基于工作過程的鑄造CAD/CAE課程教學改革實踐

◎ 龐爾楠 閆慶斌 李世嘉 王月琴

山西機電職業技術學院材料成型與控制技術專業于2010年開設了鑄造CAD/CAE課程，并將該課程列為專業核心課。本文結合課程教學團隊近幾年在實踐中積累的經驗和教訓，從課程的教學目標、教學內容、教學方法和手段、評價考核方式等幾方面進行探討。

一、教學目標的制定

鑄造CAD/CAE課程的教學目標是在課程教學團隊和企業一線專家對山西省內各類型鑄造企業CAD、CAE技術應用情況進行了廣泛的調研后制定出來的。總的教學目標是，學生能夠熟練運用CAD、CAE相關應用軟件從事鑄造工藝及工裝設計工作，具體包括知識目標、能力目標和素質目標三個方面。

1.知識目標

掌握常用CAD軟件（Pro/E）的操作使用方法，包括實體造型，工程圖繪制、組件裝配等；掌握常用CAE軟件（AnyCasting）的操作使用方法，包括前置處理的參數設置，模擬結果的分析處理等；熟悉典型鑄件的鑄造工藝及工裝設計，包括工藝方案的設計、砂芯設計、鑄造工藝參數確定、澆注系統設計、冒口冷鐵設計、工藝裝備的設計。

2.能力目標

能夠識讀中等復雜程度的二維鑄件毛坯圖，并能閱讀相關技術資料；能夠繪制出中等復雜程度的鑄件三維圖、鑄造工藝圖（包括澆注系統、冒口冷鐵等）和相關工藝裝備圖（包括模板、砂箱和芯盒等圖紙）；能夠利用CAE鑄造模擬軟件的模擬結果對典型鑄件的鑄造工藝進行優化和設計，并最終設計出合理的鑄造工藝方案。

3.素質目標

培養學生的工程實踐能力，樹立職場意識；培養治學嚴謹、認真細致的工作態度；培養學生團隊協作能力；培養學生自主學習、主動接受新事物的能力。

二、教學內容的選取

1.明確典型工作任務和教學載體

典型工作任務是工作過程結構完整的綜合型任務，反映了該職業典型的工作內容和工作方式，一個典型工作任務一般可以作為職業院校的一門課程。課程教學團隊通過廣泛的調研，最終確定了該課程的典型工作任務就是CAD、CAE技術在鑄造工藝及工裝設計過程中的應用。

在明確該課程的典型工作任務基礎上設計教學載體，是對典型工作任務教學化處理的結果。課程教學團隊將來自于企業的鑄造工藝及工裝設計工作過程作為教學載體。

2.學習項目設計與編排

該課程學習項目的選取主要來源于長治液壓鑄造分公司和長治紅光精密鑄造有限公司，通過適當的教學化處理，設計了適合教學的6個學習項目，包括3個單一型學習項目和3個綜合型學習項目，如表1所示。

學習項目1、2、3為單一型學習項目，主要是使學生熟悉Pro/E軟件的草圖繪制、實體造型、組件裝配及工程圖繪制功能；了解各類鑄件結構的鑄造工藝性；了解砂型鑄造工藝及工裝設計的思路和方法。學習項目4、5、6為綜合型學習項目，通過完成熔模鑄鋼件、砂型鑄鐵件和金屬型鑄鋁件的鑄造工藝設計任務，使學生掌握AnyCasting軟件的基本操作使用方法，進一步熟練Pro/E軟件的三維實體造型和裝配等功能，最后使學生掌握中等復雜程度典型鑄件的鑄造工藝CAE優化設計方法。

表1 鑄造CAD/CAE課程學習項目

該課程的學習項目按由簡單到復雜和由單一到綜合的規律進行編排，學習任務難度逐漸增加，專業知識的學習融入到相關軟件的應用過程中。幾個學習項目既相互獨立又有一定的邏輯關系，學生通過完成6個項目任務逐步掌握CAD、CAE相關軟件在鑄造工藝及工裝設計中的使用。

開設這門課程之初，課程只是停留在教會學生常用CAD、CAE軟件的命令操作使用方法上，對結合鑄造工藝及工裝設計的相關軟件的操作使用很少涉及。最終導致學生學完該課程之后只是掌握了幾個軟件基本用法，對鑄造企業是如何使用CAD、CAE技術還是知之甚少，在企業還需要一段時間的適應才能勝任相關崗位的工作。所以，課程教學團隊在隨后幾年對該課程的教學內容做了較大變動，將CAD、CAE應用軟件的學習過程與鑄造工藝及工裝設計方面的專業知識有機結合。學生在完成鑄造工藝及工裝設計的工作過程中，學習相關軟件的操作使用。

三、教學方法和手段

1.教學方法

教學方法主要采用基于行動導向的項目教學、示范教學、小組討論。針對不同的學習項目靈活使用合適的教學方法。

學習項目1、2、3、4 主要培養學生具體 CAD、CAE軟件的操作使用技能，重在熟悉軟件的工作界面和掌握各個命令的含義和基體操作過程，教學方法主要運用示范教學法加小組討論教學法。教師將每個學習項目分成多個小的學習任務，首先在課堂上給學生逐一示范講解這些任務的解決辦法和思路，然后學生自行模仿完成該學習任務，最后，學生通過完成相應的練習作業加深對所學知識和技能的掌握。

隨著課程的深入，在學習復雜鑄件三維實體造型、Pro/E裝配和工程圖功能和AnyCasting軟件操作使用方法時，教學方法在示范教學法的基礎上增加小組討論教學法。以泵體鑄鐵件鑄造造型裝配過程為例，首先，將一個班的學生分成多個學習小組（3-5人），小組成員共同完成學習任務；其次，教師下發本次課的學習任務，簡單講解這次課要使用的裝配操作命令的含義和使用方法，同時，給學生示范鑄造造型裝配過程；最后，學生以小組為單位自主完成該學習任務。遇到一般性問題時以小組討論的方式解決，遇到較難問題老師協助完成。

在完成學習項目5、6兩個綜合型學習任務時，教學方法改為基于行動導向的項目教學法加小組討論教學法。一個完整的項目教學過程包括：①讓學生明確工作任務，收集相關的資料；②制定計劃、小組成員進行分工；③實施并完成工作任務；④檢查、評估任務完成情況。在這個過程中，學生是主體，教師只是對學習過程進行必要的監控和指導，學生在教師的指導下完成一個完整的“項目”工作。

2.教學手段

充分利用現代化教學手段。本門課程的軟件學習全部在多媒體教室完成，保證每個學生有一臺電腦。機房安裝有教學控制軟件，可以使學生在自己的電腦上看到老師操作使用軟件的每一個步驟；教學演示結束然后關閉控制軟件，學生就能夠在自己的計算機上練習所學內容。這種邊學邊練的學習方式比較適合軟件類課程的教學。

課程教學團隊從企業收集了大量的典型鑄件及澆冒口系統的實物，在講授相應教學內容時給學生在課堂上展示，這對于部分空間想象力差的同學非常有幫助。同時，課程教學團隊建立了教學資源庫，其中包括多媒體課件、課后練習題及答案、來源于企業的鑄造CAD/CAE應用實例、鑄造企業與鑄造工藝及工裝設計相關的圖片及影像資料等。學生可以在學校“鑄造CAD/CAE專用機房”在線或下載查閱這些資料。

四、評價考核改革

評價考核是教學體系中重要的一環，好的考核評價機制能夠有效督促學生完成學習任務，使其更好的掌握相應的知識和技能。該課程評價考核內容包括知識技能考核和綜合素質考核，具體的考核方式和所占成績比例如表2所示。知識技能考核又包括過程考核和最終考核。過程考核主要是考核學生平時學習任務的掌握情況，所占成績比例較重，主要是為了督促學生重視日常學習的積累效應。最終考核中的課程設計主要是讓學生自行完成一個典型鑄件的鑄造工藝及工裝設計并利用Pro/E軟件繪制相關圖紙。期末書面考試內容主要是以閉卷形式考核學生對該課程的一些基本理論知識的掌握，所占成績比例很少。這是由該課程性質決定的，該課程包含了軟件的操作技能和鑄件工藝設計能力，短短的一次閉卷書面考試不能完整的考核學生對這兩方面知識的掌握情況。

表2 鑄造CAD/CAE課程考核內容及方式

該課程對于項目任務和期末課程設計的完成情況制定了具體的考核標準，包括CAD軟件使用能力（包括三維建模、裝配和工程制圖）、CAE工藝優化軟件使用能力、鑄造工藝工裝設計能力、設計資料完整程度、團隊合作能力、自主完成工作能力等，每個項目考核分為優良中差四個等級。

[1]趙志群.職業教育學習領域課程及課程開發[J].徐州建筑職業技術學院學報,2010，(6).

[2]趙志群.職業教育與培訓新概念[M].科學出版社,2003.

[3]李世嘉，凌愛林，龐爾楠.高職“鑄造 CAD/CAE”課程教學改革與實踐[J].機械職業教育,2013，(7).

[4]李魁盛，李國祿，李日.鑄件成型技術入門與精通[M].機械工業出版社,2012.

[5]林清安.完全精通Pro/ENGINEER零件設計基礎入門[M].電子工業出版社,2010.

[6]AnyCasting用戶手冊編寫組.AnyCasting用戶手冊[M].內部培訓教材,2013.