以培养创新能力为核心的材料成型创新实验平台建设

苏竹+廖娟+游国强+赵建华

摘要：为适应材料成型创新实验教学体系的要求，以培养创新能力为核心，增加前沿制造技术设备和小型桌面设备的比例，以提高实验设备利用率为要求，制定教学实验设备配置方案。通过材料成型创新实验平台的建设，面向实践教学的设备硬件能力得以全面提升，激发了学生对专业知识的学习兴趣，培养工程实践能力和创新能力，保障了专业实验课程改革的应用和效果。

关键词：材料成型创新能力实验平台

基金项目：重庆市高等教育教学改革研究项目（143016）

TB30-4

一、引言

实践性教学是工程类学科人才培养计划的重要内容，对培养大学生动手能力、分析和解决问题的能力、提高工程意识和培养创新精神发挥着举足轻重的作用。材料成型及控制工程由原来的铸造、锻压、焊接三个老专业发展而来，具有宽口径、大专业、多方向的内涵，是典型的交叉学科，实践性强，涉及知识面广。随着国民经济和科学技术的迅猛发展，单一的专业技能已不能满足现代装备制造业对综合型人才培养的要求。

现行实验教学体系，以验证性实验内容为主，学习者的实践参与度低，实验室硬件环境落后，不论从目标、内容、手段和方法来看，都落后于现行教育理念的，迫切需要改革。

材料成型专业实验和工程实践教学平台，应当以探索适应科技和社会发展需求、适应人才成长规律、切合实际的实验和实践教学模式为目的，从学校自身的优势和办学特点出发，在学校教学改革的整体规划基础上，逐步构建并完善。

二、实践教学平台的现状分析

1.实验室建设重视度不足

多年以来，高等教育积累了重理论教学、轻实验教学的传统，实验教学多为每门课程配置4～8学时的“课夹”实验。这种侧重，不仅体现在理论与实践教学的课时分配上，还体现在实验室的硬件建设上。以本实验室为例，近10年来新增设备数量仅5台，大部分为使用10年以上的传统铸造、锻压、焊接设备。实验设备数量和质量的严重不足，是制约实践教学环节提升的基础障碍。

2.实验手段和方法滞后于科技发展水平

“课夹”实验多选用经典的工艺方法、模具、易于产生实验效果的材料用于教学，但随着科技水平的提升、实验室设备的老化，越来越多的课程核心内容和知识点，难以通过现有条件完成教学，成为实验教学中的难点和瓶颈。

可视化虚拟实验手段、柔性制造技术平台等高新技术，引入工程实验教学环节，通过电脑三维实体的运动演示，能直观的观察模具的动作关系和制品成型的全过程、模拟熔液的流动充型和冷却凝固过程等等，完成传统教学中难以实现的过程，不仅解决现有实验教学的难题和瓶颈，还能吸引学生注意力投入实验之中，起到事半功倍的教学效果。

三、教学实验设备配置方案

材料成型及控制工程由传统专业合并而来，随着时代的发展，实验室工艺设备逐渐老化、落后，新兴材料成型技术及其发展前沿动向可以激发学生的求知欲，提高学生对后期知识的学习兴趣，培养自主学习能力。因此，以培养创新能力为核心，建设材料成型创新实验平台，以贴合新的实验教学方案，增加先进成型设备的比例，提高设备利用率为要求，制定了教学实验设备配置方案，如表1所示，支撑实验教学改革和提升。

1.材料成型CAD/CAE/CAM软件系统

随着计算机及软件技术的发展，将材料成型技术与计算机模拟仿真技术有机地结合在一起，使学生掌握的知识面更广，并能在解决技术问题时，将两者有效融合，充分利用所学的专业知识，学习多角度、多层次地研究和分析问题。例如通过数值模拟建立铸件凝固过程和传热的数学模型，对铸造结果和缺陷基本可以做到“未铸先知”，从而优化铸造工艺；采用模具虚拟拆装系统，通过旋转、缩放、透视、剖面等观察功能，对模具结构进行拆装演示、运动仿真、装备考评和知识索引。

这类通过计算机虚拟的教学模式，可以加速学生对抽象概念的理解，增强教学的直观性和形象性，加强对模具结构、工艺参数认知的真实感和表现力，极大地提升教学效果、活跃课堂气氛，提高学生解决实际问题及创新的能力。

2.前沿制造技术应用

3D打印是一种与传统的材料加工方法截然相反，基于三维 CAD模型数据，通过增加材料逐层制造的方式，直接制造与相应数学模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法。自2013年以来，3D打印技术受到国内学术界、传媒界的关注热潮，被认为是一项影响人类未来生产生活方式的新型制造方法。

将图1、2所示的桌面型3D打印和扫描设备应用于实验教学，亲身体验这些广受关注的前沿制造技术，可以激发学生DIY的兴趣，开发想象力，将构思转变为真实的立体模型，全程参与从设计、制作、展示等各环节实践操作，将自己的创造变成实物，获得一种难忘而有益的学习体验。在实践中发展和提高动手能力、设计能力和思维能力，推动学习者创新精神和创造能力发展，对创新型人才培养具有积极意义。

3.设备小型化与高可用性

材料成型属于制造业领域，实验设备一般选择机械制造工厂使用的设备，这些设备更接近生产实际，但具有投入大、占地面积大、通用性差等突出缺点。经调研发现，随着民生工业的升级，应用在佩饰、工艺纪念品、小五金行业的铸造、压力加工、焊接设备，如精密台式冲床（图3）、小型龙门液压机（图4）、真空注蜡机（图5）、小型激光焊机（图6）等已完全成熟，多为小型设备，甚至可桌面化使用，既满足实验教学的需求，又能弥补机械制造工业化设备的不足。

这类材料成型设备用于支撑专业通识实验和专业模块特色实验，分布在实验流程中的各个工艺环节，承担相应的工艺任务，小而亲切，操作简单，学生可以亲自动手，获得真正亲手创造出产品的体验。

五、结语

本材料成型创新实验平台的建设，紧紧围绕材料成型专业实验和工程实践教学体系改革，以培養学生的工程实践和创新能力为核心，改变了实验室的旧友面貌，实现了面向实践教学的设备硬件能力的全面提升，保障了专业实验课程改革的开展和应用。

参考文献：

[1]唐正连，基于材料成型及控制工程专业特殊性的改革思路[J].当代教育实践与教学研究，2015

[2]邓文婷，激发大学生创新创业背景下高校实验室功效再造[J].高教探索，2016

[3]张光胜，材料成型及控制工程专业实验和实践教学体系的改革研究[J].中国科教创新导刊，2008

[4]杨晓平，材料成型及控制工程专业实验教学改革的思考与探索[J].辽宁工业大学学报（社会科学版），2012

作者简介：苏竹（1984-）：女，汉族，重庆人，硕士，工程师，主要从事材料成型专业实验教学。