液態成形與模具方向課程設計教學改革與實踐

摘要：以提高學生液態成形工藝與模具設計能力和提高學生分析和解決鑄造工程實際問題的能力為出發點，在材料成型及控制工程專業液態成形與模具方向（鑄造方向）課程設計教學中進行了改革，取得了良好的效果。聘請鑄造企業技術人員做兼職指導教師，建設了以企業實際生產零件為主的課程設計題庫，使學生“真刀真槍”做課程設計；選派教師到鑄造企業實踐，提高教師的鑄造工程意識和實踐能力；在課程設計中引入鑄造過程模擬，提高了學生的學習興趣和積極性，增強了學生的分析問題和解決問題能力；學生鑄造工藝設計能力明顯提高，就業競爭力顯著增強。

關鍵詞：液態成形與模具方向；課程設計；教學改革

中圖分類號：G423.07 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）03-0045-02

專業課程設計是本科教學體系中重要的實踐性環節，起著促進學生將理論知識轉化為實踐應用能力的重要作用。專業課程設計是學生綜合運用本專業前修課程的基礎理論進行的工程設計的嘗試，是培養學生綜合應用能力和創新意識的重要手段，它是對前期理論教學效果檢驗和評價的一種十分有效的形式[1]。南昌航空大學材料成型及控制工程專業液態成形與模具方向（鑄造方向）課程設計是《液態金屬成形工藝》、《金屬液態成型模具設計》和《液態金屬精密成形技術》等課程教學過程的一個不可缺少的組成部分，也是液態成形與模具工程技術人員進行工程設計的基本能力訓練的重要方式，其目的在于使學生鞏固和擴充所學的鑄造工藝知識，提高計算、識圖、繪圖、鑄造設計手冊運用和理論聯系實際的能力。近年來，隨著本專業學生規模不斷擴大，我們及時分析鑄造方向課程設計教學中出現的新問題，以提高學生鑄造工藝與模具設計能力提高學生分析和解決鑄造工程實際問題的能力為出發點，對鑄造方向課程設計教學進行改革，取得了較好的效果。

一、鑄造課程設計存在的問題

我校每屆學生安排在在第7學期后4周進行課程設計。學生須在規定的時間內獨立完成給定零件的鑄造工藝和相應模具設計任務。學生根據鑄造工藝設計手冊，結合零件的材質、結構特點、技術要求和批量等對零件進行鑄造工藝性分析，選擇合理的鑄造工藝方法，制定鑄造工藝方案，確定鑄造工藝參數，設計澆鑄系統和冒口的形狀和尺寸，設計與鑄造工藝相適應的工裝。鑄造課程設計的主要特點是結合所學鑄造專業知識解決實際生產問題，是學生首次對專業知識的綜合運用[2]。因此，課程設計題目既要結合所學課堂重點內容又要符合企業生產實際。同時，為了達到培養學生獨立從事工程設計能力的目的，課程設計的題目數量要足夠多，應滿足1人1題。隨著學生規模的增大，我校鑄造方向每屆有3個班，約120人。課程設計教學效果未能完全達到教學大綱的要求，主要存在以下問題：（1）課程設計題目過于陳舊，與企業實際生產脫節，達不到培養學生工程實踐能力的目的，與企業對學生的能力要求有一定距離；而且我校由于歷史原因，題目覆蓋面較窄，主要為航空用鋁合金、鎂合金零件為主，其他民用材料如球鐵、鑄鋼較少，使學生再就業面上處于劣勢。（2）課程設計題庫零件圖數量少，難以滿足1人1題的要求，存在多人一題現象，起不到培養學生獨立從事工程設計的能力的作用。（3）由于科研需求，引進一些非鑄造專業的青年教師，這些教師本身鑄造知識薄弱，缺乏鑄造工程實踐經驗。（4）通常，學生完成課程設計的鑄件不進行實際澆注實驗驗證，學生不清楚自己設計的鑄造工藝是否合理，也就不可能提出更合理的設計方案，不利于培養學生分析問題和解決問題的能力。（5）大型現代化鑄造企業已將計算機模擬技術用于優化鑄造工藝設計[2、3]，如果鑄造專業學生在校期間不掌握鑄造過程計算機模擬技術，無疑將不能適應鑄造企業的要求。

二、鑄造課程設計改革與實踐

1.“真刀真槍”做課程設計。我校曾隸屬于航空工業總公司，主要為航空企事業培養學生，課程設計主要以航空用鋁合金、鎂合金零件為主。1999年，南昌航空大學實行江西省人民政府與國防科工局共建后，堅持“立足江西、面向全國，服務地方、服務國防”的服務方向。大部分學生畢業后在地方企業就業，因此，我校鑄造方向建立了洪都航空工業集團公司、中國南方航空工業集團有限公司、江鈴汽車股份有限公司、江西宏偉汽車零部件制造有限公司、浙江閥門超達鑄造有限公司等涵蓋航空、地方企業的校外實踐實習基地。通過協商，這些企業提供大量實際生產零件建設課程設計題庫，戴斌煜等老師完成省教改課題：“液態成形與模具專業方向課程設計數據包開發（編號：JXJG-07-7-22）”。以解決企業實際生產問題為題目，使學生“真刀真槍”做課程設計。題目涵蓋鋁合金、鎂合金、鑄鋼、球墨鑄鐵和灰鑄鐵等多種材質，數量滿足1人1題的要求，可以滿足學生根據畢業去向和興趣選題。同時，為了確實提高學生解決工程實踐能力，聘請企業鑄造技術人員做兼職指導教師，和校內教師一起指導學生課程設計，強化學生液態成形工藝設計能力。

2.提高青年教師鑄造工程實踐能力。近五年，針對學科建設和科研需求，引進了多名非鑄造專業博士、碩士青年教師充實教師隊伍。但這些教師在鑄造相關課程方面，尤其課程設計教學能力偏弱。為了盡快幫助青年教師提高教學能力，尤其指導課程設計實踐教學能力，組織青年教師到鑄造企事業單位交流學習，選派5名青年教師到校外實踐實習基地進行為期半年的掛職鍛煉，深入鑄造生產一線，了解鑄造新工藝、新設備和新材料，豐富鑄造工程實踐經驗，提高分析和解決實際鑄造工程問題的能力，達到快速提高青年教師指導學生鑄造課程設計能力的目的。

3.鑄造過程模擬優化鑄造工藝設計。近年來，國外已經使用計算機模擬技術優化鑄造工藝設計[2，3]，根據鑄件鑄造過程模擬結果，判斷鑄造過程中是否會產生冷隔、澆不足、縮孔、縮松、變形和裂紋等鑄造缺陷。為適應現代鑄造生產的要求，在鑄造課程設計中增加了鑄造過程模擬的內容，用于優化鑄造工藝設計。我校在第7學期鑄造課程設計前開設了32學時的《鑄造過程數值模擬》課程，其中16學時為上機操作，向學生講授鑄件充型過程流場模擬、凝固過程溫度場模擬方面知識和技能，為課程設計打好基礎。教學實踐表明，課程設計引入鑄造過程模擬技術，使設計結果可視化，學生可以對所設計的鑄造工藝進行驗證，預測出現鑄造缺陷，判斷鑄造工藝方案的合理性，進一步優化工藝方案，提高設計質量。這些過程充分調動了學生的學習積極性和主動性，有助于培養學生創新能力、綜合分析能力和解決實際問題的能力。

4.參加中國大學生鑄造工藝設計大賽，提高學生鑄造工藝設計能力。中國大學生鑄造工藝設計大賽由國家教育部高等學校機械學科教學指導委員會、中國機械工程學會及其鑄造分會、鑄造行業生產力促進中心和中國機械工業教育協會等單位聯合主辦。舉辦中國大學生鑄造工藝設計大賽的目的在于鼓勵在校學生學習鑄造專業知識，提高學生的實際操作技能，為學生提供社會實踐活動的平臺，為大學生就業創造有利條件和機會，為鑄造企業培養優秀人才，促進我國鑄造行業的發展[4]。大賽命題均來自企業實際生產零件，評審專家也以企業技術人員為主。我校鑄造方向學生已連續參加三屆中國大學生鑄造工藝大賽，獲大賽二等獎4項，三等獎5項，在中國機械工程學會鑄造分會網站、大江網、中國校慶網均有宣傳報道。這不僅彰顯了我校人才培養的質量，也提高了我校材料成型及控制工程專業的知名度。參賽學生受益匪淺，鑄造工藝設計能力和解決鑄造工程實際問題能力明顯提高，就業競爭力顯著提高。

本課程設計教學成果已在南昌航空大學材料成型及控制工程專業液態成形與模具方向（鑄造方向）07、08、09級學生中應用，并取得實質性的教學效果。（1）學生鑄造工藝設計能力明顯增強。近三年，指導學生獲中國大學生鑄造工藝設計大賽二等獎4項，三等獎5項。（2）專業建設特色凸現，人才質量明顯提高。2010年，南昌航空大學材料成型及控制工程專業獲批為國家特色專業建設點。（3）教師教學能力明顯提高。2012年，液態成形與模具方向教學團隊獲南昌航空大學優秀教學團隊。（4）課程設計引入鑄造過程模擬技術，學生對所設計的工藝進行驗證和優化，提高了設計質量。

參考文獻：

[1]冒國兵，張光勝，張海濤，等.材料成型及控制工程專業課程設計改革與實踐[J].安徽工業大學學報，2009，26（11）：121-122.

[2]張彥敏，沈麗，郭俊卿，等.材料成型與控制專業課程設計題庫建設[J].中國現代教育裝備，2010，（15）：68-71.

[3]李晨希，曲迎東，李潤霞，等.鑄造專業課程設計改革[J].中國冶金教育，2011（3）：35-38.

[4]曹陽，蘇仕方.淺談參加中國大學生鑄造工藝設計大賽應注意的問題[J].鑄造，2011，60（3）：313-314.

基金項目：江西省教改課題（JXJG-09-7-22）資助

作者簡介：盧百平（1971-），男，陜西三原人，博士，副教授，鑄造工程系主任，研究方向：液態金屬精密成形技術。