培养学生解决复杂工程问题能力的《聚合物成型模具》课程设计教学改革

0 引 言

国内的工科教育已经有100多年的历史，门类齐全，体系完整，在国内各行业的发展中起到关键作用。当前全球科技的爆炸式发展，工科教育的不断变革有着自身的内在需求。由于历史原因，国内的工程教育未形成相对统一的质量认证标准，被不少专家学者认为国内工程教育水平落后。但2016年我国正式成为国际工程教育《华盛顿协议》的成员国，标志着我国工程教育标准和认证体系实现国际实质等效

。同时一系列的因素促使我国工科类院校大力开展工程教育专业认证工作，以期进一步提高工科毕业生的培养质量

。工程教育专业认证的核心是以学生为中心、产出为导向，致力于培养学生解决复杂工程问题的能力

。天津科技大学高分子材料与工程专业是较早在北方地区以培养学生橡塑加工能力为主要培养目标的工学专业，其课程体系完整，专业方向明确，涉及橡塑加工工程的材料配方、加工工艺及成型设备与模具3个模块。为适应现代科技发展趋势，提高本专业教学水平，本专业也在以国际实质等效的工程教育标准和认证体系中进行教育教学体系再建设。但由于对“复杂工程问题”的理解偏差，导致实践课程在选题、教学与考核等诸多方面与认证标准和认证体系的要求不匹配。

《聚合物成型模具》是天津科技大学高分子材料与工程专业的核心专业课，通过本课程的学习，致力于使学生了解聚合物成型模具的设计、制造、试模及应用于生产的基本过程，掌握聚合物成型模具的基本构成和原理，为从事聚合物成型模具设计及聚合物加工奠定技术理论基础。与该门课程配套的聚合物成型模具课程设计是检验学生掌握理论专业知识的关键教学工具，也是培养学生解决聚合物加工领域复杂工程问题能力的有效途径之一，是课程教学改革的重点。

他仿佛看穿了我的心思，眯着他的小眼睛对我说说，关之林，你不仅聪明，而且深沉，你比我提那些所谓的非分要求还要可怕。

现分析了《聚合物成型模具》教学环节的现状，针对目前教学环节存在的问题，阐述了聚合物成型模具课程设计改革思路及具体建设方案。通过教学改革检验学生的知识体系，锻炼学生的实践技能，培养学生的创新思维，使学生能够对高分子材料加工工程领域的复杂工程问题进行分析，并通过设计合理的方案，有效地解决复杂工程问题。

4.师生互动教学设计。基于网络教学平台的开发与使用，利用网络技术优势，根据教学目标、教学内容和任务，在课程讲授方式的设计中应当创设一定的虚拟情境，让学生有身临其境的学习体验；情境尽量靠近生活，尽量真实，以激发学生学习、探究、体验的动力。设计师生互动的几个模块和环节，甚至根据学生的即时提问，系统生成学生所需的课件网页。这种“人—机”交互或者“人—人”交互式平台，可以实现师生双方的实时沟通、交流。课后讨论的设计应当引入小组模式，实现分组合作的“学生—学生”的真实交流［6］，充分肯定学生的自主性、积极性和合作精神，从而激发学员学习的积极性，调动其探索知识的欲望，提高解决问题的能力。

1 聚合物成型模具课程设计中的“复杂工程问题”

工程教育认证标准中提到的“复杂工程问题”必须具备的7个特征

，在《华盛顿协议》中有明确表述，但并不要求本科生教育完全达到这种水平。结合与其相联系的知识框架要求及对于本科生要面对的工程能力特征描述可以看出，对于本专业聚合物成型模具课程设计的复杂工程问题应具备以下部分或全部特征。

（1）设计中需要能综合利用机械设计基础、机械加工、高分子材料成型工艺及成型设备中所学习的基本原理和方法，全面系统地思考才能解决的问题，具有复杂性，如型腔壁厚的确定涉及力学强度、刚度、材料溢边值属性、成型工艺条件等。

（3）与大多数课程设计传统的考核方式一样，聚合物成型模具课程设计的成绩主要是针对课程设计说明书及图纸进行评阅给分，考核方式单一，考核标准粗糙，缺乏对课程设计过程的考核，如设计过程中的讨论情况、对教师质疑应答情况等均不能体现。

（3）能够以新颖的方式创造性地运用工程原理和基于研究的知识，如热管技术用于模具冷却、齿轮齿条机构用于模具开模、侧型芯抽芯、叠层模具开模等，是对基础原理进行新的应用即创新。

*通信作者:林岚 (1971— )，女，福建漳州人，教授，博士，主要从事休闲及旅游地理研究，(E-mail)linlancn@163.com。

（4）问题涉及技术之外对健康、社会和环境的因素，如热流道模具要考虑模具的安全性、了解模具节能技术等。

（5）问题能够促进学生对基础原则问题的认知，如注射模平衡流道的基本原则，可以应用在大型挤出模开发中，减轻模具质量。

塑料加工企业及模具企业对模具设计人才的技能初级要求是能够结合客户需求，在独立状态下制定满足客户需求的性能、成本及可靠性最佳的模具方案，能够进行零部件设计和验证。结合上述5点特征，聚合物成型模具课程设计任务书内容适合培养本专业学生解决复杂工程问题的能力，而要使学生具备解决复杂工程问题的能力，其关键是教学设计、教学过程控制、考核方式的改革与实现。

2020年3～9月在天津科技大学对高分子材料与工程专业2017级本科生开展了《聚合物成型模具》课程设计改革实践，按上述要求提出的聚合物成型模具课程设计任务书，共计102名学生进行了聚合物成型模具课程设计，实施过程如下。

2 聚合物成型模具课程设计存在的问题和解决方法

2.1 存在的问题

（2）细化课程设计任务描述，加强对工程问题复杂性、系统性、创新性的内容要求。在以聚合物成型模具设计为核心内容的同时，将制品特征修改、模具经济性分析、材料选择、模具制造和制品成型工艺作为模具课程设计要考虑的辅助因素，形成一个集制品设计、模具方案设计、模具生产应用等多种知识的复杂工程问题，全面考察学生多门专业课知识的掌握情况，培养学生解决复杂工程问题的能力。

（1）人员分组。为了项目完成并达到质量要求，拟定5～6人为一组，分成20组，每组选出组长一名，负责聚合物成型模具课程设计纪要的记录和整理工作。

（2）涉及多方面的技术、工程和其他因素的综合性问题，如模具型腔数与注塑机选择要考虑产量、模具结构要考虑制品结构和成型工艺等，具有综合性、系统性。

2.2 解决方法

浙江省水功能区划修编案例分析与关键问题探讨…………………………………………………… 蔡临明(17.44)

（1）改变课程设计教学进程安排，在《聚合物成型模具》理论课程的教学之初，对学生分组，分配设计制品和下达设计任务书。一方面促使学生在基础知识学习的过程中结合设计任务并带着问题学习，提高学生学习专业课的积极性，便于实现设计交互式教学；另一方面实际上延长课程设计的指导，增加学生对课程设计的思考，促进创新方案的形成。

本次研究结果显示，观察组患者治疗效率96.15%显著高于对照组82.69%，差异有统计学意义（P＜0.05）。这说明，无论是药物治疗还是PCI手术介入治疗，对于改善冠心病心绞痛患者临床症状都有一定的效果，但PCI介入手术的疗效更加。本组研究PCI采用适用于高龄冠心病患者的介入治疗方法，在常规药物治疗基础上，以改善患者心肌缺血再灌注情况，稳定患者病症，为手术治疗提供良好的基础。

（1）教学设计过程中，课程教学和课程实践时间衔接不紧。聚合物成型模具课程设计的课时是3周，课程设计是在理论教学完成后的第二学期。按照传统教学模式，课程设计任务都是在课程设计教学时间中安排，即在理论教学完成后再布置课程设计任务，给学生的印象是理论是理论，实践是实践，二者融合不充分，衔接不紧密。

为了培养学生的团队合作精神，需要对一个工程问题进行合作解决，在课程设计任务中，对同一组的相同制品，要求学生在制品局部结构特征、材质、质量、性能、成型模具方案等具有2个方面以上的不同，保证不同学生之间的设计任务具有较高的区分度，避免部分学生不认真完成课程设计。

针对聚合物成型模具课程设计教学环节存在的问题，基于培养学生解决复杂工程问题能力的基本理念，也为实现指导过程的系统化

，提出以下教学改革方法。

（3）改变教学大纲中的考核方式，加强课程设计的过程考核，以适应工程认证和学生复杂工程问题能力评价的客观性和全面性。对于课程设计的考核方式，除了对课程设计说明书及图纸进行评分外，要求每组同学选择一名组长，每天记录本组同学的课程设计活动，包括相互讨论所提问题、同学见解、教师指导过程中发现的问题、修改情况、答辩时教师所提问题及合作作答情况等，最后形成聚合物成型模具课程设计纪要，作为成绩考核的一部分，增强考核力度。

聚合物成型模具课程设计纪要完整、客观反应了学生进行模具课程设计的积极性、答疑次数、课程设计进度等指标，有利于契合工程认证标准体系中的过程控制要求。

3 聚合物成型模具课程设计改革实施及成效

聚合物成型模具课程设计应用上述方法，开展实践教学，通过对学生毕业设计情况检查及座谈会反馈，分析教学改革的成效。

3.1 项目实施过程

资产证券化可以有效的将缺乏流动性的资产和个人的资产转变为可以在金融市场上交易的高流动性金融商品。通过资产证券化这个手段，发起人可以补充资金，进行其他的经济活动。对于流动性较差的资金，可以通过资产证券化来实现提高其流动性，从而成为可以在市场流通的证券，这样通过这种方式可以增加融资方式，提高融资能力，有利于资产的流通，进而促进实体经济的发展。

（2）模具课程设计任务描述不详细，题目区分度不高，不能促进学生创新模具设计。尽管模具课程设计具有复杂工程问题的特征，但由于学生的思维惰性，对于同一制品不愿意提出多种可行的模具方案进行优化比较，其主要原因是考核内容中只针对学生的设计——一个设计结果进行评分。尽管为了一人一题，要求同学对同一制品采用不同材料或不同型腔数进行模具设计，但部分同学不认真开展课程设计工作，将同组进度快的同学的设计进行数值微调即作为完成自己的任务。

20世纪70年代后期，产品内分工迅速发展，并已成为当今国际贸易分工的主要形式。从理论上来讲，产品内分工形式主要是比较优势理论的进一步深化，体现在从标准贸易理论最终产品的生产延伸到产品的某一中间生产环节上。在这种分工贸易形式下，一国的贸易结构、贸易流向以及贸易额等方面都发生了重要改变。此时，传统的贸易利益内涵也发生了改变，由狭义的贸易利益向广义的贸易利益转变，即动态贸易利益分配问题。笔者也着重从此分工形式来说明分工与贸易利益争议的研究情况，因为作为占据中国贸易总量一半以上的加工贸易，从本质上看，不仅呈现了典型的产品内分工特征，而且是我国贸易顺差的重要来源。

（2）任务下达。分配每组同学不同行业企业赠送的塑件制品1件，要求学生在进行设计题目拟定时从制品的局部结构特征、材质、质量、性能等方面有所区别并在课程设计题目上体现，不能雷同；确定模具方案时，明确要对不同子系统技术特征、对环境、安全、环保的影响、经济效益有详细分析说明等，并经过教师与学生讨论，确定一个较优方案以进一步实施。

分别对分子量100 kDa、30 kDa、10 kDa超滤膜超滤所得截留液以及滤过液进行蛋白质含量测定，结果显示，10 kDa和30 kDa超滤膜对蛋白质的脱除率分别为70.81%和77.62%，100 kDa超滤膜对蛋白质的脱除率最高，达82.21%。随着超滤膜分子量的增大，蛋白质去除率提高。这是由于实验中用于超滤的灵芝子实体多糖溶液是经过纤维素酶和蛋白酶复合酶解灵芝子实体所得，因此较其他提取方法所得粗多糖溶液，酶解液中含有相对较多的游离小分子蛋白质。

（3）聚合物模具复杂工程问题分解，确保其包括：①任务制品特征分析与改进；②模具应用特征确定，主要包括工艺、型腔数或产量、成型设备选择；③模具方案及分系统设计，以注射模为例，包括浇注系统、成型零部件、导向机构、脱模机构、冷却系统等；④进行经济性、人文环境因素等分析；⑤编写体现方案创新、基本原理应用、产生新经验的设计说明书，绘制相关图纸。

（4）实现方法。根据聚合物模具课程设计的特点，要求学生参照《聚合物成型模具》教材、电子文献检索、模具案例参考书和模具教具进行方案设计；模具利用机械平面绘图软件进行绘图，详细标注技术特征和要求；通过文献调研，参考参观实习实践所掌握的知识对经济、环境、安全、健康等非技术因素进行分析。

（5）评分标准。设计说明书撰写占40%，图纸占40%，聚合物成型模具课程设计纪要占20%（即平时成绩含答辩、分组讨论等，这部分主要体现过程考核

）。

3.2 项目实施效果

经一轮教学实践后，通过对学生设计说明书、图纸及聚合物成型模具课程设计纪要等综合评估后发现，学生的设计水平和对工程对象的理解得到了提高，从学生座谈反馈可知，学生的优良满意度提高了5%，学生建议将纪要成绩占比提高到40%。

4 结束语

根据工程教育专业认证标准，对专业课程进行教学改革，是提高毕业生培养质量的有效途径。《聚合物成型模具》是高分子材料与工程专业的核心专业课，与之配套的课程设计对于学生解决问题能力的培养至关重要。对聚合物成型模具课程设计进行教学改革，提出了合理的改革建设方案。实践表明，改革后的聚合物成型模具课程设计方案能够全过程检验学生解决聚合物成型模具复杂工程问题能力，为学生胜任高分子材料成型工程领域的聚合物成型模具工作奠定基础。

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