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淺談材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)仿真實(shí)習系統論文
在高校工科人才培養計劃中，實(shí)習占著(zhù)舉足輕重、無(wú)可替代的重要地位，尤其是生產(chǎn)實(shí)習。生產(chǎn)實(shí)習是工科專(zhuān)業(yè)重要的實(shí)踐教學(xué)內容，是培養學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng )新意識必不可少的重要環(huán)節，是培養應用型人才的重要途徑。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)習，能夠使學(xué)生直接了解本專(zhuān)業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，強化理論與生產(chǎn)實(shí)際的結合，加深對所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識的理解，并為后續專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習和走上工作崗位提供必要的感性認識和實(shí)際生產(chǎn)的初步經(jīng)驗。因此，生產(chǎn)實(shí)習在應用性本科人才培養過(guò)程中的地位和作用非常重要，必須認真探索生產(chǎn)實(shí)習課程的教學(xué)方法，總結生產(chǎn)實(shí)習教學(xué)中的經(jīng)驗和存在的問(wèn)題，進(jìn)一步提高生產(chǎn)實(shí)習的質(zhì)量。
一、傳統生產(chǎn)實(shí)習模式及存在的問(wèn)題
1.實(shí)習單位難以聯(lián)系和穩固
實(shí)習單位之所以難以聯(lián)系和穩固主要有三個(gè)原因。一是近幾年來(lái)，材料成型及控制專(zhuān)業(yè)招生數量不斷增多，學(xué)生人數增加，導致大多數原有的定點(diǎn)實(shí)習單位不能一次接收這么多學(xué)生。二是企業(yè)對接納學(xué)生實(shí)習缺少積極性，企業(yè)沒(méi)有認識到培養高素質(zhì)人才是學(xué)校和企業(yè)共同的責任，大多數企業(yè)只是選用人才，而不愿參與人才的培養，把培養人才的責任都交給了學(xué)校，把培訓教育學(xué)生視為額外負擔。三是企業(yè)擔心大批學(xué)生實(shí)習對生產(chǎn)帶來(lái)影響及存在安全隱患問(wèn)題。特別是技術(shù)比較先進(jìn)的實(shí)習單位更是難以聯(lián)系，導致學(xué)生往往很難接觸到國際領(lǐng)先的工藝、設備和技術(shù)。
2.實(shí)習經(jīng)費不足
隨著(zhù)市場(chǎng)經(jīng)濟的不斷發(fā)展，消費價(jià)格調控機制已成為市場(chǎng)運作的主要手段，實(shí)習過(guò)程中涉及到的交通、住宿、管理等費用逐步增加，在教育經(jīng)費投入有限的情況下，實(shí)習經(jīng)費出現了較大缺口。這種缺口對實(shí)習產(chǎn)生了直接影響，導致了實(shí)習效果得不到保證。以沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)為例，2005年該專(zhuān)業(yè)的生產(chǎn)實(shí)習費用需11萬(wàn)元左右，到2010年生產(chǎn)實(shí)習費用接近20萬(wàn)元，為了節省經(jīng)費，只好將實(shí)習時(shí)間縮短，將實(shí)習工廠(chǎng)數量減少。隨著(zhù)物價(jià)的進(jìn)一步上漲，今后的生產(chǎn)實(shí)習實(shí)際費用仍將繼續增加。
3.實(shí)習形式和過(guò)程簡(jiǎn)單化
材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)基本采用集中式實(shí)習模式。大部分采用的形式是：每一個(gè)班配一名實(shí)習帶隊教師，按照實(shí)習日期下廠(chǎng)，進(jìn)行參觀(guān)性質(zhì)的實(shí)習。學(xué)生對循環(huán)“游覽式參觀(guān)”的實(shí)習過(guò)程產(chǎn)生厭惡感，從而也會(huì )失去實(shí)習的興趣。甚至在很多情況下，學(xué)生在一個(gè)生產(chǎn)車(chē)間參觀(guān)的時(shí)間往往只有十幾分鐘，然后就被工廠(chǎng)負責參觀(guān)的教師打發(fā)走了。
4.實(shí)習質(zhì)量很不樂(lè )觀(guān)
在生產(chǎn)企業(yè)實(shí)習中，由于整個(gè)生產(chǎn)流程附屬內容很多，而且生產(chǎn)流水線(xiàn)通常較長(cháng)，學(xué)生在實(shí)習過(guò)程中很容易被與專(zhuān)業(yè)內容無(wú)關(guān)的東西所吸引，造成要學(xué)的東西沒(méi)學(xué)到，使得實(shí)習效果不佳。而目前的生產(chǎn)實(shí)習又多是參觀(guān)式實(shí)習，學(xué)生很少能夠真正參與到生產(chǎn)當中，導致學(xué)生對實(shí)習內容根本無(wú)法深入掌握。目前，材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的生產(chǎn)實(shí)習質(zhì)量很不樂(lè )觀(guān)。其原因如下：
一是企業(yè)不愿意接待實(shí)習生。隨著(zhù)國家經(jīng)濟體制改革和人們思想意識的變化，企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)繁重，在市場(chǎng)經(jīng)濟沖擊下，由于企業(yè)改制，生產(chǎn)實(shí)習也不可能以行政命令的形式強制企業(yè)接受。隨著(zhù)學(xué)生數量增多，企業(yè)容量反而減少，因而企業(yè)擔心學(xué)生在車(chē)間實(shí)習會(huì )影響生產(chǎn)秩序和效益。特別是經(jīng)濟效益好、設備先進(jìn)、管理完善、制度健全的企業(yè)主要精力是完成更多的生產(chǎn)，提高其效益，往往找各種理由拒絕學(xué)生實(shí)習;雖然有些企業(yè)愿意接待學(xué)生實(shí)習，但他們生產(chǎn)任務(wù)不多、設備陳舊、工藝落后、人員素質(zhì)欠缺，學(xué)生無(wú)法看到生產(chǎn)工藝的動(dòng)態(tài)過(guò)程，只能看到靜止不動(dòng)的設備，這一來(lái)，學(xué)生就沒(méi)有實(shí)際動(dòng)手的機會(huì )，實(shí)習效果不盡人意。由于大多數生產(chǎn)企業(yè)都有安全風(fēng)險問(wèn)題，企業(yè)擔心學(xué)生進(jìn)入企業(yè)后出現安全問(wèn)題，因此，企業(yè)不愿意承擔安全風(fēng)險。
二是學(xué)生積極性不高。當前由于材料行業(yè)中發(fā)展較好的企業(yè)并不多，以及學(xué)生的觀(guān)念問(wèn)題，導致學(xué)生們對專(zhuān)業(yè)產(chǎn)生厭惡心理，畢業(yè)后不愿意從事本行業(yè)，缺乏學(xué)習興趣，致使實(shí)習積極性不高，實(shí)習效果不理想。甚至個(gè)別學(xué)生實(shí)習目的不明確，認為實(shí)習只不過(guò)是形式而已。
二、生產(chǎn)實(shí)習改革思路及成果
針對材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生生產(chǎn)實(shí)習中存在的問(wèn)題，為了在有限的時(shí)間內提高實(shí)習質(zhì)量和實(shí)踐教學(xué)效果，讓學(xué)生在學(xué)期間能夠最大化地提高實(shí)踐能力，除了需要建立穩固的校外生產(chǎn)實(shí)習基地、建立開(kāi)放的校內實(shí)習基地、建設高水平實(shí)習指導教師隊伍以外，還要創(chuàng )立多種實(shí)習形式來(lái)豐富實(shí)習內容。本項目具體改革思路如下：
(1)錄制和制作材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)鑄造、焊接和鍛沖三個(gè)模塊的國內外典型生產(chǎn)線(xiàn)、代表性零件的生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)組織及管理等方面的多媒體視頻影像資料。
(2)開(kāi)發(fā)制作典型設備和生產(chǎn)工藝的3D動(dòng)畫(huà)，揭示典型設備的工作原理和工作過(guò)程，以及典型生產(chǎn)工藝流程和細節。
(3)創(chuàng )建材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)數字化仿真實(shí)習系統，實(shí)現學(xué)生的自主學(xué)習和虛擬實(shí)習，為下一步到工廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)實(shí)習打好堅實(shí)基礎。
(4)通過(guò)本項目培養出一支具有較高水平的實(shí)習指導教師隊伍。
(5)對沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習教改實(shí)踐，由以前的傳統生產(chǎn)實(shí)習模式改革為數字化生產(chǎn)實(shí)習和工廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)實(shí)習相結合的模式。
改革成果：本項目創(chuàng )建材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)數字化仿真實(shí)習系統，引入多媒體虛擬實(shí)習，并注重國內外領(lǐng)先工藝和技術(shù)。其中數字化仿真實(shí)習系統軟件包括三張光盤(pán)，內容涵蓋國內材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)鑄造、焊接、鍛造三個(gè)模塊的典型生產(chǎn)線(xiàn)、代表性零件生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)組織及管理、車(chē)間廠(chǎng)房、企業(yè)文化等方面的多媒體視頻影像資料;國際上先進(jìn)的材料成形工藝、設備和技術(shù)方面的視頻材料;噴射沉積、平面流鑄、高壓多觸頭造型等典型設備和生產(chǎn)工藝的3D動(dòng)畫(huà)，等等。
實(shí)習時(shí)，先在校內進(jìn)行數字化仿真實(shí)習，然后去企業(yè)進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)實(shí)習，從而在降低實(shí)習費用的情況下，較大程度地提高生產(chǎn)實(shí)習質(zhì)量，真正達到生產(chǎn)實(shí)習的實(shí)踐教學(xué)效果，為培養合格的材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)的科技人才和高質(zhì)量的鑄造、焊接和鍛壓工程師奠定堅實(shí)基礎。
三、生產(chǎn)實(shí)習改革的實(shí)施方案
第一，聯(lián)系校外生產(chǎn)實(shí)習企業(yè)，進(jìn)行金屬材料類(lèi)材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)實(shí)際生產(chǎn)狀況方面的調研，總結出其三個(gè)模塊(鑄造、焊接和鍛壓)的主要工藝和設備、主要產(chǎn)品類(lèi)型及其生產(chǎn)線(xiàn)，分析了金屬材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)前沿技術(shù)和最新工藝的應用狀況，以便修訂與本專(zhuān)業(yè)發(fā)展相適應的生產(chǎn)實(shí)習教學(xué)大綱和實(shí)習內容。
第二，根據生產(chǎn)實(shí)習大綱、“材料成形工藝”及“材料成形設備”等課程內容，項目組研究確定材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)三個(gè)模塊具體需要錄制的工廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)的視頻影像內容，確定了需要制作動(dòng)畫(huà)的典型設備和生產(chǎn)工藝，確定了制作3D虛擬仿真實(shí)習系統的典型生產(chǎn)線(xiàn)，并在學(xué)院領(lǐng)導的組織協(xié)調下專(zhuān)門(mén)召開(kāi)一次本專(zhuān)業(yè)的研討會(huì )，廣泛征求本專(zhuān)業(yè)資深教師意見(jiàn)，力求使本項目開(kāi)發(fā)創(chuàng )建的數字化仿真實(shí)習系統科學(xué)、實(shí)用、先進(jìn)。
第三，分別錄制材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)三個(gè)模塊所需要的典型生產(chǎn)線(xiàn)、代表性零件生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)組織及管理、車(chē)間廠(chǎng)房、企業(yè)文化等方面的多媒體視頻影像資料，要突出重點(diǎn)，并注重錄像效果和攝像技巧。同時(shí)，搜集國際最先進(jìn)的材料成形工藝、設備和技術(shù)方面的視頻影像資料。
第四，對多媒體視頻影像資料進(jìn)行非線(xiàn)性編輯、加工和合成。緊扣生產(chǎn)實(shí)習教學(xué)大綱，將內容進(jìn)行精煉，并加配教師解說(shuō)錄音和文字字幕。讓學(xué)生在使用數字化仿真實(shí)習視頻后，能對本專(zhuān)業(yè)的國際和國內生產(chǎn)狀況有一個(gè)全面的了解，并對下一步的工廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)實(shí)習做到心中有數、胸有成竹。
第五，通過(guò)電腦制作典型設備和生產(chǎn)工藝的3D動(dòng)畫(huà)，如低壓鑄造工藝等無(wú)法實(shí)際觀(guān)測到的工藝過(guò)程或工作原理，有利于學(xué)生更好地掌握典型設備的工作原理和工作過(guò)程，以及典型生產(chǎn)工藝的流程及其細節。
第六，創(chuàng )建了材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)數字化仿真實(shí)習系統，實(shí)現了學(xué)生的自主學(xué)習和虛擬實(shí)習(虛擬實(shí)習就是以國際上先進(jìn)的生產(chǎn)線(xiàn)影視資料為主線(xiàn)，再通過(guò)動(dòng)畫(huà)形式展現生產(chǎn)線(xiàn)上每道工序工藝過(guò)程，立體再現生產(chǎn)線(xiàn)所涉及的設備、工裝等工作原理，達到學(xué)生通過(guò)虛擬實(shí)習就好像親臨現場(chǎng)，同時(shí)又能了解生產(chǎn)工藝和設備的工作原理)。
第七，在數字化仿真實(shí)習系統的開(kāi)發(fā)和實(shí)踐過(guò)程中，培養出一支具有較高水平的實(shí)習指導教師隊伍。無(wú)論在實(shí)習內容的把握和教學(xué)方面，還是教師本身的專(zhuān)業(yè)知識和計算機能力方面，通過(guò)本項目的實(shí)施，項目組教師的水平均將獲得顯著(zhù)提高。
第八，于2011年和2012年連續兩個(gè)年度對沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)本科學(xué)生進(jìn)行了生產(chǎn)實(shí)習教改實(shí)踐。以往的生產(chǎn)實(shí)習模式是：共實(shí)習四周，去長(cháng)春一汽二周，然后去朝陽(yáng)柴油發(fā)動(dòng)機廠(chǎng)一周半左右，剩余時(shí)間學(xué)生整理實(shí)習日記和實(shí)習報告，最后一天完成實(shí)習成績(jì)的考核和評定。經(jīng)過(guò)兩年教改，現改革為：時(shí)間仍然為四周，但在實(shí)習的第一天就讓學(xué)生集中應用數字化仿真實(shí)習系統。在這一天的時(shí)間里，指導教師要指導學(xué)生應用數字化仿真實(shí)習系統軟件，讓學(xué)生對材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)的狀況有一個(gè)全面了解，知道到企業(yè)中應該學(xué)習什么以及如何去學(xué)習;讓學(xué)生對國內外先進(jìn)的材料成形工藝、設備和技術(shù)方面有所了解。另外，學(xué)生在工廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)實(shí)習的過(guò)程中，從工廠(chǎng)返回宿舍后的空余時(shí)間里，還可以自行利用數字化仿真實(shí)習系統軟件來(lái)鞏固實(shí)習效果。這樣，由以前的傳統生產(chǎn)實(shí)習模式改革為數字化仿真實(shí)習和工廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)實(shí)習相結合的模式，從而真正提高了學(xué)生的生產(chǎn)實(shí)習質(zhì)量和效果，達到了本項目的教學(xué)改革目標。
四、生產(chǎn)實(shí)習改革實(shí)施的效果及意義
第一，大大提高了學(xué)生的實(shí)習興趣。學(xué)生對生產(chǎn)實(shí)習本來(lái)就很期待，他們其實(shí)是非常愿意接觸工廠(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)際的。生產(chǎn)實(shí)習的第一天就讓他們對自身專(zhuān)業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)狀況有清晰而全面的了解，并對國內外先進(jìn)的設備和工藝技術(shù)進(jìn)行接觸，這種通過(guò)數字化仿真實(shí)習系統，提前介入實(shí)習的方式，更加促使學(xué)生產(chǎn)生了去真正的工廠(chǎng)車(chē)間學(xué)習實(shí)際專(zhuān)業(yè)知識的濃厚興趣。
第二，大大提高了學(xué)生的實(shí)習質(zhì)量。數字化仿真實(shí)習系統充分利用計算機軟件技術(shù)、視頻攝像技術(shù)、圖像處理技術(shù)、三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)等，既注重工廠(chǎng)生產(chǎn)現場(chǎng)布局的全面觀(guān)察，又突出顯示生產(chǎn)過(guò)程中的局部和細節，使學(xué)生對生產(chǎn)實(shí)際中涉及的相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識學(xué)得不但更全面而且更加深入。數字化仿真實(shí)習和工廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)實(shí)習相結合的實(shí)習模式，在不增加學(xué)生實(shí)習經(jīng)費的情況下，大大提高了學(xué)生的實(shí)習質(zhì)量和效果。
第三，提高了學(xué)生的綜合能力和素質(zhì)。數字化仿真實(shí)習系統不但直接指導學(xué)生如何來(lái)進(jìn)行實(shí)習，讓學(xué)生對本專(zhuān)業(yè)的生產(chǎn)狀況有全面了解，而且讓學(xué)生領(lǐng)略到了多媒體技術(shù)、課件制作技術(shù)、圖像動(dòng)畫(huà)技術(shù)等，擴大了知識面，增加了感性認識，有利于培養學(xué)生的實(shí)際生產(chǎn)意識，有利于增強學(xué)生的工程意識、社會(huì )意識和社會(huì )實(shí)踐能力，有利于發(fā)展學(xué)生的創(chuàng )造能力。
第四，培養出了一支較高水平的實(shí)習指導教師隊伍。
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