浅谈材料成型及控制工程专业教学改革的探索与实践论文
随着工业技术的发展, 机械、冶金、汽车、电器、电子等行业已经从原来需要金属压力加工、焊接、铸造等单一专业的技术型人才转变为更迫切地需要从事材料加工、成形工艺与模具、成形设备、自动控制及具备与此相关的其他知识和能力的应用型综合人才。1998 年教育部进行高等院校本科专业目录调整时, 设立了材料成型及控制工程新的本科专业(以下简称成型专业), 多数学校实现了由锻压、模具、铸造、焊接等各热加工单一专业建设转向新的成型专业的建设。新的成型专业培养的人才比原来单一专业培养的人才所具备的知识结构理应更合理、知识面更宽, 所具备的综合素质应更好,适应性应更强, 能充分体现面向我国经济建设主战场培养应用型综合技术人才的特点。
但是在目前各学校实践的结果来看, 由于该专业原来的基础不尽相同, 不少学校还没有完全摆脱老专业的框框, 而只是在老专业的基础上进行调整和修改。存在着专业教改的总体目标不够明确, 没有从根本上重建该专业的教学体系;专业人才培养的目标和规格缺乏层次, 不能满足市场对各类人才的需求;拓宽口径与保持专业特色的关系问题尚未解决等问题。针对以上问题, 开展系统、深入的研究, 进行专业教学改革, 确立新的人才培养目标和构建新的教学体系, 创新应用型人才培养模式, 是当前非常紧迫的任务。
一、应用型材料成型及控制工程本科教育、教学的定位与培养目标
(一)确定成型专业定位的原则
为满足社会和企业对于紧缺的工程应用型专业人才的需求, 高校需要重新确立专业教育、教学定位与培养目标。成型专业作为一个在老专业基础上发展起来的新专业, 如何适应时代的发展需要, 确定自已的培养目标与发展方向, 是专业教学改革首先需要解决的问题。
1 、定位于工程应用型人才培养
成型专业的培养目标、定位首先要考虑所培养的人才要适应市场需求。不同类型的学校应根据市场的需求和自身的特点来培养不同类型的人才。一部分高校应该担负起精英教育的责任, 以培养材料成型及控制工程领域的科学研究型和科学研究与工程技术复合型高层次人才为主, 本科阶段应是进行以通识为主的专业教育。另一部分学校应以普及高等教育为主, 负起大众化教育的责任, 以培养本学科的工程技术型、职业应用复合型人才为主, 本科阶段是通识与专业并重的教育。我校定位于教学应用型本科院校, 因此成型专业人才培养规格应定位于本学科领域的工程技术型、职业应用复合型工程应用型人才培养。
2 、根据行业、区域经济及学校实际确定专业及方向
成型专业具有宽口径、大专业、多方向的特点,根据行业需求及地区经济发展和学校实际, 选准专业主方向, 办出特色显得尤为重要。长江三角洲及江苏省是我国制造业比较发达的地区, 以加工工业为主, 正日渐成为承接国际制造业转移的重要区域, 也是模具需求的集中地区。仅苏州目前就有各类模具厂1 000 多家, 模具年销售额约50 亿元～ 60亿元。近年来制造业的长足发展使对掌握现代设计技术的各类专业技术人才的需求又呈上升趋势,锻压、焊接、铸造等方面的工程技术复合型人才更为抢手。据此, 南京工程学院成型专业实施的是宽口径的材料成型及控制工程与专业方向并存的培养模式, 设置了大成型专业及模具、焊接、材料制备与成型等3 个专业方向。
(二)人才培养目标
成型专业培养德智体美全面发展, 具备扎实的高等教育文化理论基础, 掌握金属材料和高分子材料的成型及控制的专业理论知识, 具备进行成型及工艺分析的基本技能, 并在塑性成形与模具、焊接工艺与装备、材料制备与成型领域中侧重掌握某领域的工艺及设计、成型生产的技术管理, 受到现代机械工程师的基本训练, 具有实践能力和创新精神的应用型高级工程技术人才。
二、材料成型及控制工程专业内涵及课程体系
(一)根据专业发展明确专业内涵明确“宽口径”与保持“专长”的关系
本科教育培养通才还是专才, 是以普通教育为中心还是以职业教育或专业教育为中心, 历来是高等工程教育争辩激烈的问题。西方国家本科通才教育是建立在完善的继续教育基础上的, 我国在这方面还有较大的差距。一方面是一些大型企业、公司已有完善的教育培训体制和充足的教育经费, 另一方面是大量的中小企业仍然需要行业背景强的毕业生, 因而高校应进一步适应市场的需求, 根据不同的培养目标, 调整通识教育与专业教育的比例, 拓宽专业口径, 灵活设立专业方向等。成型专业是以成形技术为手段、以材料为加工对象、以过程控制为质量保证、以实现产品制造为目的的工科专业。它应以材料科学与工程基础知识为技术基础, 以材料能精确、高效、规模化获取产品零件的几何形状和机械功能为主要教学和科研目标, 并在技术原理上, 侧重于塑性成形、焊接成型和液态成型。因此该专业是介于机械和材料两大学科之间的反映综合性制造技术的专业。机械学科和材料学科的基础知识构成了本学科的基本知识体系。这一特点决定了成型专业人才培养必然是宽口径的。从1998 年新专业诞生以来, 不少学校成型专业发展遇到最大的问题是没有处理好“宽与专”的关系, 一些学校过于强调宽口径, 淡化了专业, 使得毕业生所学无法与企业的需求接轨,一度出现与铸、锻、焊有关的企业到高校无法招到需要的专业人才。另外一些学校则走向另一极端,铸、锻、焊老专业的主要课程都上, 课程过多, 学生不堪重负, 也违背了教学规律。
针对上述情况, 南京工程学院组织教师广泛调研, 重点了解企业对人才知识、素质、能力的要求。确定专业及方向的学生要求具备相同的宽口径的基础知识和成形技术专业基础知识, 所不同的只在专业课程的设置上。成型大专业要求学生掌握包括塑性成形、液态成型、焊接成型等基本理论、工艺及装备设计、设备选用等内容。为了避免过于宽泛或负担过重, 分别开设了与以前的锻、铸、焊三门技术相关的专业课, 分别是:塑性成形工艺与模具设计、液态工艺与装备、焊接技术。要求学生掌握每一个技术方向的核心内容, 不要求完整性和系统性。而各专业方向则要求在塑性成形与模具或焊接工艺与装备或材料制备与成型领域中侧重掌握某一领域的专业知识及技术, 而成型大专业, 则要求学生具有更深厚的某一方面的专业能力。
(二)教学内容的总体构成
模具专业方向在南京工程学院有较好的办学基础, 很有特色, 因此选择模具方向作为教改试点对象。针对区域经济发展特点和南京工程学院长期形成的办学优势, 确立“面向现代制造企业, 以金属塑性成形、高分子塑料成型为主线, 以现代模具设计与制造技术为特色” 的人才培养方向。按照教育部有关四年制工科大学生总教学时数及实践性环节安排的指导原则, 结合学校人才培养方案制定原则, 较大幅度地改革了人才培养计划。构建了以下三个层次结构的课程体系。
第一层次结构:基础课程和技术基础课程, 培养学生的工程素质。包括自然科学基础类、人文科学基础类、技术科学基础类三部分课程, 总学分为90 .5 , 其中理论课为83 .5 学分, 集中实践环节为7学分。
第二层次结构:材料成型的通识工程技术课程, 培养学生向各种不同专业技术方向发展的能力。内容包括对成型专业具有通识性、学科化的技术知识, 主要课程有:材料科学基础、材料成型原理、机械设计基础、机械制造基础、数控技术、CAD/CAM 、材料成型CAE 技术及应用等, 总学分为47 .5 ,其中理论课为34 .5 学分,集中实践环节为13 学分。
第三层次结构:成型技术方向的专业化技术课程, 具有工程师职业教育的特点, 这是为了培养学生的技术特长。模具专业方向技术课程主要有:冲压工艺与模具设计、塑料成型工艺与模具设计、模具制造工艺、实用模具设计与制造方法等内容, 总学分为49 .5 , 其中理论课为23 .5 学分, 集中实践环节为26 学分。主体教学内容的进程安排如图1 所示。
三、专业教学教改特色
(一)重实践强创新培养材料成型工程应用型人才成型专业是一个实践性很强的专业, 学生的动手能力、独立完成某一项工程任务的工程能力、创新能力等是他们适应社会、谋求发展的关键。按照“受到现代机械工程师的基本训练, 具有实践能力和创新精神的应用型高级工程技术人才”的培养目标, 在制定教改人才培养方案中, 学校较大幅度地提高了实践教学比例, 优化了实践教学过程, 以加强实践教学。在2006 级模具教改人才培养方案中, 集中实践有47 学分, 比原来的方案增加了5周, 课外培养计划10 学分, 实验及上机等折算10 .7学分, 实践学分占总学分的34 .3 % , 为培养学生的实践能力提供了保障。学校为加强对学生工程能力、创新能力培养, 新增设了几门特色课程。
1 、工业产品设计(二维、三维)。现代成型技术
对技术人员的.要求越来越高, 不仅要求掌握现成产品的成型加工方法, 往往还要求掌握从产品概念设计、功能设计、造型设计以及产品造型的质量评价的全过程。此课程的开设对成型专业模具方向学生的工程素质、创新能力的培养很有意义。
2 、检测技术与数据处理。检测技术与数据处理技术在现代企业中越来越重要, 该课程将涉及成型产品检测设备应用, 检测数据处理, 产品、工模具的评估等。
3 、实用模具设计与制造方法。拟请实践经验丰富的教师、工程师系统讲授模具设计制造技术、技巧, 以讲座形式开课, 课程结束后安排两周模具实训, 要求完成中等难度的模具设计与模具工作零件的制造, 并做出产品。
4 、创业及创新教育实践周。拟请有关专家、成功校友对应届毕业生进行创业创新教育。
5 、材料成型及模具综合实验周。针对传统的专业实验课与工程脱节的状况, 实行专业课程实验(实训)的工程化、综合化。专业实验面向工程, 紧紧联系工程进行, 开设材料成型及模具综合实验周。所包含的基本实验项目来源于工程实践, 将产品的生产工艺过程作为专业实验体系的主线, 比如以塑料件的生产工艺过程作为主线, 从塑料产品设计、成型CAE 分析、模具结构及主要零件设计、注射工艺参数设计到加工出合格产品全过程。实验教学分为4 个阶段:教师讲解;学生设计实验方案并经教师确认;学生做实验并写出实验报告;考核。
(二)强化材料成型及模具数字化设计制造应用能力着力培养模具设计师
遵循“信息化带动工业化”的战略目标, 数字化应是21 世纪材料成形技术与科学的核心。材料成形数字化技术是先进成形技术的重要方面, 是企业越来越依赖的技术。南京工程学院经过多年的建设, 在将材料成形数字化设计技术方面打下的较好的基础, 数字化设计能力培养是我校材料成型及控制工程专业能力的培养特色, 并逐步成为学校本学科专业的发展方向之一。自上世纪90 年代以来, 学校材料加工领域的教学、科研紧跟技术发展和市场需求, 经历了计算机二维设计、三维设计、CAD/CAM 一体化、材料成型CAE 等阶段, 并走在技术应用型人才培养的前列。目前在教学上要求学生掌握在产品数字化模型下, 进行产品的设计、工艺装备及模具设计、工艺分析计算、数控加工、模拟仿真等并行设计制造、平行作业的先进成形技术。为培养学生的成形数字化设计、分析、制造能力, 开设了CAX 应用技术系列课程, 包括CAD/CAM 技术、材料成型CAE 技术及应用、CAPP 概论、CAX 及模具数字化设计课程设计、CAM 数控实习等。学校成型专业教学改革的重点课程:材料成型CA E 技术, 从应用的角度开设了板料成形CA E 、体积成形CAE 、塑料成型CA E 、铸造CA E 等内容, 受到学生和用人单位的欢迎。
CAX 系列理论课程及实践环节的学习, 使学生较为全面地掌握了材料成型及模具的数字化设计制造技术, 结合实用模具设计与制造方法、专业课程设计、模具实训周、毕业设计等的综合学习、训练, 学生的工程能力与素质达到模具设计师的培养要求。
四、专业建设与教学改革所取得的初步成效
多年来, 材料成型及控制工程专业教师重视教改, 在教学改革的实践中取得一系列成果。
(一)试点班级工作的实践
分别以2004 级、2006 级两个模具方向班级为教改试点班级, 执行新的人才培养方案。目前教改计划执行良好, 学生学风好, 积极配合教学改革。模具041 班的部分改革力度大的课程已经取得显著成绩。如材料成型CAE 技术及应用课程采用课堂精讲、上机多练、课程设计的项目训练、并与模具综合实验周相结合, 从塑料产品设计到CAE 分析到做出饭盒类产品, 达到提高学生工程能力的目的。由于学生深知CAX 技术是材料加工领域的主流先进技术, 是就业的敲门砖, 因此学生学习CAX方面的课程积极性很高, 教学效果好, 大大提高学生就业竞争力。
(二)社会服务能力强产学研合作成绩突出
重视与行业联系, 建设并签定了10 个校外产学研合作及实习基地, 它们既是实习基地、就业基地、科研基地, 又是学生校外工程实践基地。与江苏华富电子有限公司、昆山模具技术开发配套服务公司组成产学研联合体, 共同筹建了“江苏省模具工程技术研究中心” 。与南京跃进汽车集团公司、世通锻造厂共同承担学生毕业设计(论文)实践, 每年都有一批学生受到冲压工艺、锻造工艺、CAE 模拟与仿真的工程训练。与企业的多方位的产学研合作, 为企业的发展作贡献的同时也大大提高了教师与学生的工程能力与工程素质。
(三)教改成果凝聚于教材建设
专业教师积极参与教改, 并将多年的教改成果凝聚于教材建设, 取得瞩目成绩。近年来主编出版各类规划教材11 本、副主编3 本, 其中5 本教材获得“十一五”国家级规划教材立项。通过教材建设,南京工程学院材料工程学院教师更好地把握了成型专业的内涵, 锻炼了教师, 同时也扩大了学院在应用型本科院校中的影响力。
(四)课程建设成绩显著
专业教师重视教改、重视课程建设, 已经建成了8 门省级、院级优秀(精品)课程(群):模具设计与制造(省优秀课程群)、塑料成型工艺与模具设计(省一类优秀课程)、冲压工艺与模具设计、模具制造工艺、材料科学基础、塑性成形工艺与模具设计、热加工工艺基础、成型机械等(学院精品课程)。
(五)初步建成一支优秀的师资队伍
材料成型及控制工程专业已经建成了一支思想素质高、学历层次较高、职称及年龄结构合理, 教学水平较高、有较强科研能力、工程实践能力强的师资队伍。目前该专业学科有教授4 名, 副教授6名, 有省级学术带头人4 名, 省级优秀青年骨干教师2 名。
五、结束语
材料成型及控制工程这一宽口径的新专业, 需要开展深入研究的课题很多。本轮教学改革构建了工程应用型材料成型及控制工程全新的人才培养方案。专业内涵明确, 初步解决了“ 宽口径” 与“专长”的关系, 围绕“重实践、强创新” , 强化“材料成型及模具数字化设计制造应用能力”的人才培养特色, 建设了一批特色课程。在专业建设、教材建设、课程建设、师资队伍建设及教改试点工作等方面已经取得了初步成效, 逐步实现材料成型及控制工程专业的可持续发展。
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