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淺談材料成型及控制工程專業(yè)仿真實(shí)習(xí)系統(tǒng)論文
在高校工科人才培養(yǎng)計(jì)劃中，實(shí)習(xí)占著舉足輕重、無可替代的重要地位，尤其是生產(chǎn)實(shí)習(xí)。生產(chǎn)實(shí)習(xí)是工科專業(yè)重要的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)必不可少的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重要途徑。通過生產(chǎn)實(shí)習(xí)，能夠使學(xué)生直接了解本專業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)過程，強(qiáng)化理論與生產(chǎn)實(shí)際的結(jié)合，加深對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的理解，并為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和走上工作崗位提供必要的感性認(rèn)識(shí)和實(shí)際生產(chǎn)的初步經(jīng)驗(yàn)。因此，生產(chǎn)實(shí)習(xí)在應(yīng)用性本科人才培養(yǎng)過程中的地位和作用非常重要，必須認(rèn)真探索生產(chǎn)實(shí)習(xí)課程的教學(xué)方法，總結(jié)生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)和存在的問題，進(jìn)一步提高生產(chǎn)實(shí)習(xí)的質(zhì)量。
一、傳統(tǒng)生產(chǎn)實(shí)習(xí)模式及存在的問題
1.實(shí)習(xí)單位難以聯(lián)系和穩(wěn)固
實(shí)習(xí)單位之所以難以聯(lián)系和穩(wěn)固主要有三個(gè)原因。一是近幾年來，材料成型及控制專業(yè)招生數(shù)量不斷增多，學(xué)生人數(shù)增加，導(dǎo)致大多數(shù)原有的定點(diǎn)實(shí)習(xí)單位不能一次接收這么多學(xué)生。二是企業(yè)對(duì)接納學(xué)生實(shí)習(xí)缺少積極性，企業(yè)沒有認(rèn)識(shí)到培養(yǎng)高素質(zhì)人才是學(xué)校和企業(yè)共同的責(zé)任，大多數(shù)企業(yè)只是選用人才，而不愿參與人才的培養(yǎng)，把培養(yǎng)人才的責(zé)任都交給了學(xué)校，把培訓(xùn)教育學(xué)生視為額外負(fù)擔(dān)。三是企業(yè)擔(dān)心大批學(xué)生實(shí)習(xí)對(duì)生產(chǎn)帶來影響及存在安全隱患問題。特別是技術(shù)比較先進(jìn)的實(shí)習(xí)單位更是難以聯(lián)系，導(dǎo)致學(xué)生往往很難接觸到國際領(lǐng)先的工藝、設(shè)備和技術(shù)。
2.實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)不足
隨著市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，消費(fèi)價(jià)格調(diào)控機(jī)制已成為市場運(yùn)作的主要手段，實(shí)習(xí)過程中涉及到的交通、住宿、管理等費(fèi)用逐步增加，在教育經(jīng)費(fèi)投入有限的情況下，實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)出現(xiàn)了較大缺口。這種缺口對(duì)實(shí)習(xí)產(chǎn)生了直接影響，導(dǎo)致了實(shí)習(xí)效果得不到保證。以沈陽工業(yè)大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)為例，2005年該專業(yè)的生產(chǎn)實(shí)習(xí)費(fèi)用需11萬元左右，到2010年生產(chǎn)實(shí)習(xí)費(fèi)用接近20萬元，為了節(jié)省經(jīng)費(fèi)，只好將實(shí)習(xí)時(shí)間縮短，將實(shí)習(xí)工廠數(shù)量減少。隨著物價(jià)的進(jìn)一步上漲，今后的生產(chǎn)實(shí)習(xí)實(shí)際費(fèi)用仍將繼續(xù)增加。
3.實(shí)習(xí)形式和過程簡單化
材料成型及控制工程專業(yè)基本采用集中式實(shí)習(xí)模式。大部分采用的形式是：每一個(gè)班配一名實(shí)習(xí)帶隊(duì)教師，按照實(shí)習(xí)日期下廠，進(jìn)行參觀性質(zhì)的實(shí)習(xí)。學(xué)生對(duì)循環(huán)“游覽式參觀”的實(shí)習(xí)過程產(chǎn)生厭惡感，從而也會(huì)失去實(shí)習(xí)的興趣。甚至在很多情況下，學(xué)生在一個(gè)生產(chǎn)車間參觀的時(shí)間往往只有十幾分鐘，然后就被工廠負(fù)責(zé)參觀的教師打發(fā)走了。
4.實(shí)習(xí)質(zhì)量很不樂觀
在生產(chǎn)企業(yè)實(shí)習(xí)中，由于整個(gè)生產(chǎn)流程附屬內(nèi)容很多，而且生產(chǎn)流水線通常較長，學(xué)生在實(shí)習(xí)過程中很容易被與專業(yè)內(nèi)容無關(guān)的東西所吸引，造成要學(xué)的東西沒學(xué)到，使得實(shí)習(xí)效果不佳。而目前的生產(chǎn)實(shí)習(xí)又多是參觀式實(shí)習(xí)，學(xué)生很少能夠真正參與到生產(chǎn)當(dāng)中，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)習(xí)內(nèi)容根本無法深入掌握。目前，材料成型及控制工程專業(yè)學(xué)生的生產(chǎn)實(shí)習(xí)質(zhì)量很不樂觀。其原因如下：
一是企業(yè)不愿意接待實(shí)習(xí)生。隨著國家經(jīng)濟(jì)體制改革和人們思想意識(shí)的變化，企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)繁重，在市場經(jīng)濟(jì)沖擊下，由于企業(yè)改制，生產(chǎn)實(shí)習(xí)也不可能以行政命令的形式強(qiáng)制企業(yè)接受。隨著學(xué)生數(shù)量增多，企業(yè)容量反而減少，因而企業(yè)擔(dān)心學(xué)生在車間實(shí)習(xí)會(huì)影響生產(chǎn)秩序和效益。特別是經(jīng)濟(jì)效益好、設(shè)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(xí);雖然有些企業(yè)愿意接待學(xué)生實(shí)習(xí)，但他們生產(chǎn)任務(wù)不多、設(shè)備陳舊、工藝落后、人員素質(zhì)欠缺，學(xué)生無法看到生產(chǎn)工藝的動(dòng)態(tài)過程，只能看到靜止不動(dòng)的設(shè)備，這一來，學(xué)生就沒有實(shí)際動(dòng)手的機(jī)會(huì)，實(shí)習(xí)效果不盡人意。由于大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)都有安全風(fēng)險(xiǎn)問題，企業(yè)擔(dān)心學(xué)生進(jìn)入企業(yè)后出現(xiàn)安全問題，因此，企業(yè)不愿意承擔(dān)安全風(fēng)險(xiǎn)。
二是學(xué)生積極性不高。當(dāng)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)生的觀念問題，導(dǎo)致學(xué)生們對(duì)專業(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(xí)興趣，致使實(shí)習(xí)積極性不高，實(shí)習(xí)效果不理想。甚至個(gè)別學(xué)生實(shí)習(xí)目的不明確，認(rèn)為實(shí)習(xí)只不過是形式而已。
二、生產(chǎn)實(shí)習(xí)改革思路及成果
針對(duì)材料成型及控制工程專業(yè)學(xué)生生產(chǎn)實(shí)習(xí)中存在的問題，為了在有限的時(shí)間內(nèi)提高實(shí)習(xí)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(wěn)固的校外生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地、建立開放的校內(nèi)實(shí)習(xí)基地、建設(shè)高水平實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師隊(duì)伍以外，還要?jiǎng)?chuàng)立多種實(shí)習(xí)形式來豐富實(shí)習(xí)內(nèi)容。本項(xiàng)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業(yè)鑄造、焊接和鍛沖三個(gè)模塊的國內(nèi)外典型生產(chǎn)線、代表性零件的生產(chǎn)過程、生產(chǎn)組織及管理等方面的多媒體視頻影像資料。
(2)開發(fā)制作典型設(shè)備和生產(chǎn)工藝的3D動(dòng)畫，揭示典型設(shè)備的工作原理和工作過程，以及典型生產(chǎn)工藝流程和細(xì)節(jié)。
(3)創(chuàng)建材料成型及控制工程專業(yè)數(shù)字化仿真實(shí)習(xí)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和虛擬實(shí)習(xí)，為下一步到工廠實(shí)際生產(chǎn)實(shí)習(xí)打好堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
(4)通過本項(xiàng)目培養(yǎng)出一支具有較高水平的實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師隊(duì)伍。
(5)對(duì)沈陽工業(yè)大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)教改實(shí)踐，由以前的傳統(tǒng)生產(chǎn)實(shí)習(xí)模式改革為數(shù)字化生產(chǎn)實(shí)習(xí)和工廠實(shí)際生產(chǎn)實(shí)習(xí)相結(jié)合的模式。
改革成果：本項(xiàng)目創(chuàng)建材料成型及控制工程專業(yè)數(shù)字化仿真實(shí)習(xí)系統(tǒng)，引入多媒體虛擬實(shí)習(xí)，并注重國內(nèi)外領(lǐng)先工藝和技術(shù)。其中數(shù)字化仿真實(shí)習(xí)系統(tǒng)軟件包括三張光盤，內(nèi)容涵蓋國內(nèi)材料成型及控制工程專業(yè)鑄造、焊接、鍛造三個(gè)模塊的典型生產(chǎn)線、代表性零件生產(chǎn)過程、生產(chǎn)組織及管理、車間廠房、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(shè)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(shè)備和生產(chǎn)工藝的3D動(dòng)畫，等等。
實(shí)習(xí)時(shí)，先在校內(nèi)進(jìn)行數(shù)字化仿真實(shí)習(xí)，然后去企業(yè)進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)實(shí)習(xí)，從而在降低實(shí)習(xí)費(fèi)用的情況下，較大程度地提高生產(chǎn)實(shí)習(xí)質(zhì)量，真正達(dá)到生產(chǎn)實(shí)習(xí)的實(shí)踐教學(xué)效果，為培養(yǎng)合格的材料成型及控制工程專業(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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
三、生產(chǎn)實(shí)習(xí)改革的實(shí)施方案
第一，聯(lián)系校外生產(chǎn)實(shí)習(xí)企業(yè)，進(jìn)行金屬材料類材料成型及控制工程專業(yè)實(shí)際生產(chǎn)狀況方面的調(diào)研，總結(jié)出其三個(gè)模塊(鑄造、焊接和鍛壓)的主要工藝和設(shè)備、主要產(chǎn)品類型及其生產(chǎn)線，分析了金屬材料類專業(yè)前沿技術(shù)和最新工藝的應(yīng)用狀況，以便修訂與本專業(yè)發(fā)展相適應(yīng)的生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)大綱和實(shí)習(xí)內(nèi)容。
第二，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)習(xí)大綱、“材料成形工藝”及“材料成形設(shè)備”等課程內(nèi)容，項(xiàng)目組研究確定材料成型及控制工程專業(yè)三個(gè)模塊具體需要錄制的工廠實(shí)際生產(chǎn)的視頻影像內(nèi)容，確定了需要制作動(dòng)畫的典型設(shè)備和生產(chǎn)工藝，確定了制作3D虛擬仿真實(shí)習(xí)系統(tǒng)的典型生產(chǎn)線，并在學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的組織協(xié)調(diào)下專門召開一次本專業(yè)的研討會(huì)，廣泛征求本專業(yè)資深教師意見，力求使本項(xiàng)目開發(fā)創(chuàng)建的數(shù)字化仿真實(shí)習(xí)系統(tǒng)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業(yè)三個(gè)模塊所需要的典型生產(chǎn)線、代表性零件生產(chǎn)過程、生產(chǎn)組織及管理、車間廠房、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(shè)備和技術(shù)方面的視頻影像資料。
第四，對(duì)多媒體視頻影像資料進(jìn)行非線性編輯、加工和合成。緊扣生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)大綱，將內(nèi)容進(jìn)行精煉，并加配教師解說錄音和文字字幕。讓學(xué)生在使用數(shù)字化仿真實(shí)習(xí)視頻后，能對(duì)本專業(yè)的國際和國內(nèi)生產(chǎn)狀況有一個(gè)全面的了解，并對(duì)下一步的工廠實(shí)際生產(chǎn)實(shí)習(xí)做到心中有數(shù)、胸有成竹。
第五，通過電腦制作典型設(shè)備和生產(chǎn)工藝的3D動(dòng)畫，如低壓鑄造工藝等無法實(shí)際觀測到的工藝過程或工作原理，有利于學(xué)生更好地掌握典型設(shè)備的工作原理和工作過程，以及典型生產(chǎn)工藝的流程及其細(xì)節(jié)。
第六，創(chuàng)建了材料成型及控制工程專業(yè)數(shù)字化仿真實(shí)習(xí)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和虛擬實(shí)習(xí)(虛擬實(shí)習(xí)就是以國際上先進(jìn)的生產(chǎn)線影視資料為主線，再通過動(dòng)畫形式展現(xiàn)生產(chǎn)線上每道工序工藝過程，立體再現(xiàn)生產(chǎn)線所涉及的設(shè)備、工裝等工作原理，達(dá)到學(xué)生通過虛擬實(shí)習(xí)就好像親臨現(xiàn)場，同時(shí)又能了解生產(chǎn)工藝和設(shè)備的工作原理)。
第七，在數(shù)字化仿真實(shí)習(xí)系統(tǒng)的開發(fā)和實(shí)踐過程中，培養(yǎng)出一支具有較高水平的實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師隊(duì)伍。無論在實(shí)習(xí)內(nèi)容的把握和教學(xué)方面，還是教師本身的專業(yè)知識(shí)和計(jì)算機(jī)能力方面，通過本項(xiàng)目的實(shí)施，項(xiàng)目組教師的水平均將獲得顯著提高。
第八，于2011年和2012年連續(xù)兩個(gè)年度對(duì)沈陽工業(yè)大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)本科學(xué)生進(jìn)行了生產(chǎn)實(shí)習(xí)教改實(shí)踐。以往的生產(chǎn)實(shí)習(xí)模式是：共實(shí)習(xí)四周，去長春一汽二周，然后去朝陽柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廠一周半左右，剩余時(shí)間學(xué)生整理實(shí)習(xí)日記和實(shí)習(xí)報(bào)告，最后一天完成實(shí)習(xí)成績的考核和評(píng)定。經(jīng)過兩年教改，現(xiàn)改革為：時(shí)間仍然為四周，但在實(shí)習(xí)的第一天就讓學(xué)生集中應(yīng)用數(shù)字化仿真實(shí)習(xí)系統(tǒng)。在這一天的時(shí)間里，指導(dǎo)教師要指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用數(shù)字化仿真實(shí)習(xí)系統(tǒng)軟件，讓學(xué)生對(duì)材料成型及控制工程專業(yè)生產(chǎn)的狀況有一個(gè)全面了解，知道到企業(yè)中應(yīng)該學(xué)習(xí)什么以及如何去學(xué)習(xí);讓學(xué)生對(duì)國內(nèi)外先進(jìn)的材料成形工藝、設(shè)備和技術(shù)方面有所了解。另外，學(xué)生在工廠實(shí)際生產(chǎn)實(shí)習(xí)的過程中，從工廠返回宿舍后的空余時(shí)間里，還可以自行利用數(shù)字化仿真實(shí)習(xí)系統(tǒng)軟件來鞏固實(shí)習(xí)效果。這樣，由以前的傳統(tǒng)生產(chǎn)實(shí)習(xí)模式改革為數(shù)字化仿真實(shí)習(xí)和工廠實(shí)際生產(chǎn)實(shí)習(xí)相結(jié)合的模式，從而真正提高了學(xué)生的生產(chǎn)實(shí)習(xí)質(zhì)量和效果，達(dá)到了本項(xiàng)目的教學(xué)改革目標(biāo)。
四、生產(chǎn)實(shí)習(xí)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(xí)興趣。學(xué)生對(duì)生產(chǎn)實(shí)習(xí)本來就很期待，他們其實(shí)是非常愿意接觸工廠的生產(chǎn)實(shí)際的。生產(chǎn)實(shí)習(xí)的第一天就讓他們對(duì)自身專業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)狀況有清晰而全面的了解，并對(duì)國內(nèi)外先進(jìn)的設(shè)備和工藝技術(shù)進(jìn)行接觸，這種通過數(shù)字化仿真實(shí)習(xí)系統(tǒng)，提前介入實(shí)習(xí)的方式，更加促使學(xué)生產(chǎn)生了去真正的工廠車間學(xué)習(xí)實(shí)際專業(yè)知識(shí)的濃厚興趣。
第二，大大提高了學(xué)生的實(shí)習(xí)質(zhì)量。數(shù)字化仿真實(shí)習(xí)系統(tǒng)充分利用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、視頻攝像技術(shù)、圖像處理技術(shù)、三維動(dòng)畫技術(shù)等，既注重工廠生產(chǎn)現(xiàn)場布局的全面觀察，又突出顯示生產(chǎn)過程中的局部和細(xì)節(jié)，使學(xué)生對(duì)生產(chǎn)實(shí)際中涉及的相關(guān)專業(yè)知識(shí)學(xué)得不但更全面而且更加深入。數(shù)字化仿真實(shí)習(xí)和工廠實(shí)際生產(chǎn)實(shí)習(xí)相結(jié)合的實(shí)習(xí)模式，在不增加學(xué)生實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)的情況下，大大提高了學(xué)生的實(shí)習(xí)質(zhì)量和效果。
第三，提高了學(xué)生的綜合能力和素質(zhì)。數(shù)字化仿真實(shí)習(xí)系統(tǒng)不但直接指導(dǎo)學(xué)生如何來進(jìn)行實(shí)習(xí)，讓學(xué)生對(duì)本專業(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)畫技術(shù)等，擴(kuò)大了知識(shí)面，增加了感性認(rèn)識(shí)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際生產(chǎn)意識(shí)，有利于增強(qiáng)學(xué)生的工程意識(shí)、社會(huì)意識(shí)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(yǎng)出了一支較高水平的實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師隊(duì)伍。
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