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摘要:

“模具設(shè)計(jì)與制造”課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)選修課程。為培養(yǎng)學(xué)生模具設(shè)計(jì)和模具制造的能力，解決課程學(xué)時(shí)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(xiàng)目訓(xùn)練相結(jié)合的項(xiàng)目教學(xué)法，運(yùn)用多媒體動(dòng)畫、模具實(shí)物、現(xiàn)場(chǎng)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(jì)步驟，逐步引導(dǎo)學(xué)生實(shí)施項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的項(xiàng)目意識(shí)和模具設(shè)計(jì)能力。實(shí)踐表明，項(xiàng)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(jì)與制造;項(xiàng)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(diǎn)在各工業(yè)部門得到廣泛使用。為了滿足工業(yè)部門對(duì)模具設(shè)計(jì)與制造人才的需要，在高等教育大眾化教育的今天，各個(gè)教育部門都十分重視模具設(shè)計(jì)與制造應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，要求設(shè)計(jì)人員面對(duì)實(shí)際項(xiàng)目和問題，具有完成實(shí)際項(xiàng)目和解決實(shí)際問題的能力?！澳＞咴O(shè)計(jì)與制造”課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)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(diǎn)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，講完模具結(jié)構(gòu)部分再講制造部分。課程學(xué)時(shí)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(shí)，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(jìn)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?jiān)嚲磔喐叩?，教材上各種知識(shí)點(diǎn)以選擇、判斷、填空和簡(jiǎn)答題形式進(jìn)行考核。學(xué)生學(xué)完課程后仍然不知道如何進(jìn)行具體的模具設(shè)計(jì)，未將設(shè)計(jì)理論知識(shí)和具體的模具設(shè)計(jì)過程同步地聯(lián)系起來(lái)。面對(duì)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(xiàng)目教學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生的項(xiàng)目意識(shí)和實(shí)際動(dòng)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(jì)與制造”的教學(xué)質(zhì)量。

本文主要討論項(xiàng)目教學(xué)法的應(yīng)用。項(xiàng)目教學(xué)法來(lái)源于歐洲的工讀教育和美國(guó)的合作教育。項(xiàng)目中包含多門課程的知識(shí)，教師將課程體系中的知識(shí)、職業(yè)素養(yǎng)和技能融合到課程項(xiàng)目中。項(xiàng)目教學(xué)法以項(xiàng)目為載體講授教材中所涉及的知識(shí)，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(shí)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(jì)、方案實(shí)施和項(xiàng)目評(píng)價(jià)，在整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)程中學(xué)習(xí)多門課程的知識(shí);以學(xué)生為主體，師生模擬企業(yè)環(huán)境以一個(gè)完整的項(xiàng)目為載體;以具體的工作任務(wù)為驅(qū)動(dòng)、理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)活動(dòng)。在項(xiàng)目教學(xué)中，其目的在于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立學(xué)習(xí)能力、自學(xué)能力、獨(dú)立解決項(xiàng)目能力和學(xué)生之間協(xié)作、交流能力［3－4］。

1項(xiàng)目教學(xué)法目標(biāo)

對(duì)于機(jī)械類學(xué)生而言，在實(shí)施“模具設(shè)計(jì)與制造”課程項(xiàng)目教學(xué)時(shí)，要求學(xué)生具備良好的機(jī)械制圖、材料力學(xué)、公差與配合等專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，有機(jī)械加工方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，要能將理論知識(shí)與實(shí)踐技能有機(jī)結(jié)合。模具設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)軟件的能力;擁有良好的邏輯思維能力，可以讓模具設(shè)計(jì)師減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤，將問題消滅在初始階段，減輕設(shè)計(jì)工作量，提升工作效率［5］。

2項(xiàng)目教學(xué)法任務(wù)和選題

“模具設(shè)計(jì)與制造”包括沖壓模具設(shè)計(jì)和模具制造兩部分，內(nèi)容多而學(xué)時(shí)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(jì)、彎曲工藝及其模具設(shè)計(jì)、拉深工藝、模具設(shè)計(jì)以及其他沖壓成形工藝。由于學(xué)時(shí)有限，項(xiàng)目?jī)?nèi)容只限于沖裁工藝及其模具設(shè)計(jì)，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(jì)。彎曲工藝及其模具設(shè)計(jì)、拉深工藝及其模具設(shè)計(jì)僅以項(xiàng)目講解的形式進(jìn)行，學(xué)生無(wú)需進(jìn)行相應(yīng)的模具設(shè)計(jì)。沖壓模具設(shè)計(jì)主要內(nèi)容為沖裁件模具設(shè)計(jì)、彎曲件模具設(shè)計(jì)、拉深件模具設(shè)計(jì)及其多工序組合的復(fù)合模、級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)?！澳＞咴O(shè)計(jì)與制造”課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)選修課，學(xué)生對(duì)機(jī)加工知識(shí)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(lái)講解。項(xiàng)目實(shí)施時(shí)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(jì)相關(guān)理論和步驟，學(xué)生再結(jié)合項(xiàng)目進(jìn)行訓(xùn)練。通過教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生掌握模具設(shè)計(jì)的基本步驟、設(shè)計(jì)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(shí)，基本上能設(shè)計(jì)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(shí)際課題雖有代表性，但對(duì)初學(xué)模具設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)有一定的難度，因此選擇一些2－4個(gè)工序組合的簡(jiǎn)單零件為佳。

3項(xiàng)目教學(xué)法實(shí)施

結(jié)合學(xué)生的實(shí)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(gè)典型沖壓件，一般以簡(jiǎn)單零件為主，模具結(jié)構(gòu)多為中小型模具，每個(gè)題目對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)步驟大體相同。如果每人一個(gè)題目，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)難度較大。學(xué)生初次遇到模具設(shè)計(jì)會(huì)無(wú)從下手，因此，選擇一個(gè)簡(jiǎn)單零件的模具設(shè)計(jì)過程作為教學(xué)講解內(nèi)容，既能節(jié)省教學(xué)時(shí)間，又能引導(dǎo)學(xué)生快速熟悉模具設(shè)計(jì)的過程和步驟。每2學(xué)時(shí)采用小組任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行教學(xué)，組長(zhǎng)根據(jù)總?cè)蝿?wù)分配組內(nèi)每個(gè)學(xué)生的具體任務(wù)。任務(wù)進(jìn)度由組長(zhǎng)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(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。要求每組學(xué)生完成模具裝配圖一張，每個(gè)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(jì)后對(duì)本節(jié)課所完成的任務(wù)進(jìn)行書面總結(jié)，每組最后完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份。

本課程項(xiàng)目教學(xué)首先講解落料沖裁件的單工序模設(shè)計(jì)步驟，然后完成一個(gè)多工序的模具設(shè)計(jì)，即進(jìn)行復(fù)合模和級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)步驟的講解。按照沖裁模設(shè)計(jì)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(jì)內(nèi)容。學(xué)生逐步了解模具結(jié)構(gòu)和模具設(shè)計(jì)過程，在聽講時(shí)思考自己的題目該如何完成。教師講解本節(jié)課設(shè)計(jì)內(nèi)容后，學(xué)生根據(jù)題目進(jìn)行模具設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)演練，自己動(dòng)手計(jì)算和設(shè)計(jì)。教師逐步引導(dǎo)學(xué)生從模仿到獨(dú)立設(shè)計(jì)，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜逐步完成設(shè)計(jì)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(gè)別問題，先提示學(xué)生參考教材的某個(gè)章節(jié)內(nèi)容，如果還是無(wú)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(jì)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(jì)落料外形和沖孔的單工序模，然后設(shè)計(jì)圖1(b)零件的復(fù)合模和連續(xù)模。在學(xué)生設(shè)計(jì)過程中穿插理論知識(shí)講解，按照沖裁模設(shè)計(jì)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(dòng)畫、模具實(shí)物等由淺入深逐步講解模具結(jié)構(gòu)和模具設(shè)計(jì)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(dòng)作過程表述清楚。通過多媒體、三維軟件和動(dòng)畫展示模具結(jié)構(gòu)及其組成部分，展現(xiàn)模具動(dòng)作原理和過程，提供動(dòng)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(diǎn)內(nèi)容變得簡(jiǎn)單易懂，很容易講清楚復(fù)雜的模具結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理，提高了教學(xué)效果和教學(xué)效率，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)在時(shí)間和空間等方面的不足。講解時(shí)采用啟發(fā)式、互動(dòng)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(dòng)態(tài)教學(xué)。組織學(xué)生對(duì)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(dòng)學(xué)生，使學(xué)生跟著教師的思路，發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，積極分析和解決問題。項(xiàng)目實(shí)施步驟按照沖壓模具設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行。

3．1分析沖壓件的工藝性，確定工藝方案借助多媒體、動(dòng)畫等說(shuō)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(duì)本組所給零件分析其沖壓工藝性，對(duì)于多工序模至少給出三套沖壓工藝方案，然后進(jìn)行綜合比較和分析，確定出經(jīng)濟(jì)合理的工藝方案和毛坯形狀、尺寸和下料方式。例如對(duì)于圖1零件來(lái)說(shuō)，雖然該沖壓件的結(jié)構(gòu)形狀比較簡(jiǎn)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(qiáng)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(duì)于圖1(a)零件的單工序模設(shè)計(jì)，僅有落料工序，排樣采用直排方式;而對(duì)于圖1(b)零件的多工序模設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，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(jí)進(jìn)模。學(xué)生學(xué)會(huì)單工序模設(shè)計(jì)后，對(duì)于復(fù)合模來(lái)說(shuō)，只是在同一工位上完成多道工序，相當(dāng)于多個(gè)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(duì)于級(jí)進(jìn)模來(lái)說(shuō)，不在同一位置的單工序組合即為級(jí)進(jìn)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(gè)循序漸進(jìn)的過程，學(xué)生學(xué)習(xí)相對(duì)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(dòng)畫演示模具的動(dòng)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(duì)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(jì)先從簡(jiǎn)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(jì)出復(fù)合模和級(jí)進(jìn)模。無(wú)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(huì)了簡(jiǎn)單沖裁模設(shè)計(jì)，參考設(shè)計(jì)手冊(cè)和圖冊(cè)即可設(shè)計(jì)其他復(fù)雜多工序類型的模具。

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

3．4選擇壓力機(jī)選擇壓力機(jī)必須考慮壓力機(jī)的安裝空間、壓力機(jī)工作臺(tái)面尺寸和壓力機(jī)模柄孔尺寸(有模柄時(shí)需考慮)。選擇的壓力機(jī)必須符合模具閉合高度的要求，考慮壓力機(jī)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(jī)的工作臺(tái)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(guó)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(jì)說(shuō)明書，進(jìn)行必要的組內(nèi)答辯。

4項(xiàng)目教學(xué)考核評(píng)價(jià)

學(xué)生完成項(xiàng)目后上交模具裝配圖、若干零件圖和說(shuō)明書，由組長(zhǎng)陳述本組模具設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，其他組內(nèi)同學(xué)予以補(bǔ)充。項(xiàng)目評(píng)價(jià)首先制定出詳細(xì)的評(píng)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(jì)算是否正確，壓力機(jī)選擇是否正確、說(shuō)明書條理是否清楚等內(nèi)容，組內(nèi)學(xué)生先自己按照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)分，然后組長(zhǎng)給組內(nèi)各成員評(píng)分，組長(zhǎng)由教師評(píng)分。答辯時(shí)按照制圖規(guī)范針對(duì)圖紙上的進(jìn)行點(diǎn)評(píng)、當(dāng)面修改，完善設(shè)計(jì)內(nèi)容，讓學(xué)生真正理解教材內(nèi)容。根據(jù)答辯成績(jī)、成員自評(píng)分和組長(zhǎng)評(píng)分決定最終成績(jī)。項(xiàng)目評(píng)價(jià)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(shí)間上的廣闊空間，鍛煉了學(xué)生的語(yǔ)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(tuán)隊(duì)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(jī)械工程學(xué)院