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摘要:

“模具設(shè)計與制造”課程是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的專業(yè)選修課程。為培養(yǎng)學(xué)生模具設(shè)計和模具制造的能力，解決課程學(xué)時少、內(nèi)容繁多、枯燥難懂的問題，采用以學(xué)生為主體、教師講解和學(xué)生項目訓(xùn)練相結(jié)合的項目教學(xué)法，運用多媒體動畫、模具實物、現(xiàn)場教學(xué)等教學(xué)手段由淺入深逐步講解模具結(jié)構(gòu)和模具設(shè)計步驟，逐步引導(dǎo)學(xué)生實施項目，培養(yǎng)學(xué)生的項目意識和模具設(shè)計能力。實踐表明，項目教學(xué)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞:

模具設(shè)計與制造;項目教學(xué)法;教學(xué)效果

模具是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要生產(chǎn)裝備和工藝發(fā)展方向，模具成形具有高生產(chǎn)率、高精度、低成本等特點在各工業(yè)部門得到廣泛使用。為了滿足工業(yè)部門對模具設(shè)計與制造人才的需要，在高等教育大眾化教育的今天，各個教育部門都十分重視模具設(shè)計與制造應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，要求設(shè)計人員面對實際項目和問題，具有完成實際項目和解決實際問題的能力。“模具設(shè)計與制造”課程是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)選修課，目的是使該專業(yè)的學(xué)生能熟悉模具零件的結(jié)構(gòu)及其制造方法。傳統(tǒng)的教學(xué)方法是按照沖裁工藝及其模具結(jié)構(gòu)、彎曲工藝及其模具結(jié)構(gòu)、拉深工藝及其模具結(jié)構(gòu)等內(nèi)容講授各類模具的結(jié)構(gòu)特點和設(shè)計要點，講完模具結(jié)構(gòu)部分再講制造部分。課程學(xué)時少而內(nèi)容繁多、枯燥難懂，該專業(yè)的學(xué)生沒有前期模具方面的知識，傳統(tǒng)的填鴨式滿堂灌教學(xué)方法容易使學(xué)生學(xué)習(xí)吃力，進而產(chǎn)生厭學(xué)情緒，達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果［1－2］。而課程考核僅僅憑一張試卷輪高低，教材上各種知識點以選擇、判斷、填空和簡答題形式進行考核。學(xué)生學(xué)完課程后仍然不知道如何進行具體的模具設(shè)計，未將設(shè)計理論知識和具體的模具設(shè)計過程同步地聯(lián)系起來。面對所存在的問題，筆者改革傳統(tǒng)教學(xué)方法，通過精選典型題目，采用項目教學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生的項目意識和實際動手能力，取得了較好的教學(xué)效果。在此和大家一起交流，以共同提高“模具設(shè)計與制造”的教學(xué)質(zhì)量。

本文主要討論項目教學(xué)法的應(yīng)用。項目教學(xué)法來源于歐洲的工讀教育和美國的合作教育。項目中包含多門課程的知識，教師將課程體系中的知識、職業(yè)素養(yǎng)和技能融合到課程項目中。項目教學(xué)法以項目為載體講授教材中所涉及的知識，打破以教材、教師和課堂為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式，不再把教師掌握的現(xiàn)成知識技能傳授給學(xué)生作為追求的目標(biāo)，是以學(xué)生為主角，教師為配角，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生自己負(fù)責(zé)資料收集、信息處理、方案設(shè)計、方案實施和項目評價，在整個項目進程中學(xué)習(xí)多門課程的知識;以學(xué)生為主體，師生模擬企業(yè)環(huán)境以一個完整的項目為載體;以具體的工作任務(wù)為驅(qū)動、理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)活動。在項目教學(xué)中，其目的在于培養(yǎng)學(xué)生的獨立學(xué)習(xí)能力、自學(xué)能力、獨立解決項目能力和學(xué)生之間協(xié)作、交流能力［3－4］。

1項目教學(xué)法目標(biāo)

對于機械類學(xué)生而言，在實施“模具設(shè)計與制造”課程項目教學(xué)時，要求學(xué)生具備良好的機械制圖、材料力學(xué)、公差與配合等專業(yè)基礎(chǔ)知識，有機械加工方面的實踐經(jīng)驗，要能將理論知識與實踐技能有機結(jié)合。模具設(shè)計和模具加工工藝相互關(guān)聯(lián)，加工工藝直接影響沖壓件的生產(chǎn)效率和成本，因此，學(xué)生必須掌握加工工藝和熱處理工藝的規(guī)程;必須具有熟練應(yīng)用AutoCAD、UG或Pro/E等計算機軟件的能力;擁有良好的邏輯思維能力，可以讓模具設(shè)計師減少設(shè)計過程中的錯誤，將問題消滅在初始階段，減輕設(shè)計工作量，提升工作效率［5］。

2項目教學(xué)法任務(wù)和選題

“模具設(shè)計與制造”包括沖壓模具設(shè)計和模具制造兩部分，內(nèi)容多而學(xué)時少，必須提高效率且保證教學(xué)質(zhì)量。傳統(tǒng)的教學(xué)目標(biāo)要求學(xué)生掌握沖裁工藝及其模具設(shè)計、彎曲工藝及其模具設(shè)計、拉深工藝、模具設(shè)計以及其他沖壓成形工藝。由于學(xué)時有限，項目內(nèi)容只限于沖裁工藝及其模具設(shè)計，學(xué)生必須聽完教師的講解，逐步完成自己的沖裁模具設(shè)計。彎曲工藝及其模具設(shè)計、拉深工藝及其模具設(shè)計僅以項目講解的形式進行，學(xué)生無需進行相應(yīng)的模具設(shè)計。沖壓模具設(shè)計主要內(nèi)容為沖裁件模具設(shè)計、彎曲件模具設(shè)計、拉深件模具設(shè)計及其多工序組合的復(fù)合模、級進模設(shè)計?！澳＞咴O(shè)計與制造”課程是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)選修課，學(xué)生對機加工知識了解的比較多，特種加工也在此課程之前開過，所以加工部分僅以模具的線切割加工、編程和模具裝配為主來講解。項目實施時采用教師講解和學(xué)生訓(xùn)練相結(jié)合的方式，教師先講解設(shè)計相關(guān)理論和步驟，學(xué)生再結(jié)合項目進行訓(xùn)練。通過教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生掌握模具設(shè)計的基本步驟、設(shè)計方法和技巧、模具裝配方法和技巧以及模具加工等基礎(chǔ)知識，基本上能設(shè)計出符合沖壓成型理論的沖壓模具以及主要工作零件的加工工藝。企業(yè)的實際課題雖有代表性，但對初學(xué)模具設(shè)計者來說有一定的難度，因此選擇一些2－4個工序組合的簡單零件為佳。

3項目教學(xué)法實施

結(jié)合學(xué)生的實際情況和現(xiàn)有的教學(xué)設(shè)施，學(xué)生每5人一組，每組給定一個典型沖壓件，一般以簡單零件為主，模具結(jié)構(gòu)多為中小型模具，每個題目對應(yīng)的設(shè)計步驟大體相同。如果每人一個題目，對于初學(xué)者來說難度較大。學(xué)生初次遇到模具設(shè)計會無從下手，因此，選擇一個簡單零件的模具設(shè)計過程作為教學(xué)講解內(nèi)容，既能節(jié)省教學(xué)時間，又能引導(dǎo)學(xué)生快速熟悉模具設(shè)計的過程和步驟。每2學(xué)時采用小組任務(wù)驅(qū)動的方式進行教學(xué)，組長根據(jù)總?cè)蝿?wù)分配組內(nèi)每個學(xué)生的具體任務(wù)。任務(wù)進度由組長負(fù)責(zé)，組內(nèi)學(xué)生還可以相互討論，以培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作的能力。要求每組學(xué)生完成模具裝配圖一張，每個學(xué)生繪制老師指定的零件圖兩張，采用CAD繪圖，并給出指定零件的制造工藝規(guī)程。在完成相應(yīng)的設(shè)計后對本節(jié)課所完成的任務(wù)進行書面總結(jié)，每組最后完成設(shè)計說明書一份。

本課程項目教學(xué)首先講解落料沖裁件的單工序模設(shè)計步驟，然后完成一個多工序的模具設(shè)計，即進行復(fù)合模和級進模設(shè)計步驟的講解。按照沖裁模設(shè)計步驟展開分解為每節(jié)課的具體任務(wù)，教師每節(jié)課開始首先講解本節(jié)課設(shè)計內(nèi)容。學(xué)生逐步了解模具結(jié)構(gòu)和模具設(shè)計過程，在聽講時思考自己的題目該如何完成。教師講解本節(jié)課設(shè)計內(nèi)容后，學(xué)生根據(jù)題目進行模具設(shè)計實戰(zhàn)演練，自己動手計算和設(shè)計。教師逐步引導(dǎo)學(xué)生從模仿到獨立設(shè)計，從簡單到復(fù)雜逐步完成設(shè)計內(nèi)容，其中一些內(nèi)容學(xué)生可在課堂內(nèi)完成，其余未完成內(nèi)容在課后完成本節(jié)課所涉及步驟的內(nèi)容。遇到個別問題，先提示學(xué)生參考教材的某個章節(jié)內(nèi)容，如果還是無法解決，再統(tǒng)一講解，直到學(xué)生完全弄懂該問題為止。在教學(xué)過程中，選取如圖1所示的典型零件作為講解模具設(shè)計過程的零件。圖1(a)為單工序模零件，圖1(b)為多工序模零件。首先分組分別設(shè)計落料外形和沖孔的單工序模，然后設(shè)計圖1(b)零件的復(fù)合模和連續(xù)模。在學(xué)生設(shè)計過程中穿插理論知識講解，按照沖裁模設(shè)計步驟展開分解為每節(jié)課的具體任務(wù)。

理論講解采用多媒體、動畫、模具實物等由淺入深逐步講解模具結(jié)構(gòu)和模具設(shè)計步驟。初次接觸模具的學(xué)生感覺學(xué)習(xí)內(nèi)容繁多、枯燥難懂，傳統(tǒng)的文字信息和模具結(jié)構(gòu)二維圖很難將模具結(jié)構(gòu)和動作過程表述清楚。通過多媒體、三維軟件和動畫展示模具結(jié)構(gòu)及其組成部分，展現(xiàn)模具動作原理和過程，提供動靜結(jié)合、圖文并茂、視聽形象一體化的教學(xué)環(huán)境，使困擾多年的教學(xué)難點內(nèi)容變得簡單易懂，很容易講清楚復(fù)雜的模具結(jié)構(gòu)和動作原理，提高了教學(xué)效果和教學(xué)效率，彌補了傳統(tǒng)教學(xué)在時間和空間等方面的不足。講解時采用啟發(fā)式、互動式和提問式教學(xué)方法，改變以往的填鴨式靜態(tài)教學(xué)為動態(tài)教學(xué)。組織學(xué)生對教材中一些容易忽視和混淆的問題展開討論，以學(xué)生為主體，教師積極引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生，充分調(diào)動學(xué)生，使學(xué)生跟著教師的思路，發(fā)揮其主觀能動性，積極分析和解決問題。項目實施步驟按照沖壓模具設(shè)計步驟進行。

3．1分析沖壓件的工藝性，確定工藝方案借助多媒體、動畫等說明沖壓工藝包括哪些工藝，每種工藝有哪些工藝性要求。學(xué)生針對本組所給零件分析其沖壓工藝性，對于多工序模至少給出三套沖壓工藝方案，然后進行綜合比較和分析，確定出經(jīng)濟合理的工藝方案和毛坯形狀、尺寸和下料方式。例如對于圖1零件來說，雖然該沖壓件的結(jié)構(gòu)形狀比較簡單，沖壓工藝性符合沖裁要求，但仍然要分析其沖壓工藝性，以強調(diào)分析沖壓件工藝性的必要性和工藝性分析的內(nèi)容。對于圖1(a)零件的單工序模設(shè)計，僅有落料工序，排樣采用直排方式;而對于圖1(b)零件的多工序模設(shè)計來說，排樣仍采用直排方式，根據(jù)零件內(nèi)外形位置精度和平整度要求決定采用復(fù)合模還是級進模。學(xué)生學(xué)會單工序模設(shè)計后，對于復(fù)合模來說，只是在同一工位上完成多道工序，相當(dāng)于多個單工序的組合。在同一位置的組合即為復(fù)合模，僅考慮凸凹模壁厚、卸料、推(頂)料和同一位置上模具的裝配等問題;對于級進模來說，不在同一位置的單工序組合即為級進模，在不同工位上完成多道工序，考慮工步的定位、卸料、推(頂)料和不同位置上模具的裝配等問題，教學(xué)過程體現(xiàn)出一個循序漸進的過程，學(xué)生學(xué)習(xí)相對容易一些。

3．2確定沖裁模類型和結(jié)構(gòu)方式首先采用動畫演示模具的動作過程和工作原理，介紹常見的沖裁模類型和結(jié)構(gòu)方式。這種方法對提高教學(xué)質(zhì)量和改善教學(xué)效果，初次接觸模具設(shè)計先從簡單零件的單工序模開始，掌握最基本的模具結(jié)構(gòu)后再按工序的組合設(shè)計出復(fù)合模和級進模。無論哪種模具，其組成均由工作零件、導(dǎo)向零件、定位零件、卸料和推(頂)料零件、緊固件等組成。學(xué)會了簡單沖裁模設(shè)計，參考設(shè)計手冊和圖冊即可設(shè)計其他復(fù)雜多工序類型的模具。

3．3進行各種工藝計算該步驟為重點掌握內(nèi)容，以簡單零件舉例說明各計算內(nèi)容，從排樣設(shè)計、材料利用率計算、壓力中心計算、凸模和凹模刃口尺寸計算、外形尺寸計算，其他零件外形尺寸計算和彈性零件尺寸計算等，同時講解分開加工方法和配作加工方法。舉例計算講解后，學(xué)生對照本小組題目完成相應(yīng)內(nèi)容的計算。

3．4選擇壓力機選擇壓力機必須考慮壓力機的安裝空間、壓力機工作臺面尺寸和壓力機模柄孔尺寸(有模柄時需考慮)。選擇的壓力機必須符合模具閉合高度的要求，考慮壓力機的公稱壓力大于總的沖壓力，考慮模具的尺寸應(yīng)小于壓力機的工作臺面單邊尺寸50～70mm。

3．5繪制模具總裝圖和非標(biāo)零件圖采用CAD繪圖，按照國標(biāo)制圖標(biāo)準(zhǔn)完成模具裝配圖和非標(biāo)零件圖，給出指定零件的制造工藝規(guī)程。另外，還要編寫設(shè)計說明書，進行必要的組內(nèi)答辯。

4項目教學(xué)考核評價

學(xué)生完成項目后上交模具裝配圖、若干零件圖和說明書，由組長陳述本組模具設(shè)計的主要內(nèi)容，其他組內(nèi)同學(xué)予以補充。項目評價首先制定出詳細(xì)的評分標(biāo)準(zhǔn)，如工藝性分析的正確性、工藝方案是否正確、模具結(jié)構(gòu)是否合理、各種必要的計算是否正確，壓力機選擇是否正確、說明書條理是否清楚等內(nèi)容，組內(nèi)學(xué)生先自己按照評分標(biāo)準(zhǔn)評分，然后組長給組內(nèi)各成員評分，組長由教師評分。答辯時按照制圖規(guī)范針對圖紙上的進行點評、當(dāng)面修改，完善設(shè)計內(nèi)容，讓學(xué)生真正理解教材內(nèi)容。根據(jù)答辯成績、成員自評分和組長評分決定最終成績。項目評價在師生之間展開，學(xué)生各抒己見。這種以學(xué)生為中心的教學(xué)模式為學(xué)生提供了學(xué)習(xí)和時間上的廣闊空間，鍛煉了學(xué)生的語言能力，提升他們交流思想和看法的能力，培養(yǎng)了學(xué)生團隊協(xié)作的能力。

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作者：李興成 盧雅琳 王江濤 葛茂忠 單位：江蘇理工學(xué)院 機械工程學(xué)院