采用五星教学法对注塑模具设计课堂的设计

学生课堂
2019 年 9 月19
采用五星教学法对注塑模具设计课堂的设计
韩先征1　夏继梅2
（1.青岛职业技术学院　山东青岛　266555；2.山东劳动职业技术学院　山东济南　250022）
摘　要：采用五星教学原理对塑料模具设计与制造课程中的温控系统部分的教学进行设计。

首先提出教学目标，然后按照导入旧知、展示新知、应用新知和融会贯通几个过程安排教学。

教学模式采用项目教学，内容选取于典型的工作任务。

“小组学习”组织教学，采用引导文、讨论、案例比较教学方法。

“构思-运行-评价-结论”形成一个封闭循环。

关键词：五星教学　教学设计　教学方法　塑料模具课程
引言
注塑模具是多种工业产品生产中的重要装备，塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门都有广泛应用。

注塑模具设计这门课程对模具设计与制造专业的高职学生是一门重要的专业课程，也是一门知识性比较综合的一门课。

注塑模具的专业程度高，结构上较为复杂，成型过程机理抽象。

模具成型所用的材料塑料是高分子材料，其性能特点为多数学生来讲难以把握。

学生在注塑模具学习过程中遇到很大的困难，单纯的课堂讲解加模具结构认识操作模式带来的效果并不明显。

如何设计“模具设计”课堂使课堂教学更有效，摆在模具专业教师面前的一个迫切而困惑的问题。

在“学教做”一体化，工学结合的教学模式引导下，在理论部分学习完成后安排相应的动手完成相应的任务或实验，使学生在理论的指导下相互协作或独立完成任务。

通过任务完成的实践相应的促进学生对理论知识的理解，这样使理论教学和实验教学的衔接更紧密。

通过实践，学生的学习兴趣普遍提高，而且独立思考和分析解决问题的能力得到提高，获取的这些能力对他们成为较为全面的综合性应用型人才有很大帮助。

由于没有较为标准的程式可寻，教师在实践当中出现对新教学模式的模糊认识，贯彻过程出现反复。

通过学习“五星教学法”来设计我们的“塑料模具设计与制造”专业课程的课堂效果更理想，教师在运用中“可操作性”比较强。

[1]
五星教学模式，又称“五星教学原理”，是由美国犹他州立大学教授、当代著名教学设计与教学技术专家，教育心理学家戴维·梅里尔（M. David Merrill ）博士提出的，五星教学模式的基本框架：
（1）学习者在真实的任务情境中进行学习；（2）学习者的相关知识经验被激活；
（3）向学习者充分地展示论证新知识技能；（4）学习者应用新获得的知识和技能；
（5）学习者将新知识和技能整合到日常生活中。

其中，呈现“真实的任务情境”是小学教学原理的核心，五星教学模式是在“面对完整任务”（即“专注于解决问题”）的教学宗旨下。

梅里尔认为教学应该由一个不断重复的四阶段循环圈——“激活旧知识”，“论证新知”，“应用新知识”和“融会贯通”。

具体的教学任务（教学事实、概念、程序、原则等）应在逐步的实际问题情境下进行，即先将问题呈现给学习者，然后针对具体的任务进行教学；然后展示如何将所学的具体知识应用于解决问题或完成整体任务。

只有满足这些要求，才能满足学生心理发展对素质和教学效率的要求。

下面是如何运用梅里尔的“五星教学模式”设计模具设计专业课课堂。

一、“塑料模具设计与制造”课堂设计
课堂任务-纳物盒模具的冷却水道设计。

在本节课程之前已学习塑料模具的结构、塑料的基本特性，注塑成型的过程等知识。

学生已基本了解成型系统，浇注系统，导向系统，推出系统等方面的知识。

注塑模具冷却系统的设计直接影响
到注塑模具的生产效率和质量，冷却系统的冷却效果决定了冷却时间，注塑模具的冷却时间约占整个注塑周期的2/3。

优化后的冷却系统能显著缩短冷却时间，提高注塑模具的生产效率。

冷却系统的知识和设计方法对缺乏实际应用实践经验的学生来说是相当有难度的部分。

[2]
本节课的学习目标：了解冷却系统的作用。

熟悉水道的布置方式，设计本模具的水道。

认识冷却系统的典型零件及作用，如密封圈、水嘴等。

掌握与应用水道的设计原则。

二、激活旧识
1．首先向学生导入模具为什么要冷却。

通过提出问题，让学习小组广开思路，然后每个小组要展示2~3个问题的答案。

最终形成统一的答案，答案要点如下：（1）从生产效率上考量决定的。

在此可以让学生回忆并确认前面已经讲述过的塑料成型过程的步骤。

（2）从控制塑料制品的质量决定的。

用图片展示塑料制品的质量缺陷，讨论哪些质量缺陷与温度控制的关系影响较大？（3）控制模具中某些运动构件的热变形，保障其运动的平顺。

2．模具的热量带入源。

根据实验数据，主要由熔体带给模具热量。

3．冷却的基本原理。

通过讨论冷却方案，让学生选择1~2种自己认为的可行方案。

（1）通过空气辐射、对流传到空气中。

（2）模具中的热传导。

（3）模具冷却水管壁到冷却水的热传导。

[3]
三、展示、论证新知
通过讲解、展示、分析的方法，从下面几个方面介入模具冷却水到设计的原则。

模具温度的分布情况。

采用CAE （计算机辅助工程）软件分析模具的温度分布情况，让学生对模具温度分布情况有整体的概念。

在允许的条件下，冷却通道距离腔壁不应过远，也不应过近，以免影响冷却效果和注塑模具的强度，通常在12~20mm 的范围内。

注意平衡注塑模具不同部位的冷却，同一注塑件不同部位的冷却应与注塑件的厚度相匹配，当制造部分厚度均匀时，从所有冷却通道到腔体表面的距离尽可能相等。

当零件的壁厚不均匀时，在壁厚处设置较小的冷却通道，冷却通道不得穿过设有镶块或其接缝部位，以防止漏水。

冷却通道中不应有存水或回流。

冷却通道的直径一般不小于8毫米。

为了避免过大的压降，进水管直径的选择不应超过冷却通道的水流速度。

型腔、型芯或成形芯应分别冷却，并保证其冷却平衡，浇口部位是注塑模具中最热的部位，应加强冷却。

一般将冷却水的人口设在浇口处，使冷却水先通过浇口处，避免在注塑制品的熔点处打开冷却通道，以免降低这里注塑制品的强度。

进口和出口接头应位于不影响操作的方向，尽可能位于注塑模具的同一侧，通常朝向注塑成型机的背面。

水管连接必须密封，以确保不泄
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漏。

注塑模具只有一个进水口和一个出水口时，冷却管应串联，连接因各电路的流动阻力不同，难以形成相同的冷却条件。

四、应用新知
安排一个任务，即进行纳物盒盖冷流道模具的冷却系统设计。

学生在开始可能无所适从，可以让学生首先参考一个同类模具的水路设计。

这个“参考”案例可以采用一下几种方式：
真实的模具模型让学生去拆装，这个方法可能耗时稍多，但效果较好，学生对塑料模具的认知会得到进一步地加深。

3D 模型或2D 设计案例。

注射模具结构复杂，一般情况下由成型部件、浇注系统、导向系统、推出系统、温控系统等组成。

虽然模具构件单个件相对比较简单，但组成件数量、种类都很多，其间相互配合的精度又有特定的要求，所以整体的结构就比较复杂，数量在几十或几百。

其温控系统中常用的零件就有运水孔、水管、水嘴、密封圈、堵头、水井、隔流片等，为了清晰地表示主要构件的配合和相互位置关系及复杂的结构形状，可用传统的二维图示教学来理解注射模的组成、模具闭合和开模时运动组件的相对运动关系。

或者利用三维模型或VR （虚拟现实）进行模具案例的展示，可收到良好的教学效果。

上述过程完成后，学生可能采用“类比法”进行此模具水道的初步设计方案。

在这个阶段可以采用“学习小组”组内协作方式完成。

组员之间进行讨论和互评，评价的依据和判定标准主要依照在展示论证新知阶段已导入的模具冷却水道设计的原则。

经过讨论“学习小组”评选出1~2个小组内的最优方案用于在全班展示。

研讨——提问——评价——结论过程完成后，学生对照优选案例修正更改自己的原来设计方案，最后提交作业。

五、融会贯通
学生在完成初步的冷却水道的设计后，整个设计方案的效果如何？如何检验？都是学生面对面的疑问。

可以预测的方案大致如下
几个：
按照设计完整的加工出模具，再进行检验检测。

参照设计真实加工出一个模型出来，然后再实验验证。

利用CAE （计算机辅助工程）技术进行分析，可获得经济的冷却时间、合理的注塑模具冷却管道尺寸和布置，使塑件尽可能地均匀冷却。

通过方案讨论的方式，让学生总结出每种方案从经济性、质量和效能等方面各自的优缺点，最终达成共识。

总结与反思
塑料模具设计课程是即包含描述性知识又包含程序性知识的专业课程，此类型课程教学过程比较适合采用“五星教学法”进行设计。

采用项目教学，目标导向，学习者对于各种问题做出明确比较分析，才能促进学习。

学习者在完成任务或问题解决后水平才能更好地促进。

教学的根本目的是培养人而不是知识、技能本身，因为只有被人掌握的知识和技能才能发挥作用。

教学过程的设计要基于学生的现有基础，现有教学资源，更要关注教学目标的达成度，在教学目标、教学活动、教学资源上高度统一。

参考文献[1]刘小晶,张剑平,杜卫锋.基于五星教学原理的微课教学设计研究[J].现代远程教育研究,2015(1).
[2]孙文波.新课程课堂教学设计研究——“五星”教学设计的探索[M].杭州：浙江大学出版社,2006.11.
[3]基于五星教学原理的信息技术教学设计研究-——以“Flash 引导ｈ线动画”一课为例邹剑霞等,中国教育信息化2015.22.
作者简介韩先征（1965—），男，汉族，山东曹县人，青岛职业技术学院教授，工学硕士，主要研究方向机械CAD/CAM 。

保证。

微课需要以一些短视频为主，进行作业，案例，素材等方面的学习，还要构建完善的回答疑问，测试，调查等自主学习的反馈信息。

教师要明确相应的教学目的，它的主要理念就是要吸引学生的兴趣，实现学生知识的内化。

其次它的原则是将一些系统的知识放在课堂上进行完成，实现师生互动，生生互动等，教师需要突出学生的主体地位。

2．使用微课的方式三位一体
想要做到加入翻转课堂的模式，就需要做到份课前，课中和课后三位一体。

在进行课程准备的时候，教师要把相应的内容分离出来进行微课制作，在发放相应的任务单，让学生知道学习的目标，进行自主学习。

在进行课程的时候，教师要求学生使用学习的内容进行问题的解决，像小组讨论，探究等等。

这样探究的过程也是交流的过程，参与的过程，可以很好地锻炼学生的问题解决能力。

等
到问题解决后，教师就可以布置新的任务，包括刚才没有解决的问题，学生继续探究，教师作为辅导者的身份出现，适当的集体讲解或者反复辅导。

总之要让学生完成知识的内化。

课后的部分教师就要根据学生的表现进行点评，将一些优秀的内容再次用微课的形式展示。

这样的方式就可以实现教学和信息的融合，促进多方的互动，提高教学的有效性。

结语
总而言之，需要更加重视翻转课堂在中小学中的应用，不断地进行优化和改进，提高教学的有效性，促进学生的发展。

参考文献[1]罗晓.中小学翻转课堂中师生行为互动对教学效果的影响研究[J].中等教育,2017(10).
[2]张倩.我国中小学翻转课堂管理问题及对策研究[J].初等教育,2018(2).
（上接第17页）。