刘华 刘红生 尤芳怡

[摘 要] 针对当前板料成形CAD/CAE课程面临的主要问题及挑战，对专业课程进行了改革。基于OBE能力培养和工作过程系统化的理念，对原课程教学内容重构，将基础知识、工具性知识移至线上平臺，以节省教学时间，而专业知识和综合性知识则主要放在课堂教学完成。重新选择工程零件制定综合性项目，以提高学生创新能力和解决复杂工程问题的能力。在课堂教学模式中采用翻转课堂、对分课堂等多种形式进行混合式教学。通过上述改革措施，学生能力得到提高，教学质量有所提升。

[关键词] 项目式教学;板料成形;混合教学;CAE技术

[基金项目] 2020年度华侨大学创新创业教育改革立项项目“基于‘互联网+新背景下创新能力培养的creo三维建模课程教材改革”（校就创〔2020〕3号）;2020年度华侨大学新工科示范课程建设立项项目“三维建模及应用”（教〔2020〕74号）;2020年度华侨大学虚拟仿真实验教学培育项目“多能场辅助高强度钢板热冲压成形技术虚拟仿真实验”（设备〔2020〕7号） [作者简介] 刘 华（1977—），男，河南许昌人，硕士，华侨大学机电及自动化学院讲师，主要从事金属塑性成形工艺及有限元优化分析;刘红生（1975—），男，江西峡江人，博士，华侨大学机电及自动化学院教授，主要从事高强钢冲压成形工艺与理论;尤芳怡（1971—），女，福建泉州人，博士，华侨大学机电及自动化学院副教授，主要从事材料与制造工艺、模具设计与制造等方面的教学研究。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）20-0061-04    [收稿日期] 2021-03-01

一、前言

板料成形CAD/CAE课程是材料成形与控制工程专业的一门重要的专业核心课，在工程中能够缩短模具设计周期、节省成本，是制造业数字化、智能化的必需技术，也是当前大学生参与后续模具课程设计、毕业设计、各类创新大赛、互联网+大赛必须掌握的一项关键技术。熟练操作CAD/CAE软件，已经成为工程设计人员不可或缺的基本能力[1]。当前，此类课程的教学内容和方式主要以建模和有限元理论为基础。结合CAE软件功能教学，学生依照教学步骤完成示范教学模型的建构和CAE分析。通过多年教学发现，在此教学模式下，学生严重缺乏创新思维和创新能力。此外，当前教学还面临学时有限、生师比高、实践教学欠缺、学习兴趣不高、创新能力不足等长期困扰教学的难题。

当前，世界范围内，新一轮的科技革命和产业变革以及席卷全球的新经济的蓬勃发展，对工程教育的改革和发展提出了新的挑战[2]。国内工程认证和新工科建设又对教学质量和人才培养提出了更高的要求[3]。课程现有教学内容及方法等难以体现成果导向、以学生为中心、持续改进的基本理念。为适应这些需求，培养目标、教学内容和教学方式都需要转变，要更加注重提高学生的学习兴趣、学习参与度、学习效果和创新能力培养[4，5]。

为适应时代变化以及国家对高校教学提出的新挑战和新要求，本文针对材料成型与控制工程专业的CAD/CAE系列课程进行了教学改革探索。

二、针对项目式教学的内容再组织

（一）基于项目式教学的内容重构

当前，课程教材基本按照成形理论、成形工艺特点、有限元理论、CAE分析技术等内容编写，没有按照创新能力培养的特点对课程教学内容进行系统、深入研究。成形理论和成形工艺相关知识大多已在“金属塑形成形原理”“材料科学基础”和“冲压模具设计”等课程内讲解;有限元理论部分知识过于枯燥，且需要投入较多的教学时间。这导致CAE分析部分内容只能简单地作为一门计算机辅助软件对其操作逐一讲解，难以进行细致、深入的分析，更加难以对结果进行优化，而这部分恰恰是本课程的核心。因而，使用此类教材学习时，学生仅能完成软件基本功能使用与练习，难以激发学习兴趣，更加难以独立、创新地进行有限元建模分析及优化训练。同时，按照原教材教学，也不能体现作为实践创新能力培养课程的特色，更不能很好地符合当前专业工程认证对创新能力培养的需求。

课题组提出，要进行以培养学生建模思维、激发创新能力为目标的课程改革。新的课程体系中，要根据培养具备工程应用及研究素质复合型工程人才的培养目标，参照创新能力培养方法，将教学知识点全面、系统地进行梳理，对教学内容进行优化整合;同时，基于OBE（outcomes-based education）能力培养要求，将课程知识划为基础知识、专业知识、工具性知识和综合性知识等。依据这四部分知识的不同学习特点和方式教学，将基础知识、工具性知识前移至线上平台，由学生自行完成;课程内侧重专业知识和综合性知识的学习，设置相对应的新型创新能力培养项目。

（二）综合性项目的制定

基于OBE能力培养和工作过程系统化的理念，教学团队将教学内容概括在若干综合项目之内，以典型工作任务为载体，综合成形理论、成形工艺、CAE软件操作技能和专业素养为一体的思路进行设计。项目难度从简单到复杂逐步提高，每一个项目都是一个机械零件的有限元建模到仿真分析的全部过程。其教学内容设置上囊括零件的几何建模、成形工艺、有限元建模、模拟计算及仿真分析、动画等环节。教学内容更加注重以任务驱动学习，学生通过领取任务，在完成任务强烈动机的驱动下自我探索学习，从而成为学习过程的主体。学生在完成任务的过程中，不仅获得了有限元建模所需的基础知识和工具性技能，还掌握了有限元相关专业知识和综合分析能力，能及时看到自己的项目成果和优化结果。

综合项目的选择应该遵循全工作流程、由易到难、由简到繁的原则，每个项目逐步增加专业知识和综合性知识的学习，最终制定10个项目的课程体系（见表1），包括原课程的所有知识点，并结合后续专业课程将产品结构设计、模具结构、工艺知识、工程师素养融入项目任务，以项目驱动创新能力、综合能力的培养。学生通过这些项目的训练，对板料成形的CAE分析基本满足了今后工作中的需要，对模具结构、模面补充、有限元建模、多工序模拟、回弹及回弹补偿和模拟结果优化分析等全过程有一个全面的了解。对于难度较大的项目，在课堂教学时，可采用翻转课堂、对分课堂等形式，由小组协作完成，介绍项目完成及优化过程等，培养学生的团队协作能力。