标与人才培养目标，本教学团队对《材料成型技术基础》课程的教学内容进行理论与实践的综合改革。
　　二、教学内容现状及改革
　　材料成型技术包括金属液态成型技术、塑性成型技术、焊接成型技术和高分子材料成型技术，是技术密集、知识密集和高增值的高端制造技术，其制造能力和技术水平代表着一个国家制造业的核心竞争力，在机械、航空、航天、汽车、能源、仪器仪表等行业中均起着极为重要的支撑作用。我国正在实施的国家与国防中长期科技发展计划，以及“大型飞机”“载人航天与探月工程”“高档数控机床与基础制造装备”和“航空发动机与燃气轮机”等一系列科技重大专项与重大工程，均对先进材料成型技术有重大而迫切的需求。目前，机械制造业针对不同材料和结构制件的成型需求，已开发出多种完善的特种液态成型技术、先进塑性成型技术和数字化焊接技术及配套装备，大大提高了我国高端制造业的生产水平。
　　与此同时，《材料成型技术基础》作为高等工科院校、工科专业的主要专业技术基础课程（该课程为吉林大学工学部的专业必修课），系统地讲授了金属液态成型、塑性成型和焊接成型、高分子材料成型的基本理论与技术，是高等工科院校向国家输送工程技术人才的必要准备。然而，由于材料成型技术发展日新月异，《材料成型技术基础》课程受限于课时与前导课程不足等问题，缺少对新技术的追踪和对接，致使学生理论联系实际的能力欠缺，毕业后不能尽快与行业融合。长此以往，必将导致高校教学与企业需求的严重脱节，不利于人才培养和行业发展。
　　在上述形势下，对《材料成型技术基础》课程进行教学扩展已是大势所趋，迫在眉睫。然而，目前大部分先进成型技术，如喷铸成型技术、搅拌摩擦焊技术、高分子材料搪塑成型技术以及各种先进塑性成型技术（辗扩成型技术、摆辗成型技术、旋压精确成型技术、无模多点成型技术、三维柔性拉弯成型技术等）等大多未能形成完整理论体系，仅能从文献检索和专利方面进行简单追踪，难以从成型原理、数字仿真建模、成型缺陷控制机理、制件设计优化、设备自动化控制等方面建立系统深入的课程体系。针对这一问题，将从建立教学、科研与成果转化的关联性入手，借助现代信息技术与网络技术进行探索，加强与课程同步的实践与课程设计环节，在所承担《材料成型技术基础》课程基础上，进行材料成型新技术的教学实践扩展研究。
　　以金属塑性成型技术和设备为例，传统塑性成型技术包括自由锻、模锻和板料成型等，设备则包括锻锤、曲柄压力机和液压机，而近年来开发的先进成型技术及设备则与之有本质上的区别，如吉林大学李明哲教授团队开发的板材无模多点成型技术[2]，吉林大学梁继才教授团队开发的型材三维拉弯柔性成型技术[3]，德国工业大学Muller K.B.教授开发的挤出成型技术[4]，德国多特蒙德工业大学Chatti S教授开发的扭矩叠加空间弯曲成型技术[5]，上述新技术均已开发配套成型设备。这类最新科研成果和部分成果转化内容在教学环节中及时引入，有利于学生明确学科发展方向，掌握国内外最新研究进展和行业需求，有助于激发学生的创新思维和探索精神。
　　三、教学方法改革
　　（一）多媒体辅助教学
　　本项研究的开展是对现有《材料成型技术基础》课程知识体系的补充，有助于建立理論教学与实际应用、科学研究与成果转化的关联性，完善材料成型新技术知识框架的构建。与此同时，在《材料成型技术基础》课程中，由于涉及的铸造、锻造、焊接和高分子材料成型技术等基本概念和成型方法种类繁多，且章节间系统联系不强，致使学生对基本知识易于混淆，学生普遍反映知识点难以理解，课程内容难以有效推进与拓展。针对这一课程特点，采用传统板书+PPT的教学模式已明显不足，结合CAD/CAE/CAM一体化技术，增加模型模拟及工序动画演示等内容，可更直观地加深学生对知识点的理解。
　　例如，在讲授变形不均匀性理论时，由于工具与金属接触面存在摩擦力、温度下降速度不一致、变形抗力变化，将造成工件内部应力和变形不均匀，影响制件内部组织和性能。以模锻齿轮坯为例，授课过程中可有效加入模拟视频，此动态视频详细演示了从圆柱坯料到齿轮坯料的模锻过程，并直观显示了工件的应力变化等信息，有助于加深学生的理解。
　　（二）实践辅助教学
　　由于缺少教学实践，学生对所学知识的实际应用尚不清楚，在不同材料、不同构型金属制件的成型工艺选择及设备方面都存在匹配差异与认知不足的情况，难以在毕业入职后学以致用。针对这一问题将增加实践环节，如冲压模拟机的拆装及成形操作等，使学生直观了解成形设备的运动过程、简易操作过程及成形过程。 　　（三）“O2O課程模式”探索
　　本课程改革将充分利用互联网+技术为学生提供线上线下学习空间，增强学生兴趣，提高学生自主学习的能力和效果，以此全面提高授课质量和学生综合素质。由于线下课时有限，难以保证每个知识点全面覆盖，因此申请人将依托超星在线课程平台进行“O2O课程模式”探索。本课程将开发更多内容丰富的多媒体课件，如讲课视频、知识点讲解、图片及视频展示、成型过程动画演示、结构设计模拟过程展示和实际生产视频等内容。这些内容不仅有利于课内知识的掌握，还能开阔视野，让学生充分了解成型原理—过程模拟—结构设计—产业化应用这一完整过程。与此同时，在线课程网络平台还可提供作业、在线讨论、在线管理等功能，有助于调动学生自主学习的积极性。
　　四、结语
　　为了达到“新工科建设”需求，完善人才培养体系，需要从教学内容和教学方法等方面对《材料成型技术基础》课程进行改革。建立本科教学、科学研究、成果转化的关联体系，有利于学生明确学科发展方向，有助于学生进行自我定位及职业规划;补充行业最新技术及应用，使学生明确行业需求及国内外最新研究进展，激发学生的创新思维及探索精神;建立与课程同步的实践环节与课程设计探索，加深学生对铸造、锻压、焊接和高分子材料成型机理的理解，增强对不同类别成型技术和设备的掌握;结合现代信息技术开展“O2O课程模式（Online to Offline混合式教学）”的探索，利用新兴互联技术的发展，带动授课模式的创新。
　　参考文献
　　[1]王武荣，韦习成.“金属塑性成形原理”配套课程设计改革与实践[J].教育教学论坛，2016（16）：19-21.
　　[2]Wang D.M.，Li M.Z.，Cai Z.Y.Research on Forming Precision of Flexible Rolling Method for Three-dimensional Surface Parts Through Simulation [J].Int.J.Adv.Manuf.Tech.，2014，（71）：1717-1727.
　　[3]梁策，赵宏伟，李义，梁继才.型材多点柔性成型模具头体的调形方法[J].华南理工大学学报（自然科学版），2017（45）：142-146.
　　[4]Muller K.B.Bending of Extruded Profiles During Extrusion Process [J].Int.J.Mach.Tool.Manu.，2006，（46）：1238-1242.
　　[5]Hermes M.，Chatti S.，Weinrich A.，Tekkaya A.E.Three-dimensional Bending of Profiles with Stress Superposition[J].Int.J.Mater.Form.，2008，（1）：817-820.
　　Exploration on the Teaching Reform of "The Basis of Material Molding Technology"
　　under the Background of "Emerging Engineering Education"
　　LIANG Ce
　　（School of Materials Science and Engineering， Jilin University， Changchun， Jilin 130025， China）
　　Abstract：On the basis of the original theoretical knowledge， the teaching reform of "The Basis of Material Molding Technology" is explored. It starts with the integrated construction of teaching， scientific research and the transformation of achievements， expands the teaching content， strengthens the teaching aided scientific research and scientific research assisted teaching， which effectively enhances the relationship between basic courses and the development of industry technology， and improves the teaching and practice system.
　　Key words："The Basis of Material Molding Technology"; educational reform; practice; comprehensive experiment
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