基于复杂工程问题要求的材料成型及控制工程专业实践教学改革

曹亮　王高升　陈国强

【摘要】本文针对专业认证对解决复杂工程问题能力的要求，我校材料成型及控制工程实践课程进行相应的改进和调整。将工程实践复杂工程问题融入到实践教学环节，以实践项目驱动学生思考、探索和创新，培养学生灵活运用学科知识解决本专业材料成型及控制工程（模具方向）复杂工程问题的能力，以达到工程教育专业认证对毕业要求。

【关键词】专业认证 复杂工程问题 实践教学

【Abstract】Based on ability requirements of solving complex engineering problems， the specialty practice course of material forming and control is be improved and adjusted correspondingly in our school. The engineering practical complex engineering problems is assimilated into the practice teaching link， to practice project drive students thinking， exploration and innovation. The student will trained to apply knowledge to solve this major is material forming and control engineering （mould direction） ability of complex engineering problems， to meet the requirements of engineering education professional certification of graduation.

【Keywords】specialized certification； complex engineering problem； practice teaching

【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）50-0225-02

随着我国改革开发不断深化，“一带一路”战略的不断推进，中国工程型人才正走向国际舞台中央，新时代高等教育开始与国际高等教育最新发展的潮流包括发展理念、发展标准等同频共振。工程教育专业认证就是其中一项，它对促进我国工程教育的改革、加强工程实践教育、进一步提高工程教育的质量、促进我国工程教育参与国际交流、实现国际本科工程教育的学位互认具有重要意义[1]。工程教育专业认证工作指南2015版特别从学生培养目标、毕业要求、课程体系等7个方面给出了标准和框架。其中毕业要求覆盖的内容中特别强调工程知识要求能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题[2]。

我校材料成型及控制工程专业（模具方向）正紧张地进行专业认证准备工作，结合新要求新标准，展开对本专业相关实践教学环节进行持续改进。其中实践课程是提高学生工程素养、培养学生解决复杂工程问题能力的重要载体和形式，教学过程中应该引起高度重视[3，4]。其中实践课程总课时达到300多个课时，包括材料成形CAD/CAM技能训练、材料成形CAE技能训练、模具设计与制造综合实践、专业综合实践、机械工程材料实验、材料成型计算机仿真技术实验、冲压工艺与模具设计实验以及模具制造工艺学实验等，内容基本涵盖工程问题复杂钣金件模具设计的基本理论、基本方法，却没有形成一个系统的综合的解决复杂工程问题的教学方法和思路。因此，从工程教育专业认证的视角改进实验教学目标、内容和评价，打造符合工程教育专业认证的实验课程，显得尤为重要。

1.基于复杂工程问题的实践教学分析和理念

以本专业材料成型及控制工程专业（模具方向）为例，为了较好的将理论与实践相结合，每门专业课程都开设了相应的实验课程，有利于提高学生的实践动手能力、分析与解决实际问题的能力。例如《机械工程材料》开设“材料的热处理工艺及其对性能的影响”、“材料的非平衡组织特征与性能分析”、“材料的硬度测试及对比分析”等五个实验课程。《冲压工艺与模具设计》开设了“钣金件冲裁成形过程实验”、“模具在冲床上的安装与调整”、“典型结构冲模拆装”等三个实验等。然而这种实验教学内容单一性，实验方法可“依葫芦画瓢”地按教师讲解和指导书进行步骤操作，致许多学生仅把实验当作一件任务来完成，这对于创新思维和分析问题、特别是对解决复杂工程问题能力的培养是非常不利的。为此，根据已有实验项目，针对工程教育专业认证工作指南2015版提出的“综合运用数學、专业基础、专业知识、自然科学解决复杂工程问题”的要求，本专业结合实践环节对上述实验课程、实验内容以及实践环节的梳理、综合和改进，提出基于“汽车钣金件成型性能分析与模具设计及制造”复杂工程问题的材料成型专业串联式实践教学。其实践教学流程图如图1所示。该串联式实验教学涉及多学期多门课程多个实验以及多个环节，其运用材料学、结构力学、机械学、弹塑性力学等，通过综合多学科知识，解决汽车钣金件成型过程中涉及结构分析、成型工艺分析、模具结构设计、模具制造、模具生产等所遇到的问题，从而充分调动学生的主动性和团队创新协作精神，从理念、方法及实施各个阶段培养学生运行所学知识解决料成型及控制工程专业（模具方向）领域复杂工程问题的能力。

2.基于复杂工程问题的实验教学设计与实施

“汽车钣金件成型性能分析与模具设计及制造”复杂工程问题串联式实验教学由学科基础课程教学实验、专业课程教学实验以及实践教学环节自由串联所组成，这些课程或环节中实验项目通过实验对象的调整、时间上的连接达到持续进行，如图1所示。“汽车钣金件成型性能分析与模具设计及制造”复杂工程问题的解决首先需要对汽车钣金件材料进行选择和分析。这将在大二学科基础课《机械工程材料》开设“材料的组织特征与性能分析”、《理论力学》《材料力学》课程实验项目“拉伸、压缩实验”、“测E实验、扭转实验”、“材料的硬度测试及对比分析”中对汽车钣金件材料力学性能和成形性能进行全面分析，获得CAE仿真分析所需参数：板料密度、弹性模量、泊松比及各项异性指数等指标。接着在大三学科基础课《材料成形原理》实验课程“钣金件成形过程实验”中，汽车钣金件的各种形面类型进行成形性能分析，为CAE工艺补充面的设计提供支持。然后在专业实践教学环节《材料成形CAE》课程完成汽车钣金件成型仿真分析，确定合理的成形方案和工艺参数。在《材料成形CAD/CAM》对汽车钣金件进行模具设计，建立模具三维图，并编制模具数控编程加工程序。在《先进制造技术实训》中对模具部件进行加工制造。最后在大四专业课程《冲压工艺与模具设计》“钣金件冲裁成形过程实验”、“模具在冲床上的安装与调整”、“典型结构冲模拆装”等三个实验中，对模具零部件进行装配，安装在冲床上对零件进行试冲，并对钣金件成形后的质量进行评价和分析，给出改进意见和方案。根据以上大学几年实验课程的学习，形成一份“汽车钣金件成型性能分析与模具设计及制造”实验报告手册，并根据实验过程的理论和经验，在大四综合实训中，重新对汽车钣金件进行成型性能分析与模具设计及制造，获得合格的成形汽车钣金件。

以上串联式实验教学通过汽车钣金件分析—设计—检测—改进—测试—生产等实验课程环节，使学生解决复杂工程问题的能力得到很好的培养。同时“汽车钣金件成型性能分析与模具设计及制造”实验对象本身就是企业复杂工程问题项目。通常本实验教学改革，使本身单一的课程实验得到深入的挖掘，满足了专业认证标准中复杂工程问题的属性，使课程实验具备综合性，涉及多方面技术、工程和其他因素，又建立合适的抽象模型，运用深入的工程原理使“汽车钣金件成型性能分析与模具设计及制造”问题得到有效解决。

3.结论

本文基于专业认证2015版标准强度解决复杂工程问题的要求，结合本专业课程实验进行针对性综合改革，通过将工程实践复杂工程问题融合到实践课程实验环节，以实践项目驱动学生思考、探索和创新，从而以基础知识为依托合理地培养学生运用学科知识解决本专业材料成型及控制工程（模具方向）复杂工程问题的能力。随着本专业认证在认证道路上的不断深化和持续改进，对于如何将复杂工程问题更好融入到教学各个环节将有更深的理解和思考，这将为培养符合国际舞台的工程型人才奠定坚实的基础。

参考文献：

[1]支希哲，韩阿伟.高等工程教育专业认证的问题及对策[J].中国高校科技，2015（4）：44-47.

[2]秦海鸿，黄文新，曹鑫，王晓琳.电气工程专业领域复杂工程问题教学改革探究[J].电气电子教学学报，2016（05）：7-9.

[3]夏静萍，王瑛.工程专业认证背景下的自动控制原理实验教学改革与实践[J].实验技术与管理，2016（2）.

[4]杨毅刚，孟斌，王伟楠. 如何破解工程教育中有关“复杂工程问题”的难点——基于企业技术创新视角[J].高等工程教育研究，2017（2）：72-78.

作者简介：

曹亮，男，湖南岳阳人，研究方向：复杂系统可靠性分析与优化。