“通專融合”的材料成型類課程改革探索

韓奇鋼，梁策，李義，張志強

［摘 要］ “通專融合”課程體系結合了通識教育的廣度與專業教育的深度，對課程改革提出了新的發展方向。與此同時，新工科對人才培養目標也提出了新要求。根據國家工程類人才的發展需求，對“先進材料塑性成形方法及設備”進行改革探索，從“通專融合”課程體系建設、新工科人才培育需求、“以學生自我成長為中心”的思維導向等方面，以學科及行業新興技術為著眼點、國家發展需求與行業前沿科技為探索方向、提高學生創新思維為目標，開展了一系列教學改革探索。

［關鍵詞］ 通專融合；以學生為中心；教學改革；新工科

［基金項目］ 2021年度吉林大學本科教學改革研究項目“以學生自我成長為中心的通?；旌鲜讲牧铣尚驼n程閉環教學體系改革研究”（2021XYB093）；2022年度吉林大學課程思政“學科育人示范課程”項目“材料成型原理‘課程思政示范項目”（SK2022061）；2022年度吉林省高教科研課題項目“新工科背景下‘材料學科教學改革研究”（JGJX2022B10）

［作者簡介］ 韓奇鋼（1983—），男，吉林長春人，工學博士，吉林大學材料科學與工程學院教授，主要從事材料加工研究；梁 策（1987—），女，吉林長春人，工學博士，吉林大學材料科學與工程學院副教授（通信作者），主要從事材料加工研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）11-0041-04［收稿日期］ 2022-05-25

引言

隨著社會的高速發展，信息化、智能化體系已滲透至各行各業。高等院校作為高等人才培育的搖籃，擔負著向社會輸送高水平人才的重任［1］。人才培養的新要求，即圍繞培養什么人、怎樣培養人、為誰培養人這一根本性問題，堅持立德樹人根本任務，培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人［2］。這對高等教育的治學理念提出了更高的要求，高等院校針對社會發展對人才的需求，陸續推動了通識教育與專業教育相貫通的“通專融合式”課程體系，充分發揮通識教育課程的廣度特性與專業課程的深度特性，將學生的“三觀”培養與專業素質培養及專業技能培養相結合，形成更加健全完善的教學體系，為國家輸送思想覺悟高、道德水平高、專業技能強的綜合型人才。

近年來，新工科建設已成為我國強國戰略的重要布局，新工科的研究與實踐主要涵蓋了五個方面——工程教育新理念、學科專業新結構、人才培養新模式、教育教學新質量、分類發展新體系［3］。在新工科背景下，更加注重復合型工科人才的培養。因此，結合現代化建設需求和新工科人才培養要求，完善工科類“通專融合”課程體系已成為工科院校及專業的重點改革方向。在這一體系中，授課教師應以培養綜合型高水平人才為己任，課程的改革探索需要落實到每一門課程中。

本文以“先進材料塑性成形方法及設備”課程的教學改革探索為例，探討在“通專融合”課程體系和新工科要求下，材料成形類課程的改革方向。在本次改革探索中，“先進材料塑性成形方法及設備”作為典型的材料成形類專業課程，將重點探討其授課內容與通識類課程相互銜接和結合的可行性，以及在新工科要求下的課程改革方向，在此基礎上，“以學生為中心”的人才培養模式也是本次課程改革的重要探索內容［4-5］。結合“通識類”前導課程，實現“專業教育”的連貫性，引導學生完成自我認知、價值體系構建和知識體系整合，是本次課程改革探索的重要目標。每一名教師都應以“為國家培養具有健全人格、創新精神、卓越能力的高水平人才”為己任，這是時代賦予教師的重要使命。

一、“先進材料塑性成形方法及設備”課程的“通專融合”銜接

“先進材料塑性成形方法及設備”作為工科專業的新興課程，主要授課內容為塑性成形制造領域的最新科技及設備。在現有的材料成形類專業課程體系中，通識類課程和專業基礎課程占據了很大部分，但是其中講授新興技術、行業發展前沿技術的課程并不多。學生對新技術興趣濃厚，但囿于自身環境，既不能進入企業進行深入了解，又不能進入實驗室從事科學研究，很難接觸到新技術研究領域相關知識。因此，在課程體系中增加這類課程，建立社會需求與引領技術的橋梁課程非常必要。

然而，由于先進技術通常是為了解決瓶頸問題，涉及行業需求、成形機理、設備開發、自動化調控、產業化能力等綜合內容。因此，學生難以理解，通常需要完成學科通識課程和專業課程的學習后，才能了解基本原理和背景，開始新技術及設備的學習。怎樣有效融合前導課程內容、建立整體化知識體系和相互銜接的課程脈絡是授課教師亟須解決的重要問題。以計算機知識為例，“C語言程序設計”課程作為通識課程，系統教授學生C語言函數和程序設計循環結構，為高級編程語言的學習奠定了基礎。在材料成型領域中，常用Python對ABAQUS等模擬軟件進行后處理二次開發［6］。因此，在本課程實踐環節，增加了二次開發輔助建模的設計與成形模擬。

二、“先進材料塑性成形方法及設備”課程的教學實踐改革

本課程內容以先進成形技術與設備為主，旨在讓學生掌握新興成形科技，提升學生的創新性思維能力，提高學生學習知識的主觀能動性。傳統成形技術課程內容陳舊，成形方法主要包括自由鍛、胎模鍛和模鍛；設備方面主要講述鍛錘、曲柄壓力機、液壓機等常用設備。這些成形方法與設備已在實際生產中被廣泛應用，但這類技術與設備已難以滿足目前特殊形狀產品的成形需求。因此，課程內容應緊跟時代進行更新，讓學生了解國家科技發展需求和企業應用需求，掌握最前沿的科技內容。

由于新型成形技術尚無專業書籍指導，大多需要從文獻中檢索跟蹤，因此，本課程的改革探索將以模塊化學科知識為脈絡，建立各個類別制件的成形方法及設備的知識紐帶。以板材類成形為例，傳統板材類成形有剪切、沖孔、落料、彎曲、拉深等，這些成形方法適用于成形輪廓線簡單、空間變形單一的型材。而在實際生產中板材類制品應用，從車用覆蓋件到航空航天設備制件，都有不同的要求。在汽車行業中，車身側圍、發動機罩等制件利用單一的彎曲、沖孔方法是難以滿足成形需求的，往往需要采用拉延的成形方法，結合加強筋等設計制備，從而滿足外觀和力學等性能要求。目前高檔轎車的流線型車身設計、銳棱的外圍設計，都對傳統板材成形方法提出了更高的要求。而在航空航天領域，板材成形更加復雜，航空航天領域的板材制件通常需要在極端工況下服役，所以對于材料基本屬性也有較高要求。常用的鈦合金、鋁鋰合金等材料強度大、塑性差，難以使用傳統成形方法制備。因此，我國新型材料的成形仍然面臨巨大挑戰。目前板材的空間成形主要包括卷板成形和無模多點成形［7］等。其中，輥彎成形主要針對大型筒形制件成形，而多點成形由于利用了離散化的多點模具代替傳統整體模具。因此，調模方便，有利于重構，是板材制件三維空間成形的主要方法，目前已成功應用于飛機蒙皮的制造。

除板材類成形方法及設備外，型材類制件也是目前應用廣泛的產品，如商用車防護梁產品和高鐵列車車頭骨架等。目前最新的商用車防護梁產品成形方法為連續輥彎成形技術，這一成形方法成功制造了具有“日”字形復雜截面的防護梁產品。該工藝采用多道次軋輥對帶材連續變形，最終實現了高強鋼防護梁產品產業化應用。除此之外，高鐵列車頭體骨架是一種具有空間三維結構和復雜界面的型材，空間構型曲率多變、界面種類多、尺寸長成了限制其成形的重要因素，采用傳統的成形方法難以生產，制件產品長期被國外公司壟斷。目前針對這類制件，吉林大學梁繼才教授團隊已開發了柔性多點拉彎成形技術，采用離散化多點模具，成功實現了空間型材的制備。這類多點成形方法便于調控輪廓構型，在長度方向上可以延伸，滿足成形需求。目前這項技術已突破瓶頸，成功解決了“卡脖子”的技術問題。

除上述改進型技術之外，國內外又開發了全新型成形技術，如軟模成形（彈性體輔助成形和液體輔助成形）技術中的板材磁流變液軟模脹形技術［8］。這類技術目前正處于前期探索階段，尚未形成產業化應用。除上述類別制件新型成形技術之外，環類制件的輾擴成形、軸桿類制件的輥鍛成形和楔橫軋成形等雖然是20年前的技術，但其更新換代后，成形效果也有較大改進，所以也納入了本課程的擴展探索中。

由此可以看出，為課程注入新鮮血液，完善學生知識體系，是本課程的改革探索重點。讓學生知道新技術有哪些、用在哪兒、怎么用，是本課程改革的主要目的。讓學生學以致用、了解行業需求、緊隨國家發展方向、提升創新性思維，是培養高水平綜合型人才的必經之路。

三、“先進材料塑性成形方法及設備”課程的人才培養探索

新工科對專業人才培養提出了較高要求，在“通專融合”的課程體系下，“先進材料塑性成形方法及制備”課程也開展了人才培養的探索。通識類課程是樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀的基礎保證，專業類課程在此基礎上提升了學生的專業能力。除此之外，專業類課程還應承擔自我提升、思維引領、職業導向和創新培育的任務。

學習通識類課程時，學生處于入門的大一、大二階段；而在學習專業知識時，學生處于大三和大四期間，面對繼續深造和就業的不同選擇。因此，在這一時期，學生通常對個人沒有完善的認知，不知道自己適合做什么，也不知道該怎么做?，F有的“通專融合”體系在學生的多元化發展方面已進行了一定的改革，取得了一定成效。如“互聯網+”和“大學生創新創業大賽”等項目，讓學生將學習的知識與實踐相融合。但這類實踐項目是以比賽類型開展，只有少數學生能夠得到充分的鍛煉。因此，在日常的授課中，重視學生個人化發展，已成為專業類課程的新要求。

學生有個人發展需要，不僅囿于學習成績，還有獨立思考的能力和自主創新的積極性。目前的課程已由“以授課為中心”向“以學生自我成長為中心”轉變，讓學生了解自己、提高主觀能動性、激發學習內驅力才是提高人才水平的重點。在通識類課程中，學生加強了思想道德修養、增強了法律意識、掌握了國家政策；而專業類課程構建了學生的知識體系。除此以外，課程還應起到幫助學生成長、激發學習興趣、樹立學生自信、輔助學生職業規劃的作用。讓學生在課程中的認知從“我要學什么”向“我要怎么學”轉變，更有利于學生迅速成長和自我定位。

對于創新性較強且個人有科研意愿的學生，“先進材料塑性成形方法及設備”的授課內容可為其搭建新思路、新設計和新技術的知識脈絡；對于以職業規劃為主的學生，本課程可提供企業前沿需求及新技術應用等知識。除此之外，本課程將積極擴充行業、企業等社會資源，優化教學環節，如增加生產視頻、展示制件產品、邀請專家講座等。在拓寬學生眼界的同時，讓知識從課本中“走出來”。書本中的知識是平面的、不能動的，而生產視頻可以讓學生更好地理解生產操作過程，真實的制件可幫助學生理解成形難點，專家講座可提高學生的高度，真正從企業需求出發，為學生的擇業做鋪墊。

在此基礎上，為了提高學生對知識體系的理解，鍛煉學生的信息提煉與表達能力，本課程授課方式更加靈活多變。課上小組討論和課后文獻資料的查閱都是新增設的課程環節，成形技術的對比與成形方法的發展，都會納入課程的考查中。學生獨立思考才是培養創新意識、提高自主學習能力的重點。比如，思考傳統拉彎成形與最新的型材拉彎成形的區別、輥鍛成型與楔橫軋成形方法的異同之處等。通過對比，可以提高學生對知識的認知水平，也讓學生知道新技術的開發并非一蹴而就，而是經過對傳統方法的提煉與整合，創新性思維也不是“從無到有”，而是知識積累從“量變”到“質變”的過程。在這一環節中，激發學生的主觀能動性，提升學科認知，堅定發展方向，促使其自身思維方式的轉變，才能培養學生堅忍不拔、刻苦上進的獨立人格。

結語

“通專融合”課程體系是根據國家發展需要和人才培養需求設置的課程改革方向，在此基礎上，新工科對工程類人才也提出了新要求，結合通識教育的廣度和專業教育的深度，培養具有健全獨立人格和堅實專業技術知識的綜合型人才是高等院校的重要任務。這一改革方向對每一門課程都有獨特的要求，面向學生、面向行業、面向國家，將基礎知識與行業最新發展需求相連接，將創新型人才培養作為首要目標，是時代賦予的歷史使命。在這一背景下，“先進材料塑性成形方法及設備”課程從“通專融合”體系銜接、課程知識體系擴展、學生自我成長培育等方面開展教學改革探索，為培養具有科學文化素養、專業理論知識扎實、精神文化豐富的綜合型人才做出努力。

參考文獻

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［8］王朋義，王忠金.板材磁流變液軟模成形中磁場條件對Al1060成形極限的影響［J］.2020，27（9）：59-63.

On the Reform of Material Forming Courses Based on Integration of General Education with Professional Education

HAN Qi-gang， LIANG Ce， LI Yi， ZHANG Zhi-qiang

（College of Material Science and Engineering， Jilin University， Changchun， Jilin 130025， China）

Abstract： The curriculum system named integration of general education with professional education， which combines the breadth of general education and the depth of professional education， proposes a new development direction for curriculum reform. At the same time， emerging engineering also puts forward new requirements for talent training goals. According to the development needs of national engineering talents， this paper studies the reform of the Advanced Material Plastic Forming Methods and Equipment course. It carries out a series of explorations about the teaching reform from perspectives of the curriculum system construction of integration of general education with professional education， the cultivation needs of new engineering talents， and the idea of taking students self-growth as the center. Based on emerging technologies of this discipline and industry， these explorations are directed by national development needs and frontier technologies with the goal of improving students innovative thinking.

Key words： integration of general education with professional education; taking students self-growth as the center; education reform; emerging engineering