面向一流本科专业建设的模具设计课程教学改革探索

张辉 陈瑶 杨育 朱成顺

摘要：模具课程是机械制造课程体系中的一个重要组成部分，模具课程的教学改革是机械制造及自动化专业一流专业建设中的重要内容之一。本文分析现有模具课程教学方面的不足，通过对改革教学模式、丰富教学内容、拓展教学评价手段等方面的研究，探索通过增强现实的案例式教学融入模具设计课程教学，导通授课、案例、考核三方面的教学环节，以此达到教师引导、学生主动的教学目的，提高课程中学生的参与度、兴趣度，以及课程教学质量。本文可为高等院校模具方向课程教学模式的创新和改革，以及拓展增强现实教学应用模式提供借鉴。

关键词：模具设计课程  一流专业  增强现实 机械制造及自动化

Exploration on the Teaching Reform of Mold Design Course for the Construction of First-Class Undergraduate Major

ZHANG Hui^*CHEN Yao  YANG Yu  ZHU Cheng Shun

（Jiangsu University of Science and Technology， Zhenjiang， Jiangsu Province， 212100 China）

Abstract：Mold design course is an important part of mechanical manufacturing course system， and the teaching reform of mold design course is one of the important contents in the construction of first-class major of mechanical manufacturing and automation. By analyzing the shortcomings of the existing mold related courses teaching， and the research on the reform of teaching mode， the enrichment of teaching content and the expansion of teaching evaluation， this paper explores the integration of augmented reality case teach and study into the teaching implementation of mold design course， the realization of the conduction of teach and study， case exploration and assessment， the promotion of teachers guidance and students initiatives towards teaching goals， and at last the improvement of students interests and involvement as well as the teaching quality. The work could provide a reference for the innovation and reform of mold related classes and similar course teaching mode in colleges and universities and inspiration for the expansion of augmented reality teaching application.

Key Words： Mold design course; First-class major; Augmented reality; Mechanical engineering and automation

模具是工業之母，模具行业是制造业的重要组成部分^[1]，模具相关的课程教学是支撑国家制造业现代化的重要环节，模具类课程的教学改革对推进机械制造及自动化等模具相关专业的一流专业建设起重要的支撑作用。本文通过分析目前传统模具课程教学中的不足，结合一般机制专业中的模具方向教学实践，从教学模式改革、丰富教学内容、拓展教学评价手段等方面开展研究，探索通过增强现实的案例式教学手段融入模具设计课程的教学过程中，以提高教学水平，达到教师引导、学生主动的教学目的。

1 现有模具课程教学方面的不足

模具类课程是一门知识点丰富、背景课程体系要求高、实践操作性强、涵盖机械类教学课程内容范围广的专业门类课程，但其又是一门相对古老的行业课程。在传统的机械学科相对吸引力不强的大背景下，模具类课程同样也存在学生兴趣点不高、形式与内容老旧的问题。分析目前的模具类课程传统教学环节的不足体现在以下几点。

（1）教学手段相对陈旧，多媒体课件课堂讲授同模具拆装的实践教学结合的传统方式，不易引发学生的兴趣，贯穿课堂、实践、考核的案例点、考评点较少，且考核评价中也较难体现实践动手能力与创新设计思维能力。

（2）教学过程中的新型的信息化技术应用不多，教学过程还有不少环节依赖老旧的CAD软件开展，拆装实验同一般的课程设计区分度低，难以调动学生的学习积极性，新型软件使用程度不高，同其他课程的体系梳理不完备，不易体现模具课程的背景特点。

（3）教学互动性一般，课堂讲授和实践教学中的程式化较严重，教学环节依然按照分块的知识点，冲裁、弯曲、拉深等教学内容间的过程分开。教师按照“套路”教，学生按照“套路”学，课程知识的前后关联性挖掘不够，灵活运用知识的能力不易培养。

在这样的背景下，学生在模具课程学习过程中缺少与本课程内容相关的感性认识与实践机会，同时课外也缺少理解专业、理解知识运用的途径，感觉书本知识与实际应用脱节^[2]，形成模具类课程“知识陈旧”“跟不上时代”的看法，进而容易养成仅想“應付考核”的习惯。

2 模具设计课程教学模式改革调研

由于模具课程的重要性，国内不少高校都开设有模具设计、模具设计与制造或模具CAM之类的课程，甚至有单位开设有专门的模具方向或模具专业。不少教师或研究人员也从教学改革的需求出发，对模具设计课程教学模式改革提出自己的解决思路或方法。这些思路或方法如下。

（1）从专业工程认证的角度出发^[3]，按照《悉尼协议》的标准和范式进行专业建设、参与国际认证，实施成果导向的教育，开发成果导向课程体系，对专业课开展全过程、全方位、科学合理的评价，提升专业内涵建设，树立以学生为中心，成果导向、过程保障为核心的质量观，基于专业工程认证的契机，努力梳理好整个模具专业的课程体系，并改进教学评价体系。

（2）从项目教学的角度出发^[4]，明确了职业教育中项目教学法的意义，从专业课程的内容设置、教学实施过程等方面进行探讨，提出了项目式教学的考核标准。为培养模具行业的一线技能人才，突出其制造、装配、调试、维护等工作能力，探索有效、实用的实训教学方法。采用“任务”“计划”“实施”“检查”“评价”的步骤开展教学。

（3）采用线上线下混合式课堂教学、混合模式教学等方式开展教学^[5]，辅助开放性的查新和调研作业，广泛利用网络资源和三维软件进行教学深度和广度的拓展，夯实学生对冲压模具基本结构和零件的认识，结合UGNX中的模具模块开展教学。或者采用软件二次开发的方式，在CATIA建模软件平台上^[6]，设计一套覆盖模具设计过程的流程化方法，开发用于冷冲压模具设计的教学软件，增强学生知识面，提升教学效果。这类方法以信息化为大背景，具有先进性。

（4）采用虚拟现实或增强现实等手段开展模具类课程教学改革的方法^[7]。不少是基于手机平台或电脑网页等界面进行开发。采用互联网技术、大数据技术及虚拟技术等，建设新的教育模式，利用VR/AR技术^[8]解决真实模具使用的问题，降低教学成本，提升教学效率。在虚拟的教学环境下，将知识内容进行模拟，在模拟的环境中进行授课和联系。有的基于Unity 3D虚拟现实平台进行开发，采用人机交互的教学模式，实现仿真教学系统，并能够介绍系统的结构、功能及关键技术，实现模具工艺的虚拟可视化，具有一定的教学参考价值^[9]。

这些教学方法和思路为面向一流专业建设中的模具设计课程的教学改革提供了极大的参考。同时考虑到本专业的机制课程中模具课程仅作为一个选修方向课程，课程教学时间有限，如何在较短的教学学时中让学生建立起模具行业的知识体系，是具设计教学改革重点思考的问题。

3 模具设计课程教学改革手段

（1）结合课程思政的契机，将大世界的背景，“制造强国”“智能制造”这样的概念潜移默化地融入课程教学中，让学生树立宏达的理想，明白模具专业在整个国民制造业的作用和地位，从大处克服模具专业陈旧“老套”的负面心理。同时在知识点讲解中，融入思政内容。比如，在讲授模具的各种结构件的导柱导套布局形式时，启发学生展开联想，揉合“四梁八柱”的观点，给予学生具象化的思维，增强其感性认识。

（2）整体考虑模具课程体系的教学内容，思考加工后在复习阶段提炼精华教授给学生，引导其思考、分析、提炼前后课程内容间的关系，并进行总结。如在介绍冲压模具的冲裁模具、弯曲模具和拉深模具的结构特点时，注意前后对应，让大家多思考各种类型的模具结构间的异同点，以及造成这些异同点的原因，让学生勤于思考与总结。

（3）同专业教学体系中的其他课程教师展开教研活动，明确学生在开始学习这门课程时已经掌握的知识点与欠缺的内容，在课程教学中有意识地进行补充。在课程实训、下厂实习等教学环节中，留意周边企业中的模具运用较多的企业，如相关的汽车灯饰厂使用的车灯模具等，让学生清楚模具知识在各类行业中的广泛应用。

（4）采用增强现实的手段开展模具类课程教学实训环节的改进。基于自制实验设备研制的支持和开放选修实验的支撑，参考文献中的一些思路^[10]，结合科研中涉及的视觉基础积累，开发增强现实模具教学拆装平台。利用声、光、电的手段吸引学生积极参与到实践环节。同时将一些实例在课堂上进行有针对性的讲授。结合预习报告检查、实验过程监督等手段，让学生在较短的时间内能够真正融入模具设计制造体验中，提高其实验参与度。

（5）参考工程认证平台的建设，对模具设计的考核手段进行改进。在考核内容上，适当减少固定的客观知识点考核内容，增加灵活运用课程知识等综合性的考核内容。多出简答、计算、分析、设计类的题型，提高学生灵活运用知识的能力，举一反三，实现对学生解决问题的综合工程实践能力的考查。同时减少课程综末的分数比重，增加平时作业、实践环节的分数比重，切合工程认证的以学生为中心，成果导向、过程保障为核心的教学质量观。

4 增强现实辅助的案例式教学手段应用

在自制实验设备项目的支持下，针对传统模具拆装教学方法的不足，构建了信息投影辅助模具拆装教学平台，分析基于增强现实模具装配实验教学平台的特点，建立了系统框架^[11]。平台的建立需要考虑投影素材管理功能、可视化表达功能（包括图片、动画、三维模型、文字等）、语音引导功能、人机交互功能、位姿注册功能（包括装配现场图像采集、手势图像采集）等。将真实装配现场与虚拟装配信息相结合，实现对装配教学的指导。具体功能分布如图1所示。

将模具各部件进行分块分类，形成拆装过程信息列表，并使用XML文件进行项目式管理（如图2所示）。在研究了模具素材管理、信息投影与位姿注册和实体按键交互等功能后，基于MFC和OpenGL，开发形成了平台系统，并具有扩展性，可方便拓展其他类型的模具拆装。图3所示为模具拆装某一步骤的实际展示。步骤的信息投影到工作台上，需要拆装的位置也展示到模具实体上，并且显示了该步骤装配动作的动画。为了吸引学生参与，平台同时具有简单手势交互和实体按键及语音引导提示功能。

采用本文平台建设和教学改革后，学期课程的同学参与度明显提升，除由于考研等特殊原因带来的实验教学调整外，学生全员参与了实验环节，同时主动性提升，师生互动增加。

5 结语

信息技术与课程教学融合是未来发展的趋势，虚拟现实、增强现实是交互的新型方式，本文在调研各类模具教学方法和思路的基础上，分析目前传统模具教学的不足，积极探索课程思政方法，通过增强现实的案例式教学融入模具设计课程教学，取得了一定的效果，具有参考价值。同时增强现实等新型技术是一个不断进步升级的过程，模具设计课程教学也将不断改进，持续改进教学模式，提高教学质量，完成教学目标。

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