“通专融合”的材料成型类课程改革探索_韩奇钢.pdf

41-2023 年 3 月第 11 期Mar.2023No.11教育教学论坛EDUCATION AND TEACHING FORUM“通专融合”的材料成型类课程改革探索韩奇钢，梁 策，李 义，张志强（吉林大学 材料科学与工程学院，吉林 长春 130025）摘 要 “通专融合”课程体系结合了通识教育的广度与专业教育的深度，对课程改革提出了新的发展方向。与此同时，新工科对人才培养目标也提出了新要求。根据国家工程类人才的发展需求，对“先进材料塑性成形方法及设备”进行改革探索，从“通专融合”课程体系建设、新工科人才培育需求、“以学生自我成长为中心”的思维导向等方面，以学科及行业新兴技术为着眼点、国家发展需求与行业前沿科技为探索方向、提高学生创新思维为目标，开展了一系列教学改革探索。关键词 通专融合；以学生为中心；教学改革；新工科基金项目 2021年度吉林大学本科教学改革研究项目“以学生自我成长为中心的通专混合式材料成型课程闭环教学体系改革研究”（2021XYB093）；2022年度吉林大学课程思政“学科育人示范课程”项目“材料成型原理 课程思政 示范项目”（SK2022061）；2022年度吉林省高教科研课题项目“新工科背景下 材料学科 教学改革研究”（JGJX2022B10）作者简介 韩奇钢（1983），男，吉林长春人，工学博士，吉林大学材料科学与工程学院教授，主要从事材料加工研究；梁 策（1987），女，吉林长春人，工学博士，吉林大学材料科学与工程学院副教授（通信作者），主要从事材料加工研究。中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1674-9324（2023）11-0041-04 收稿日期 2022-05-25引言随着社会的高速发展，信息化、智能化体系已渗透至各行各业。高等院校作为高等人才培育的摇篮，担负着向社会输送高水平人才的重任1。人才培养的新要求，即围绕培养什么人、怎样培养人、为谁培养人这一根本性问题，坚持立德树人根本任务，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人2。这对高等教育的治学理念提出了更高的要求，高等院校针对社会发展对人才的需求，陆续推动了通识教育与专业教育相贯通的“通专融合式”课程体系，充分发挥通识教育课程的广度特性与专业课程的深度特性，将学生的“三观”培养与专业素质培养及专业技能培养相结合，形成更加健全完善的教学体系，为国家输送思想觉悟高、道德水平高、专业技能强的综合型人才。近年来，新工科建设已成为我国强国战略的重要布局，新工科的研究与实践主要涵盖了五个方面工程教育新理念、学科专业新结构、人才培养新模式、教育教学新质量、分类发展新体系3。在新工科背景下，更加注重复合型工科人才的培养。因此，结合现代化建设需求和新工科人才培养要求，完善工科类“通专融合”课程体系已成为工科院校及专业的重点改革方向。在这一体系中，授课教师应以培养综合型高水平人才为己任，课程的改革探索需要落实到每一门课程中。本文以“先进材料塑性成形方法及设备”课程的教学改革探索为例，探讨在“通专融合”课程体系和新工科要求下，材料成形类课程的改革方向。在本次改革探索中，“先进材料塑性成形方法及设备”作为典型的材料成形类专业课程，将重点探讨其授课内容与通识类课程相互衔接和结合的可行性，以及在新工科要求下的课程改革方向，在此基础上，“以学生为中心”的人才培养模式也是本次课程改革的重要探索内容4-5。结合“通识类”前导课程，实现“专业教育”的连贯性，引导学生完成自我认知、价值体系构建和知识体系整合，是本次课程改革探索的重要目标。每一名教师都应以“为国家培养具有健全人格、创新精神、卓越能力的高水平人才”为己任，这是时代赋予教师的重要使命。一、“先进材料塑性成形方法及设备”课程的“通专融合”衔接“先进材料塑性成形方法及设备”作为工科【教改创新】42-教育教学论坛2023 年 3 月专业的新兴课程，主要授课内容为塑性成形制造领域的最新科技及设备。在现有的材料成形类专业课程体系中，通识类课程和专业基础课程占据了很大部分，但是其中讲授新兴技术、行业发展前沿技术的课程并不多。学生对新技术兴趣浓厚，但囿于自身环境，既不能进入企业进行深入了解，又不能进入实验室从事科学研究，很难接触到新技术研究领域相关知识。因此，在课程体系中增加这类课程，建立社会需求与引领技术的桥梁课程非常必要。然而，由于先进技术通常是为了解决瓶颈问题，涉及行业需求、成形机理、设备开发、自动化调控、产业化能力等综合内容。因此，学生难以理解，通常需要完成学科通识课程和专业课程的学习后，才能了解基本原理和背景，开始新技术及设备的学习。怎样有效融合前导课程内容、建立整体化知识体系和相互衔接的课程脉络是授课教师亟须解决的重要问题。以计算机知识为例，“C语言程序设计”课程作为通识课程，系统教授学生C语言函数和程序设计循环结构，为高级编程语言的学习奠定了基础。在材料成型领域中，常用Python对ABAQUS等模拟软件进行后处理二次开发6。因此，在本课程实践环节，增加了二次开发辅助建模的设计与成形模拟。二、“先进材料塑性成形方法及设备”课程的教学实践改革本课程内容以先进成形技术与设备为主，旨在让学生掌握新兴成形科技，提升学生的创新性思维能力，提高学生学习知识的主观能动性。传统成形技术课程内容陈旧，成形方法主要包括自由锻、胎模锻和模锻；设备方面主要讲述锻锤、曲柄压力机、液压机等常用设备。这些成形方法与设备已在实际生产中被广泛应用，但这类技术与设备已难以满足目前特殊形状产品的成形需求。因此，课程内容应紧跟时代进行更新，让学生了解国家科技发展需求和企业应用需求，掌握最前沿的科技内容。由于新型成形技术尚无专业书籍指导，大多需要从文献中检索跟踪，因此，本课程的改革探索将以模块化学科知识为脉络，建立各个类别制件的成形方法及设备的知识纽带。以板材类成形为例，传统板材类成形有剪切、冲孔、落料、弯曲、拉深等，这些成形方法适用于成形轮廓线简单、空间变形单一的型材。而在实际生产中板材类制品应用，从车用覆盖件到航空航天设备制件，都有不同的要求。在汽车行业中，车身侧围、发动机罩等制件利用单一的弯曲、冲孔方法是难以满足成形需求的，往往需要采用拉延的成形方法，结合加强筋等设计制备，从而满足外观和力学等性能要求。目前高档轿车的流线型车身设计、锐棱的外围设计，都对传统板材成形方法提出了更高的要求。而在航空航天领域，板材成形更加复杂，航空航天领域的板材制件通常需要在极端工况下服役，所以对于材料基本属性也有较高要求。常用的钛合金、铝锂合金等材料强度大、塑性差，难以使用传统成形方法制备。因此，我国新型材料的成形仍然面临巨大挑战。目前板材的空间成形主要包括卷板成形和无模多点成形7等。其中，辊弯成形主要针对大型筒形制件成形，而多点成形由于利用了离散化的多点模具代替传统整体模具。因此，调模方便，有利于重构，是板材制件三维空间成形的主要方法，目前已成功应用于飞机蒙皮的制造。除板材类成形方法及设备外，型材类制件也是目前应用广泛的产品，如商用车防护梁产品和高铁列车车头骨架等。目前最新的商用车防护梁产品成形方法为连续辊弯成形技术，这一成形方法成功制造了具有“日”字形复杂截面的防护梁产品。该工艺采用多道次轧辊对带材连续变形，最终实现了高强钢防护梁产品产业化应用。除此之外，高铁列车头体骨架是一种具有空间三维结构和复杂界面的型材，空间构型曲率多变、界面种类多、尺寸长成了限制其成形的重要因素，采用传统的成形方法难以生产，制件产品长期被国外公司垄断。目前针对这类制件，吉林大学梁继才教授团队已开发了柔性多点拉弯成形技术，采用离散化多点模具，成功实现了空间型材的制备。这类多点成形方法便于调控轮廓构型，在长度方向上可以延伸，满足成形需求。目前这项技术已突破瓶颈，成功解决了“卡脖子”的技术问题。除上述改进型技术之外，国内外又开发了全新型成形技术，如软模成形（弹性体辅助成形和液体辅助成形）技术中的板材磁流变液软模胀形技术8。这类技术目前正处于前期探索阶段，尚未形成产业化应用。除上述类别制件新型成形技术43-第 11 期之外，环类制件的辗扩成形、轴杆类制件的辊锻成形和楔横轧成形等虽然是20年前的技术，但其更新换代后，成形效果也有较大改进，所以也纳入了本课程的扩展探索中。由此可以看出，为课程注入新鲜血液，完善学生知识体系，是本课程的改革探索重点。让学生知道新技术有哪些、用在哪儿、怎么用，是本课程改革的主要目的。让学生学以致用、了解行业需求、紧随国家发展方向、提升创新性思维，是培养高水平综合型人才的必经之路。三、“先进材料塑性成形方法及设备”课程的人才培养探索新工科对专业人才培养提出了较高要求，在“通专融合”的课程体系下，“先进材料塑性成形方法及制备”课程也开展了人才培养的探索。通识类课程是树立正确的世界观、人生观和价值观的基础保证，专业类课程在此基础上提升了学生的专业能力。除此之外，专业类课程还应承担自我提升、思维引领、职业导向和创新培育的任务。学习通识类课程时，学生处于入门的大一、大二阶段；而在学习专业知识时，学生处于大三和大四期间，面对继续深造和就业的不同选择。因此，在这一时期，学生通常对个人没有完善的认知，不知道自己适合做什么，也不知道该怎么做。现有的“通专融合”体系在学生的多元化发展方面已进行了一定的改革，取得了一定成效。如“互联网+”和“大学生创新创业大赛”等项目，让学生将学习的知识与实践相融合。但这类实践项目是以比赛类型开展，只有少数学生能够得到充分的锻炼。因此，在日常的授课中，重视学生个人化发展，已成为专业类课程的新要求。学生有个人发展需要，不仅囿于学习成绩，还有独立思考的能力和自主创新的积极性。目前的课程已由“以授课为中心”向“以学生自我成长为中心”转变，让学生了解自己、提高主观能动性、激发学习内驱力才是提高人才水平的重点。在通识类课程中，学生加强了思想道德修养、增强了法律意识、掌握了国家政策；而专业类课程构建了学生的知识体系。除此以外，课程还应起到帮助学生成长、激发学习兴趣、树立学生自信、辅助学生职业规划的作用。让学生在课程中的认知从“我要学什么”向“我要怎么学”转变，更有利于学生迅速成长和自我定位。对于创新性较强且个人有科研意愿的学生，“先进材料塑性成形方法及设备”的授课内容可为其搭建新思路、新设计和新技术的知识脉络；对于以职业规划为主的学生，本课程可提供企业前沿需求及新技术应用等知识。除此之外，本课程将积极扩充行业、企业等社会资源，优化教学环节，如增加生产视频、展示制件产品、邀请专家讲座等。在拓宽学生眼界的同时，让知识从课本中“走出来”。书本中的知识是平面的、不能动的，而生产视频可以让学生更好地理解生产操作过程，真实的制件可帮助学生理解成形难点，专家讲座可提高学生的高度，真正从企业需求出发，为学生的择业做铺垫。在此基础上，为了提高学生对知识体系的理解，锻炼学生的信息提炼与表达能力，本课程授课方式更加灵活多变。课上小组讨论和课后文献资料的查阅都是新增设的课程环节，成形技术的对比与成形方法的发展，都会纳入课程的考查中。学生独立思考才是培养创新意识、提高自主学习能力的重点。比如，思考传统拉弯成形与最新的型材拉弯成形的区别、辊锻成型与楔横轧成形方法的异同之处等。通过对比，可以提高学生对知识的认知水平，也让学生知道新技术的开发并非一蹴而就，而是经过对传统方法的提炼与整合，创新性思维也不是“从无到有”，而是知识积累从“量变”到“质变”的过程。在这一环节中，激发学生的主观能动性，提升学科认知，坚定发展方向，促使其自身思维方式的转变，才能培养学生坚忍不拔、刻苦上进的独立人格。结语“通专融合”课程体系是根据国家发展需要和人才培养需求设置的课程改革方向，在此基础上，新工科对工程类人才也提出了新要求，结合通识教育的广度和专业教育的深度，培养具有健全独立人格和坚实专业技术知识的综合型人才是高等院校的重要任务。这一改革方向对每一门课程都有独特的要求，面向学生、面向行业、面向国家，将基础知识与行业最新发展需求相连接，将创新型人才培养作为首要目标，是时代赋予的历史使命。