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淺談材料成型及控制工程專業(yè)仿真實習系統(tǒng)論文
在高校工科人才培養(yǎng)計劃中，實習占著舉足輕重、無可替代的重要地位，尤其是生產(chǎn)實習。生產(chǎn)實習是工科專業(yè)重要的實踐教學內(nèi)容，是培養(yǎng)學生工程實踐能力和創(chuàng)新意識必不可少的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)應用型人才的重要途徑。通過生產(chǎn)實習，能夠使學生直接了解本專業(yè)的實際生產(chǎn)過程，強化理論與生產(chǎn)實際的結(jié)合，加深對所學專業(yè)知識的理解，并為后續(xù)專業(yè)課程的學習和走上工作崗位提供必要的感性認識和實際生產(chǎn)的初步經(jīng)驗。因此，生產(chǎn)實習在應用性本科人才培養(yǎng)過程中的地位和作用非常重要，必須認真探索生產(chǎn)實習課程的教學方法，總結(jié)生產(chǎn)實習教學中的經(jīng)驗和存在的問題，進一步提高生產(chǎn)實習的質(zhì)量。
一、傳統(tǒng)生產(chǎn)實習模式及存在的問題
1.實習單位難以聯(lián)系和穩(wěn)固
實習單位之所以難以聯(lián)系和穩(wěn)固主要有三個原因。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，學生人數(shù)增加，導致大多數(shù)原有的定點實習單位不能一次接收這么多學生。二是企業(yè)對接納學生實習缺少積極性，企業(yè)沒有認識到培養(yǎng)高素質(zhì)人才是學校和企業(yè)共同的責任，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)人才的責任都交給了學校，把培訓教育學生視為額外負擔。三是企業(yè)擔心大批學生實習對生產(chǎn)帶來影響及存在安全隱患問題。特別是技術(shù)比較先進的實習單位更是難以聯(lián)系，導致學生往往很難接觸到國際領(lǐng)先的工藝、設備和技術(shù)。
2.實習經(jīng)費不足
隨著市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，消費價格調(diào)控機制已成為市場運作的主要手段，實習過程中涉及到的交通、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，實習經(jīng)費出現(xiàn)了較大缺口。這種缺口對實習產(chǎn)生了直接影響，導致了實習效果得不到保證。以沈陽工業(yè)大學材料成型及控制工程專業(yè)為例，2005年該專業(yè)的生產(chǎn)實習費用需11萬元左右，到2010年生產(chǎn)實習費用接近20萬元，為了節(jié)省經(jīng)費，只好將實習時間縮短，將實習工廠數(shù)量減少。隨著物價的進一步上漲，今后的生產(chǎn)實習實際費用仍將繼續(xù)增加。
3.實習形式和過程簡單化
材料成型及控制工程專業(yè)基本采用集中式實習模式。大部分采用的形式是：每一個班配一名實習帶隊教師，按照實習日期下廠，進行參觀性質(zhì)的實習。學生對循環(huán)“游覽式參觀”的實習過程產(chǎn)生厭惡感，從而也會失去實習的興趣。甚至在很多情況下，學生在一個生產(chǎn)車間參觀的時間往往只有十幾分鐘，然后就被工廠負責參觀的教師打發(fā)走了。
4.實習質(zhì)量很不樂觀
在生產(chǎn)企業(yè)實習中，由于整個生產(chǎn)流程附屬內(nèi)容很多，而且生產(chǎn)流水線通常較長，學生在實習過程中很容易被與專業(yè)內(nèi)容無關(guān)的東西所吸引，造成要學的東西沒學到，使得實習效果不佳。而目前的生產(chǎn)實習又多是參觀式實習，學生很少能夠真正參與到生產(chǎn)當中，導致學生對實習內(nèi)容根本無法深入掌握。目前，材料成型及控制工程專業(yè)學生的生產(chǎn)實習質(zhì)量很不樂觀。其原因如下：
一是企業(yè)不愿意接待實習生。隨著國家經(jīng)濟體制改革和人們思想意識的變化，企業(yè)生產(chǎn)任務繁重，在市場經(jīng)濟沖擊下，由于企業(yè)改制，生產(chǎn)實習也不可能以行政命令的形式強制企業(yè)接受。隨著學生數(shù)量增多，企業(yè)容量反而減少，因而企業(yè)擔心學生在車間實習會影響生產(chǎn)秩序和效益。特別是經(jīng)濟效益好、設備先進、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生實習;雖然有些企業(yè)愿意接待學生實習，但他們生產(chǎn)任務不多、設備陳舊、工藝落后、人員素質(zhì)欠缺，學生無法看到生產(chǎn)工藝的動態(tài)過程，只能看到靜止不動的設備，這一來，學生就沒有實際動手的機會，實習效果不盡人意。由于大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)都有安全風險問題，企業(yè)擔心學生進入企業(yè)后出現(xiàn)安全問題，因此，企業(yè)不愿意承擔安全風險。
二是學生積極性不高。當前由于材料行業(yè)中發(fā)展較好的企業(yè)并不多，以及學生的觀念問題，導致學生們對專業(yè)產(chǎn)生厭惡心理，畢業(yè)后不愿意從事本行業(yè)，缺乏學習興趣，致使實習積極性不高，實習效果不理想。甚至個別學生實習目的不明確，認為實習只不過是形式而已。
二、生產(chǎn)實習改革思路及成果
針對材料成型及控制工程專業(yè)學生生產(chǎn)實習中存在的問題，為了在有限的時間內(nèi)提高實習質(zhì)量和實踐教學效果，讓學生在學期間能夠最大化地提高實踐能力，除了需要建立穩(wěn)固的校外生產(chǎn)實習基地、建立開放的校內(nèi)實習基地、建設高水平實習指導教師隊伍以外，還要創(chuàng)立多種實習形式來豐富實習內(nèi)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業(yè)鑄造、焊接和鍛沖三個模塊的國內(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)制作典型設備和生產(chǎn)工藝的3D動畫，揭示典型設備的工作原理和工作過程，以及典型生產(chǎn)工藝流程和細節(jié)。
(3)創(chuàng)建材料成型及控制工程專業(yè)數(shù)字化仿真實習系統(tǒng)，實現(xiàn)學生的自主學習和虛擬實習，為下一步到工廠實際生產(chǎn)實習打好堅實基礎(chǔ)。
(4)通過本項目培養(yǎng)出一支具有較高水平的實習指導教師隊伍。
(5)對沈陽工業(yè)大學材料成型及控制工程專業(yè)進行生產(chǎn)實習教改實踐，由以前的傳統(tǒng)生產(chǎn)實習模式改革為數(shù)字化生產(chǎn)實習和工廠實際生產(chǎn)實習相結(jié)合的模式。
改革成果：本項目創(chuàng)建材料成型及控制工程專業(yè)數(shù)字化仿真實習系統(tǒng)，引入多媒體虛擬實習，并注重國內(nèi)外領(lǐng)先工藝和技術(shù)。其中數(shù)字化仿真實習系統(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動畫，等等。
實習時，先在校內(nèi)進行數(shù)字化仿真實習，然后去企業(yè)進行實際生產(chǎn)實習，從而在降低實習費用的情況下，較大程度地提高生產(chǎn)實習質(zhì)量，真正達到生產(chǎn)實習的實踐教學效果，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實基礎(chǔ)。
三、生產(chǎn)實習改革的實施方案
第一，聯(lián)系校外生產(chǎn)實習企業(yè)，進行金屬材料類材料成型及控制工程專業(yè)實際生產(chǎn)狀況方面的調(diào)研，總結(jié)出其三個模塊(鑄造、焊接和鍛壓)的主要工藝和設備、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)和最新工藝的應用狀況，以便修訂與本專業(yè)發(fā)展相適應的生產(chǎn)實習教學大綱和實習內(nèi)容。
第二，根據(jù)生產(chǎn)實習大綱、“材料成形工藝”及“材料成形設備”等課程內(nèi)容，項目組研究確定材料成型及控制工程專業(yè)三個模塊具體需要錄制的工廠實際生產(chǎn)的視頻影像內(nèi)容，確定了需要制作動畫的典型設備和生產(chǎn)工藝，確定了制作3D虛擬仿真實習系統(tǒng)的典型生產(chǎn)線，并在學院領(lǐng)導的組織協(xié)調(diào)下專門召開一次本專業(yè)的研討會，廣泛征求本專業(yè)資深教師意見，力求使本項目開發(fā)創(chuàng)建的數(shù)字化仿真實習系統(tǒng)科學、實用、先進。
第三，分別錄制材料成型及控制工程專業(yè)三個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，并注重錄像效果和攝像技巧。同時，搜集國際最先進的材料成形工藝、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行非線性編輯、加工和合成。緊扣生產(chǎn)實習教學大綱，將內(nèi)容進行精煉，并加配教師解說錄音和文字字幕。讓學生在使用數(shù)字化仿真實習視頻后，能對本專業(yè)的國際和國內(nèi)生產(chǎn)狀況有一個全面的了解，并對下一步的工廠實際生產(chǎn)實習做到心中有數(shù)、胸有成竹。
第五，通過電腦制作典型設備和生產(chǎn)工藝的3D動畫，如低壓鑄造工藝等無法實際觀測到的工藝過程或工作原理，有利于學生更好地掌握典型設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)字化仿真實習系統(tǒng)，實現(xiàn)了學生的自主學習和虛擬實習(虛擬實習就是以國際上先進的生產(chǎn)線影視資料為主線，再通過動畫形式展現(xiàn)生產(chǎn)線上每道工序工藝過程，立體再現(xiàn)生產(chǎn)線所涉及的設備、工裝等工作原理，達到學生通過虛擬實習就好像親臨現(xiàn)場，同時又能了解生產(chǎn)工藝和設備的工作原理)。
第七，在數(shù)字化仿真實習系統(tǒng)的開發(fā)和實踐過程中，培養(yǎng)出一支具有較高水平的實習指導教師隊伍。無論在實習內(nèi)容的把握和教學方面，還是教師本身的專業(yè)知識和計算機能力方面，通過本項目的實施，項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)兩個年度對沈陽工業(yè)大學材料成型及控制工程專業(yè)本科學生進行了生產(chǎn)實習教改實踐。以往的生產(chǎn)實習模式是：共實習四周，去長春一汽二周，然后去朝陽柴油發(fā)動機廠一周半左右，剩余時間學生整理實習日記和實習報告，最后一天完成實習成績的考核和評定。經(jīng)過兩年教改，現(xiàn)改革為：時間仍然為四周，但在實習的第一天就讓學生集中應用數(shù)字化仿真實習系統(tǒng)。在這一天的時間里，指導教師要指導學生應用數(shù)字化仿真實習系統(tǒng)軟件，讓學生對材料成型及控制工程專業(yè)生產(chǎn)的狀況有一個全面了解，知道到企業(yè)中應該學習什么以及如何去學習;讓學生對國內(nèi)外先進的材料成形工藝、設備和技術(shù)方面有所了解。另外，學生在工廠實際生產(chǎn)實習的過程中，從工廠返回宿舍后的空余時間里，還可以自行利用數(shù)字化仿真實習系統(tǒng)軟件來鞏固實習效果。這樣，由以前的傳統(tǒng)生產(chǎn)實習模式改革為數(shù)字化仿真實習和工廠實際生產(chǎn)實習相結(jié)合的模式，從而真正提高了學生的生產(chǎn)實習質(zhì)量和效果，達到了本項目的教學改革目標。
四、生產(chǎn)實習改革實施的效果及意義
第一，大大提高了學生的實習興趣。學生對生產(chǎn)實習本來就很期待，他們其實是非常愿意接觸工廠的生產(chǎn)實際的。生產(chǎn)實習的第一天就讓他們對自身專業(yè)的實際生產(chǎn)狀況有清晰而全面的了解，并對國內(nèi)外先進的設備和工藝技術(shù)進行接觸，這種通過數(shù)字化仿真實習系統(tǒng)，提前介入實習的方式，更加促使學生產(chǎn)生了去真正的工廠車間學習實際專業(yè)知識的濃厚興趣。
第二，大大提高了學生的實習質(zhì)量。數(shù)字化仿真實習系統(tǒng)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)過程中的局部和細節(jié)，使學生對生產(chǎn)實際中涉及的相關(guān)專業(yè)知識學得不但更全面而且更加深入。數(shù)字化仿真實習和工廠實際生產(chǎn)實習相結(jié)合的實習模式，在不增加學生實習經(jīng)費的情況下，大大提高了學生的實習質(zhì)量和效果。
第三，提高了學生的綜合能力和素質(zhì)。數(shù)字化仿真實習系統(tǒng)不但直接指導學生如何來進行實習，讓學生對本專業(yè)的生產(chǎn)狀況有全面了解，而且讓學生領(lǐng)略到了多媒體技術(shù)、課件制作技術(shù)、圖像動畫技術(shù)等，擴大了知識面，增加了感性認識，有利于培養(yǎng)學生的實際生產(chǎn)意識，有利于增強學生的工程意識、社會意識和社會實踐能力，有利于發(fā)展學生的創(chuàng)造能力。
第四，培養(yǎng)出了一支較高水平的實習指導教師隊伍。
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