“六说”《材料成型数值模拟技术》课程

张肖肖 张 俊 孙肖霞 王星星

(宿迁学院机电工程学院 江苏 宿迁 223800)

引言

课程是人才培养的基本单元，课堂教学质量直接关系到人才培养的质量，任课教师是课程建设的直接负责人，教师要了解自己所授课程的基本情况，把握好自己所授课程在课程体系中的位置，教学目标、教学内容(含课程思政)、教学方法、教学手段与考核评价，要与课程特点和人才培养要求吻合，为实现培养目标服务。“说课”是教师从教育理论的高度对课程在培养方案中的定位以及教学过程的设计与实施等环节进行解读，其核心是要说明“教什么、怎么教、为什么这么教”的问题[1]。本文以《材料成型数值模拟技术》课程为例，围绕各个指标点展开“六说”[2]。

1 课程概况

《材料成型数值模拟技术》是材料成型及控制工程、机械设计制造及其自动化(模具设计)(专转本)专业的一门专业选修课(32学时、2学分)，结合本专业的培养目标之一(注塑模具工程师)，本课程主要是以介绍Moldflow软件为主的理实一体化课程，机电学院配备有专业的成型过程模拟实验室，为本课程的开展奠定了硬软件基础。

本课程内容主要包括限元仿真及成型仿真基础、注塑成型CAE操作技能、模流分析及方案优化三个方面，主要以注塑成型工艺设计与优化为主线，将学生前期已修的成型工艺与模具设计、材料科学基础等课程的理论知识与实践应用相融合，将专业技能、工匠精神以及职业素质培养相渗透，主要采用项目化、案例式教学方法进行线上线下混合教学，考核评价形式由团队作业、阶段性考核、线上学习、期末考试(闭卷机考)共同组成。

2 “六说”指标点

2.1 课程对人才培养目标、毕业要求、学校定位的支持度

《材料成型数值模拟技术》课程主要讲授塑料成型流动、保压过程中压力场、温度场和应力应变场的模拟，用于流道、冷却水路以及模具结构的分析与优化，以此减少修模次数并降低模具报废率[3]，是一门与模具企业实际设计生产紧密结合的课程，因此本课程契合学校培养应用型人才的办学定位。

通过本课程的学习，学生应达到以下4个方面的目标：了解材料成型数值模拟(CAE)软件的发展历程、技术基础和前沿科技，具有高度的职业认同感和使命感，并理解工程师需承担的责任；熟悉一种行业常用的CAE软件，掌握其专业模块的操作流程和技能，并熟练运用其完成不同工艺条件下的复杂制件成型过程仿真；能够对材料成型方案的合理性及可行性进行正确评估，针对成型缺陷问题，自主查阅文献和研究分析，应用材料成型及相关理论基础知识，制定和优化创新成型工艺方案；能够增强自主学习能力、团队协作意识及有效的沟通和交流能力。

以上4方面课程目标的达成可有效支撑包括问题分析能力、研究能力、使用现代工具能力、终身学习能力等4方面的毕业要求。根据课程教学目标要求，经过同行企业专家、校内学科专家和课程教学团队共同研讨制订了课程教学内容及学时分配方案，如表1所示。

表1 各教学内容学时分配表

2.2 课程在培养方案课程体系中的定位

本课程目前在大三下学期与《模具CAD/CAM技术》等课程协同开展，构成了模具计算机辅助设计制造课程群，本课程的先修课程为《塑料成型工艺与模具设计》、《高分子材料基础》等专业课，各课程间深度融合可提升学生的综合技能和素质，为后期的生产实践和毕业设计夯实基础。

2.3 课程OBE教学改革实施情况

以OBE教育理念持续对本课程开展教学改革，相关举措已到校级立项资助(项目号：SQU2022JGYB08)。以培养学生解决企业工程实践问题的能力为产出导向，以学生为中心组建学习团队，利用项目教学方法将课程与企业实际设计生产有机结合起来，将知识点穿插在预先设计好的项目任务中，调动学生学习的主动性，提高学生自主探索的积极性，培养学生的学习兴趣、钻研精神、团队合作意识以及动手解决问题的能力，学生通过实战演练从探索过程中汲取知识点并巩固所学知识，尽早适应企业实际设计生产过程[4]。

2.4 课程思政实施情况

课程六大核心内容均包含课程思政元素：有限元仿真及成型仿真基础教学过程中，引导学生用发展的眼光看待问题，用改革创新的办法解决问题；Moldflow软件简介与模型简化教学过程中，融入化繁为简、以简驭繁的思想；网格划分与诊断修复教学过程中，教导学生要循序渐进、一步一个脚印的稳步推进；几何建模教学过程中，培养学生细心观察的能力；成型工艺设置教学过程中，培养学生多方位、多角度分析问题的能力；模流优化分析教学过程中，培养学生精益求精的工匠精神。

2.5 观摩课程教学设计

为清晰表述课程教学设计方案，本文以2学时的注塑成型仿真基础课堂教学为例，对教学目标、教学重难点、教学实施过程等环节进行展示。本次课的教学目标主要是：明确课程的学习背景、学习方法及合格的模流分析工程师应具备的知识；理解有限元法的基本思想、特点及分析流程；掌握循序渐进的学习技能，具备发展的眼光看问题能力和创新能力。教学重点是：成型仿真的意义；分析流程。教学难点是：有限元法的底层数学逻辑；有限法与注塑工艺及模具设计制造的有机结合。本次课主要借助多媒体课件和学习通APP进行启发式教学。教学设计与过程思维导图如图1所示。课后对本次课进行总结反思，撰写教后感：学生对利用有限元法优化注塑成型工艺、减少模具设计制造周期的方法很感兴趣；学生大多领悟了有限元法“由繁化简”的基本思想；结合适合图例的方法激发了学生的学习兴趣；学生对有限元法的数学底层逻辑不是很清楚，以后的课中，可以适时补充。

图1 教学设计与过程思维导图

对于后续的30学时教学内容，主要采用项目式教学法[5]，教学设计与实施步骤为：5分钟回顾上节课内容，以提问形式与学生进行互动，采用启发式教学法引入新课程内容，并将之以内容提要的形式展示给学生，每节课通常包含5～8个教学案例，接下来的65分钟，教师演示每个案例，学生动手操作，并实时提交软件界面截图，教师根据学生的掌握情况调整教学进度，演示教学环节结束后利用5分钟时间进行总结教学，剩下15分钟进行随堂测试，测试内容为本次课演示案例的综合提高题。

2.6 课程资源建设

该课程所在模具设计与制造教学团队已在“学习通”APP建设了课程资源共享互动平台[6]，其中涵盖教案、章节内容、视频资料、PPT、讲稿、通知、作业、考试、讨论、学习统计等资源模块，为师生提供了便利的在线学习、互动渠道。

2.7 课程教学方法与手段的创新

课堂教学以学生为主体进行项目式教学，教师导学辅助学生分组学习，使得教学过程更有针对性，更直接具体，不再枯燥；在具体项目案例的分析上，适时地引导学生思考并发现问题，培养学生独立分析的能力；在项目进行中积极引导学生把任何一个问题都从工程实际出发，探讨问题的实际意义；应用软件处理材料成型问题中，要求学生对每一种处理的方法给出理由，要求学生思考模型的简化、参数的设置是否基于工程实际，对数值模拟结果的误差产生多大影响，模拟结果对工程实际有多大指导意义等问题。

2.8 课程目标达成情况及持续改进机制的建立

本学期，该课程已开展16学时，进程过半，从学生课堂表现、随堂测试以及课后作业等情况可知，本课程已完成了现阶段的既定目标，即：学生了解了模具CAE的发展历程、技术基础和前沿科技，初步形成了职业认同感和使命感，理解了工程师需承担的责任；熟悉了CAE商业软件moldflow，初步掌握了各模块的操作流程和技能，能够初步运用其完成不同工艺条件下的塑件成型过程仿真；能够对材料成型方案的合理性及可行性进行初步评估；学生自主学习能力等到加强，团队协作意识及有效的沟通和交流能力得到锻炼。

2.9 存在的问题及对策

存在的问题：部分学生对《塑料成型工艺与模具设计》、《高分子材料基础》等先修课程掌握程度不够、理解不深，导致对本课程部分内容认识肤浅，未能做到融会贯通；部分学生未能厘清本课程与《模具CAD/CAM技术》等并行课程之间的关系，未能达到协同发展的目的；部分学生未能正确认识数值模拟方法指导工程实际问题的意义。

对策：教师在教学过程中，实时补充学生欠缺的知识内容，讲解各个知识模块的来龙去脉，帮助学生厘清各知识点间的逻辑关系；在课程的设计上，以提高学生的实践创新能力为主要目标，安排与工程实际紧密贴合的实践问题，以加深学生对各知识点的认识程度，让学生在实际问题分析中，正确认识数值模拟方法分析工程实际问题的优劣性。

3 结论

通过“六说”课程，梳理了课程建设的工作思路，促进加深了对新工科专业教育教学理念认识，提升了教育教学水平和能力，通过“六说”课程强化了对课程建设内涵的理解，全面提升了课程建设水平和专业建设水平，有助于凝练专业的人才培养特色，促进了教学过程的高质量全面发展。