信息化教学背景下“冲压工艺与模具设计” 课程教学做一体化探索
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作者:杨兵 郑家房 陈传胜 张作胜 杜兰萍 刘晓艳
[摘 要] 近年来，以智慧课堂为代表的信息化教学成为先进的教学改革手段在高校课堂教学中得到广泛运用。该文通过教学效果诊断分析发现，实践性很强的冲压模具设计课程通过信息化教学和教学做一体化进行“复合教学”，可以获得更好的教学效果。
[关键词] 智慧课堂;信息化教学;教学做一体化;复合教学
[基金项目] 2018—2020年度职业院校信息化教学研究课题“基于CAD/CAE/CAM的汽车覆盖件冲压工艺与模具设计”（2018LXB02450）;
2018年度安徽高校自然科学研究重大项目（KJ2018ZD060）;2017年度安徽省省级质量工程大规模在线开放课程（MOOC）
示范项目“冲压工艺与模具设计”（2017mooc193）;2016年度安徽职业技术学院校级质量工程“汽车结构件轻量化关键技术
研究”（azy2016kj03）
[作者简介] 杨 兵（1986—），男，安徽合肥人，安徽职业技术学院讲师，在读博士研究生，研究方向为冲压模具设计。
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）23-0367-03 [收稿日期] 2019-10-11
2019年2月13日，国务院正式印发《国家职业教育改革实施方案》，文件指出经过5～10年左右时间，职业教育基本完成由政府举办为主向政府统筹管理、社会多元办学的格局转变，由追求规模扩张向提高质量转变，由参照普通教育办学模式向企业社会参与、专业特色鲜明的类型教育转变，大幅提升新时代职业教育现代化水平。将构建职业教育国家标准，启动1+X证书制度试点工作;促进产教融合校企“双元”育人，多措并举打造“双师型”教师队伍;建设多元办学格局;完善技术技能人才保障政策。这些措施俗称“职教20条”，并且其中文件明确指出需要“建立健全信息化建设”。目前，以智慧课堂为代表的信息化教学手段为高职院校教学过程带来了一场别开生面的改革，其优秀的教学过程成果可以通过每年举办的全国职业院校教学信息化大赛得到展示。“冲压工艺与模具设计”作为模具設计与制造专业的核心课程，本门课在《中国制造2025》背景下培养学生具备中等专门技术人才和高素质劳动者所必须掌握的冲压模具工艺与模具设计基本知识和技能，同时将冲压工艺与冲压模具通过先进的三维设计与分析软件紧密结合，通过当前企业的产品作为研究对象进行项目式工艺分析和结构设计，基于工作过程的课程开发了八大模块结构，结合冲压实训室，模具拆装实训室，数控加工实训室等进行教学做一体化，最终通过冲压课程设计，冲压毕业设计突出创新应用能力。作为一门理论与实际结合很强的课程，教学过程中除了采用现代化教学信息化的手段外，还需要辅助教学做一体化的教学过程，这样才能培养出具有更高职业素养能力的学生，从而满足企业对高质量人才的需求。
本文以模具设计中“拉深模具设计”为例创新性地提出“三阶段”教学改革：（1）统一教学与分组教学，个体学习与个别指导”灵活运用启发式教学法、项目导向法、实例解析法、练习指导法等组织教学。（2）“教、学、做”相结合的教学法，实验实训室现场教学+实例观摩+分组实际演练。（3）“工学结合、融入式教学”教学法：以海尔模具、浩源模具等为平台，结合实际生产遇到的新问题为研究项目，实现“课堂小企业，理实交融;企业大课堂，德技兼修”。
一、信息化教学实践
信息化教学是通过运用现代信息技术手段，开发教育资源，优化教育过程，以培养和提高学生信息素养为重要目标的一种新的教育方式。职业教育中常见的信息化教学手段，是把课件、视频等教学资源进行整合加工后导入职教云中我的云学苑，除了提前设置导学内容引导学生预习，教师还可以提前把课堂提问、头脑风暴等提前进行教学设计。这样在课堂教学过程中，师生可以通过手机上下载的云课堂软件共同完成教学过程，课后学生可以完成老师预留的作业。下面以“冲压工艺与模具设计”课程中“拉深工艺与模具设计”为例，对课堂教学过程如课前预习、课堂教学、课后复习加以陈述和分析。
首先进行课前预习，笔者在云课堂中设置了相关的拉深视频，并提出问题进行讨论：“我们日常生活中哪些产品是拉深模具制造的？结合前面所学弯曲工艺与模具设计知识，如何对拉深变形过程进行应力分析？”根据学生的讨论情况，笔者判断出学生对于拉深模具、弯曲模具、翻边模具得到的产品容易混淆。这个在课堂开始阶段笔者会对此进行详细解答。由于高职培养方案注重于实用性和创新性，对于复杂的理论公式推导不宜花太多的时间来研究，但是对于模具设计中的工艺分析需要了解成型中产品的基本的应力分析。但是值得欣喜的是，通过同学们的讨论，笔者发现他们已经有了通过建模来研究拉深产品的工艺变形过程的意识。因为在前面的弯曲工艺与模具设计章节中，曾引导学生怎么对一个陌生的变形过程建模来简单的分析应力，我们把板料通过画线的方法分割成一个个正方形，当板料完成模具的弯曲后，我们发现外侧板料的正方形变成了水平方向的长方形，那意味着外侧的板料受到了拉应力，而内侧板料的正方形变成了垂直方向的长方形，那意味着内侧的板料受到了压应力。因此我们得出了一个非常重要的结论：“在弯曲过程中，外侧板料受拉，内侧板料受压。”从而引导出中性层的概念，这样同学们记忆很深刻。这次学习新的课程内容，他们自然而然联想到当时讲的方法：通过网格法来判断拉深应力。通过预习的视频，同学们发现无凸缘拉深的坯料是通过圆形的坯料来完成的，通过网格法，他们把板料分割成一个个的同心圆。他们发现坯料由原来的扇形变成了现在的矩形。但是究竟在什么应力下才能由扇形变成矩形，他们充满了疑问，带着疑问我们开始了课堂教学。这样有的放矢地进行课堂教学，教学效果更好。
在课堂教学过程中，笔者首先对第一个讨论的问题进行了解答，并强调第二个问题是我们此节课的重点：板料在什么应力下才能由扇形变成矩形？通过制作一个动画示意的方式，学生们明白了原来扇形可以通过两侧受压、前后受拉的方式由扇形变成了矩形。这样他们就知道了板料在拉深过程中重要的应力状态：切向受压应力，径向受拉应力。通过资源库导入简单的动画模型避免了复杂的理论推导过程，而且正是因为切向受到压应力，板料才会发生起皱现象，从而引出了本节课的重点：拉深中的起皱现象。为了调动同学的积极性，我们开展了头脑风暴：如何减少拉深中的起皱现象。通过归纳同学们意见后，我们确定模具的压边圈设置是最有效减少起皱的方法。为了增加课堂的学习气氛，我们对模具进行了虚拟装配，把班级分成小组，进行了小组PK，看哪个小组能准确完成拉深模具结构的准确装配。这样，学生在比赛过程中又加深了对模具结构的理解。为了准确把握学生对本节知识的掌握情况，我们还进行了课堂测验，通过测验了解学生对哪些知识点仍然存在薄弱现象，从而有的放矢的进行补充。在课堂教学过程后，利用云课堂作业布置对本次课程进行巩固。如果有同学对知识点仍然不了解的，可以通过职教云提前录播的MOOC课程进行复习，而教师本人可以对云课堂软件获得的大数据进行分析，对教学过程进行反思，对学生获得知识进行总结，对学生的表现进行评价。 二、教学做一体化教学实践
因为模具类专业是一门实践类很强的专业，除了掌握扎实的理论知识，企业希望学校培养的学生在模具相关设备操作可以快速上手，对冲压产品可能出现的各种缺陷可以利用所学的知识来处理，可以通过过程控制来得到高质量的产品。这样会减少学生二次培训时间，为企业增加效益的同时降低了成本。为了实现“教”“学”“做”一体化目标，我们分别在常规教室、模具设计室和数控加工车间开展了教学。针对拉深工艺设计内容：第一步，采用传统的教学方法在课堂上面授的形式。首先根据体积不变原理计算了毛坯的尺寸，然后根据极限拉深系数来判断拉深次数，并且根据实际拉深系数来计算半成品的尺寸，最后确定模具的相关尺寸。第二步，同学们在模具设计室根据计算确定前面的工艺参数进行三维模具造型，并且导出可以加工的程序。第三步，在数控加工车间，同学们可以利用数控铣削方式加工制成所需要的模具。教学目标达成后，学生能正确进行模具设计时的工艺计算，能完成中等复杂程度的模具设计任务，基本能完成冲压模具的安装、调试与制件的生产操作，通过教学做一体化教学改革，教学效果得到了明显改善，同学们避免了“眼高手低”的弱点，提高了学生的职业竞争力。然而在教学反馈来看，“教”的内容仍然拘泥于传统教材，与现代化的模具CAE工艺设计方法相差甚远，导致学生的知识结构与职业技能仍有一定的脱节。同时，教师需要在课堂讲授较多的理论知识，而学生的接受能力具有差异，导致同学们掌握的程度参差不齐，这直接导致后续的“学”“做”效果大打折扣。
三、信息化教学和教学做一体化复合教学
为了实现培养高质量学生的目标，可以采用信息化教学和教学做一体化复合的教学模式。首先教师要走进工厂，和工厂的工程师一起学习和共同分析解决生产中出现的各种问题，然后把最新的专业技能和知识进行提炼，开发校本特色教材，并且通过信息化手段实现相关课件、视频、动画等教学资源在线，开放了大规模MOOC课堂，最终达到学生在课堂上“身临其境”的学习到最新的生产方法和工作技巧。如下是汽车覆盖件拉深模具设计复合教学改革的措施。
（一）校企合作，线上线下一体化信息化教学
首先进行课程设计中“教”部分的改革创新。通过校企合作，订单式培养，采用现代学徒制，和企业共同开发校本教材，具体操作中把课堂“搬到了”长安汽车的生产车间，让同学“连线”行业专家，让行业资深工程师带来模具设计中最新理念，并且通过在线观看了汽车车门板如何实现从平板毛坯经过各道级进模具成型从而得到最终产品的过程，让同学对实际生产有个感性的认识，而且针对传统教材中的重难点分析计算，我们通过上线提前录制完成的教学视频，这样即使同学们课堂上有未掌握的知识点，他们也可以通过课后观看视频来理解，而课堂的教学更多的通过提问、答疑以及头脑风暴的形式来调动学生的学习积极性，提高教学效果。
（二）项目式教学，教学做一体化设计
针对模具设计中的工艺设计“学”部分，我们对教材传统的计算法进行简单概述后，对学生进行分组，采用项目式教学方法把教学内容整合成六大模块，采用当前企业使用的最先进的CAE分析软件Autoforrm进行逆向分析得出最优的工艺参数。首先需要对软件的英文界面进行了介绍，让同学知道每个命令的作用，然后笔者和同学们一起进行观摩福特研发工程师对汽车梁类产品进行实际CAE仿真过程，整个工艺分析主要包括冲压方向的确定、冲压工序的安排、压料面的确定。仿真结果的显示。如果仿真结果显示有起皱和拉裂问题，那么需要重新调整模具圆角等参数，或者增加拉延筋等方法进行重新设计，同学在这个过程中可以观摩完工程师的做法后自行进行CAE仿真学习操作。遇到问题还可以在线与工程师进行沟通。在仿真结果安全的情况下最终从CAE软件中可以得出坯料线、CAE分析线。凸模轮廓线等工艺参数。通过导入这些工艺参数同学们可以在老师的指导下在CAD软件UG中进行三维建模，然后通过UG软件把建模完成的的凸模、凹模、压边圈等结构导出适用于数控加工的dxf刀路图，为了检验同学编程的正确性，我们对其还进行了数控仿真。在仿真结果正确的前提下，同学们利用数控加工CAM的方法对模具部件进行铣削加工，在同学们亲自动手进行加工过程中，他们又复习了数控铣削对刀方法、三坐标检测方法、线切工加工方法。最终用加工合格的模具结构和弹簧、销钉、螺钉等标准件进行组装就可以得到完整的模具了。在整个教学工程中，所有的教学资源都实现了上线，同学们可以随时进行点击学习，而且在教学过程中有当前名企的工程师和老师共同的“教”，有同学们参考着一起“学”，并且实现亲自动手操作进行“做”，最终实现“教学做一体化”的目标。然后通过试题库中的试题对教学重点进行考核，并根据教学成果反馈有针对性地进行答疑解惑。
通过云课堂过程提取的教学效果分析发现，通过信息化和教学做一体化的复合教学，可以取得更加良好的教学效果。不仅学生可以随时随地把课件等理论知识当作“百科全书”，需要的时候随时查阅，更重要的是通过信息化手段与现代最新的企业冲压工艺技术接轨，更能“身临其境”接受与一线的企业工程师答疑解惑，更好地为企业培养满足各项要求的复合型人才。
参考文献
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Exploration on the Integration of Teaching-learning-doing in Stamping Die Design Course under the Background of Information Teaching
YANG Bing，ZHENG Jia-fang，CHEN Chuan-sheng，ZHANG Zuo-sheng，DU Lan-ping，LIU Xiao-yan
（Anhui Vocational and Technical College，Hefei，Anhui 230011，China）
Abstract：Recently，informatization teaching represented by wisdom classroom has become the advanced teaching reform method and has been widely used in classroom teaching of colleges and universities.Through the analysis of the teaching effects，it is found that the highly practical course in Stamping Die Design can achieve better teaching effects through "compound teaching" of informatization teaching and the integration of teaching-learning-doing.
Key words：wisdom classroom;informatization teaching;integration of teaching-learning-doing;compound teaching
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