基于逆向思维的模具设计项目式案例教学法研究与实践

◆武 燕

(西南科技大学城市学院)

一、引言

模具作为制造业的基础工艺装备，在机械、汽车、电子、通信、家电等行业中的应用越来越广泛，其产品中60～80﹪的零件都要依靠模具成型。在以培养适应时代发展，符合社会需要的应用型人才为宗旨的各类工科类院校，模具设计课程越来越受到重视。根据创新型工程技术人才培养规划，结合多年的模具设计教学与实践经验，分析模具设计在应用型本科教学中的现状，从教学设计、教学方式、评价机制等方面进行了教学改革探索。

二、模具设计课程的定位与教学现状

模具设计是一门技术性、实践性很强的，根据创新型工程技术人才培养要求设立，是机械设计制造及其自动化专业的专业主干课程，具有多学科交叉和高技术特性。模具设计课程是创新型工程技术人才培养规划中机械设计制造及其自动化专业的专业主干课程。

模具设计课程传统的教学模式以教师为主导，教师讲、学生听，以理论知识的讲授为主要内容;在一些重视模具课程实践的学校还会在理论教学结束后配以课程设计作为实践环节，但理论教学和课程设计的开展仍然存在相对独立的特点。

三、基于项目逆向的教学改革理念

1．基于项目逆向的教学改革思想

基于项目逆向的模具设计课程教学改革完全颠覆以教师讲授为主导的传统教学模式，其实质是指在项目式案例教学方法改革的过程中融入逆向工程设计思想，其中逆向工程设计的应用、项目式案例教学是教学改革的核心。

逆向工程(Reverse Engineering)，又称反求工程，其大意是根据已有的东西和结果，通过分析来推导出具体的实现方法，是消化、吸收、引进先进技术，实现新产品快速开发的重要技术手段。根据设计依据来源的不同，逆向工程主要包括实物逆向、软件逆向、影像逆向和局部逆向四种类型。项目逆向教学法的思想源于软件逆向设计，是指根据工程图样、工艺流程、算法、数控代码、技术文件等信息复制产品。

基于项目逆向的模具设计课程教学改革利用逆向工程设计思想可快速实现模具结构原理分析，并可在分析原设计方案基础上，激发学生的开拓思维，实现可行性方案的创新设计。并采用项目式案例教学实现产品模具开发综合能力、创新能力的培养，以及制图、精度设计等各方面的工程技术素养的提高。

2．基于项目逆向的教学改革的目标

基于项目逆向的模具设计课程教学改革的目标是在模具设计知识体系的构建的基础上强化学生的模具设计工程师职业能力的培养。

模具设计工程师是指在传统模具设计的基础上，具备模具数字化设计、分析、仿真、过程模拟及其模具生产管理和标准化等能力的工程技术人员，其职业能力要求有以下几个方面:

(1)掌握冲压成型、塑料成型工艺，具备冲压模具、塑料模具的结构设计能力。

(2)具有模具数字化制图和设计能力，可根据产品的模型与设计意图进行模具三维装配造型设计，并能实现产品及模具3D模型与2D工程图的转换。

(3)具备根据产品成形工艺条件进行模具零件的结构分析、寿命分析和模具的装配运动仿真的能力。

(4)具备模具设计标准件及标准设计能力，具备模具非标准件的工艺分析、生产管理能力。

四、模具设计课程教学改革实践

(一)课程教学方法改革

1．模块化教学设计

(1)分析。包括产品的结构工艺性分析、产品的可制造性分析(DFM分析)和模具结构方案分析，并在模具结构方案分析过程中引入逆向工程设计思想进行案例分析，并拓展学生的创新思维能力获取其他可行方案，并以此进行任务分解。

(2)设计。分为传统结构设计和模具的数字化设计两大类型，即根据产品成型特点和模具组成，进行传统的模具结构设计，再利用CAD软件强大的实体设计功能，进行模具三维装配设计，最后要求利用CAD软件的工程图设计功能，将产品、模具组件、模具装配体进行3D到2D的转换，最终获得产品及模具的全套非标件零件图和装配图。

(3)模拟。利用CAD软件的CAE分析功能，对模具组件进行有限元分析，校核模具组件的可靠性;并对模具装配模型进行三维装配模拟仿真，以实现模具装配性能检测。

2．项目任务驱动型教学过程

项目任务驱动型教学过程改革是以真实项目为载体，以模具设计流程为导向，采用任务驱动方式，明确学习目标和要求，优化教学实施过程。

项目任务驱动型教学过程改革的特点有以下几个方面:

(1)模拟现实开发过程中的项目经理负责制，形成项目组长负责制形式。每一个班根据人数每5～6人组成一个项目小组，由项目组长负责整个项目的任务分配、进度设计和成果检测。

(2)在知识体系构建过程中，强调课堂引导学习与课后自学相结合。

(3)在案例组织上，采用同一产品，但规格和模具结构不同，即便于项目组间的相互交流与学习，同时保证各组自身的独立运作。

(二)多元化课程评价机制改革

根据课程改革的目的重在模具设计知识体系的构建和模具设计职业能力的培养，形成了“理论考核+阶段性考查+项目综合评价”的“433”型多元化课程考核机制。

成绩评价机制采用百分制，其中理论考核占40﹪采用期末闭卷考试，综合考查学生的模具设计知识;阶段性考查占30﹪，包括学习态度、操行、阶段性工作及成果考评;项目综合评价占30﹪，主要考查项目任务完成情况及其效果。

课程评价的机制改革与课程教学方式改革相互促进，既客观评价学生的学习情况和效果，又促进了学生模具设计能力及其工程素养的形成。

五、结束语

基于项目逆向的模具设计课程教学改革与实践，形成了以模具设计职业能力为本位、以模具设计流程为导向、以工作任务为驱动的新型课程教学理念和工学结合的教学模式;并形成了以职业能力和工程素养为重点的多维考评机制。

基于项目逆向的模具设计课程教学改革的成功实施，对机械类专业工学结合课程、专业课程的建设与发展起到了积极的示范和推动作用。

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