適應“卓越工程師教育培養計劃”的“鑄造工藝”課程改革研究

張建軍，魏曉偉，劉云強

摘要：文章基于“卓越工程師教育培養計劃”的特點，針對“鑄造工藝”課程目前的教學方式不能滿足卓越工程師培養要求的現狀，從教學內容、教學方法、考核方式等環節對該課程教學改革進行了研究，全面提高學生工程能力和創新能力。

關鍵詞：卓越工程師；鑄造工藝；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）09-0023-03

一、引言

我國工程教育的規模位居世界第一，已成為名副其實的工程教育大國。高等工程教育體系大而不強、多而不精，畢業生創新能力和實踐能力較弱，成為困擾我國高等工程教育的難題。實現工程教育大國向強國的轉變，推進高等工程教育改革勢在必行[1]。在這樣的背景下，教育部啟動了“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）。“卓越計劃”是貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010—2020年）》的重大改革項目，也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務，對促進高等教育面向社會需求培養人才，全面提高工程教育人才培養質量具有十分重要的示范和引導作用[2]。“卓越計劃”具有三個特點：一是行業企業深度參與培養過程；二是學校按通用標準和行業標準培養工程人才；三是強化培養學生的工程能力和創新能力。

課程、教學內容和教學環節是工程人才培養的基本要素，是培養出卓越人才的關鍵[3]。“鑄造工藝”課程是材料成型與控制工程專業（鑄造方向）的主干課程，在鑄造專業人才的培養過程中具有舉足輕重的地位。這門課程是一門實踐性非常強的課程，與生產實習緊密相關，是培養鑄造方向學生工程能力和創新能力最重要的一門課，這正好符合“卓越計劃”的培養理念，為了配合“卓越計劃”的實施，我們對這門課程的教學內容、教學方法、考核方式等方面進行了思考和探索。

二、“鑄造工藝”課程特點及教學現狀

鑄造工藝是一個復雜的、影響因素諸多的金屬凝固成型過程，工藝設計既要考慮不同的合金材料、不同的鑄造方法的影響，還要考慮不同的零件結構及其工藝參數的影響。若想真正掌握并靈活應用鑄造工藝，就必須具備扎實的理論基礎和豐富的實踐經驗[4]。受傳統教育思想的影響，鑄造工藝課程教學仍然是重理論、輕實踐，忽視學生創新能力的培養，主要表現在：（1）教學方式單一，授課方式采用老師講、學生聽的“填鴨式”教學方法，課題缺乏學生的參與，不利于學生能力的培養。（2）教學內容陳舊，理論脫離實踐、應用實例少，學生在學完這門課后進行鑄造工藝設計時無從下手。（3）課內實驗也完全是簡單的驗證性實驗，學生興趣不高，難以培養學生的創新能力。（4）課程的考核仍以閉卷的書面形式考核，考核內容多以基礎知識的考察為主，這種教學和考核方式不利于卓越工程師的培養，不能滿足“卓越計劃”對工程能力和創新能力強化培養的要求。

三、卓越工程師培養理念下的課程教學改革

1.課程教學內容改革。根據“卓越計劃”的特點，從工程實際出發，對本課程教學大綱進行了修訂，改變傳統的重理論、輕實踐的教學思路，同時將教材的內容與鑄造工程師資格認證考試內容結合起來，吸收職業資格考試的相關內容，加強學生的工程素質和實踐能力的培養。根據鑄造工藝課程的特點增加一些典型鑄件鑄造工藝設計實例。使學生能夠通過實例掌握產品的鑄造工藝設計步驟及方法。

根據這門課程的特點，為了讓學生能夠牢固的掌握設計理論基礎，靈活運用所學習過的知識，開拓設計思路，我們把工藝課程進行了模塊化設計，把授課內容分為若干模塊。例如：鑄造工藝方案的選擇；澆注系統的設計；冒口、冷鐵設計、砂芯的設計；鑄造工藝裝備設計等。通過模塊化教學配合相應的工廠實踐教學，使學生及時鞏固了鑄造工藝的設計理論，并加深了學生對現象的認識和對知識的掌握。

2.課程教學方法和教學手段改革。

①教學方法綜合運用，激發學生興趣。綜合運用實物法、啟發法、課堂討論等教學方法。教學時將實物展示給學生，并采用啟發法及課堂討論的方法，培養學生的綜合素質。例如在講述澆注系統的設計時，可以向學生展示一套還未清理的，保留完整澆注系統的鑄件，學生可以獲得充分的感官認識，同時充分發揮學生的主觀能動性，讓學生思考幾種不同的澆注系統的設計方案，然后進行討論，讓學生參與到課堂教學中。

②多媒體教學，提高教學質量。多媒體集成、動畫模擬仿真和豐富的圖像信息擴展了學生認知的深度與廣度，也使教師擺脫了時間和空間對講授內容的束縛，清楚地顯示某些復雜的過程，有利于激發學生的觀察力、發現力、想象力、邏輯聯想力，有利于認知思維的深化與發展，有利于增強工程設計能力，提高教學效率和教學質量[5]。通過搜集、精選、制作鑄造工藝方面的圖片、動畫來豐富該課程的多媒體課件。例如，在講授手工造型方法時，若采用板書教學來講述整體造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活塊造型、刮板造型等，則不易掌握其相關內容；若采用Flash動畫的形式，則可清楚、直觀地看到各種手工造型方法，激發學生的學習興趣，使學生快速掌握相關內容。在講授澆注位置的選擇、分型面的選擇等內容時，可通過動畫模擬展示，既形象生動、直觀、感染力強，又可變單純的聽覺語言為視聽同步的動畫模擬，這樣就可以理解輕松，難點化解，學習由難變易，降低了學生學習的枯燥感，提高了教學效率和教學效果。將鑄造生產企業的錄像短片穿插于課堂教學中，這種錄像演示生產過程的教學模式將無形變為有形、不可見轉變為可見、無聲轉變為有聲，展示了實際工業生產中的情況，激發了學生的學習興趣，增強了學生的感性認識和好奇心，培養了學生的工程能力，提高了教學效果。

③課內實驗教學改革。鑄造工藝是一門實踐性很強的專業課，但現有的課內實驗完全是驗證性的實驗，難以培養學生的工程能力和創新能力。將鑄造模擬軟件引入課內實驗，使之應用于實際鑄件的工藝設計之中，為理論與實踐結合提供了一個新思路。通過鑄造凝固過程模擬，可以預測鑄造缺陷產生，優化工藝設計，縮短試制周期，降低成本。鑄造模擬軟件有德國的MAGMA，法國ESI公司的PROCAST，韓國的AnyCasting，華中科技大學開發的華鑄CAE等。華鑄CAE是中國最著名的鑄造分析系統，國內占有率達到80%左右。因此，本課程采用華鑄CAE開展8個學時的鑄造工藝模擬實驗課。實驗一：純凝固模擬分析（4學時）；實驗二：基于耦合的凝固計算（4學時）。給學生一些典型的零件，讓學生在實驗課中模擬鑄件的充型凝固過程，預測缺陷，并優化工藝方案。通過這種實驗改革的方式，達到提高學生應用能力的目的。這種原理與模擬相結合的教學方法對于加強學生對鑄造工藝設計的認識，原理的深入理解效果很好。

通過上述實踐環節的改革，可極大地促進學生的學習興趣，提高設計能力，為學生的工程能力和創新能力打下了很好的基礎。

④基于校企合作的教學方法改革。企業優秀工程師、技術員都具備豐富的時間技能和經驗，聘請他們承擔部分課堂教學任務，講解鑄造工藝規程的編制、產品鑄造工藝設計的關鍵環節等，使得學生很容易掌握本專業設計前沿技術，同時也掌握工程應用中的一些非常重要的概念和結論。通過這種校企合作的授課方法提高了學生的職業技能，培養了學生的工程能力。

⑤課堂授課與鑄造現場實踐教學的結合。以往材料成形及控制工程專業（鑄造方向）的生產實習都是在鑄造工藝課程結束后，才到工廠進行生產實習。學生在學習鑄造工藝的過程中由于對具體的生產沒有概念，往往對很多內容不理解。通過這次教學改革，增加了工廠實踐的這個教學環節，邊學習邊實踐，每講授完一個模塊后，便到工廠實習相關內容，做到課堂理論教學和現場實踐教學的同步進行，通過這個實踐環節來促進教學內容的學習。

⑥科技競賽提高學生綜合素質。鼓勵學生積極參加“永冠杯”中國大學生鑄造工藝設計大賽。該項賽事由中國機械工程學會鑄造分會等單位舉辦，是近年來鑄造專業最重要的賽事，學生參與此項賽事的興趣很高。大賽不僅要求學生具備扎實的理論基礎，同時也鍛煉了學生的實踐操作能力。在作品的設計過程中，學生需要查閱資料、閱讀圖紙、三維建模、工藝設計、數值模擬、解決鑄造缺陷等。通過參加鑄造工藝大賽既促進了學生對實踐內容的掌握，又提高了學生的學習興趣。

同時，在教學過程中可以將往屆大賽中的題目作為教學內容，讓學生設計幾種工藝方案，參與課堂討論，啟迪學生的思維，培養學生的工程實踐能力。

⑦學生參與科研項目，培養創新能力。卓越工程師教育培養計劃要求在培養學生工程實踐的過程中做到課堂上的教學理論與課堂外的生產實踐相結合，而工程實踐問題也最好與教師的生產、科研項目相結合[6]。結合本課程的學習，鼓勵學生參與教師的科研項目。學生在參與科研項目的過程中，需要查閱相關文獻，了解了課題的研究現狀及進展，培養了學生基本的學術素養和能力。通過參與科研項目的活動，學生不僅需要動手、更需要動腦，科研實踐中遇到的各種問題，極大地促進了學生學習該課程的興趣，同時也鍛煉了學生的工程能力，培養了學生的創新能力。

3.課程考核方式改革。傳統的考核方式是通過閉卷考試考查學生對理論知識的掌握程度，缺乏對實踐的考核。結合卓越工程師的培養特點，采用多模塊的考核方式。考核分為期末考試、課內實驗考核、科技活動考核等幾個模塊。其中參加科技競賽、參加科研項目等屬于科技活動模塊，均可以算定一定的分數。期末考試的卷面成績占總成績的60%，考核內容以應用型內容為主；增加實踐考核的比重，課內實驗占總成績的20%；科技活動占總成績的20%。

四、結語

“鑄造工藝”是材料成型及控制工程（鑄造方向）培養卓越工程師的一門非常重要的專業課，通過對該課程教學內容、教學方法、考核方式等環節的改革，提高學生的工程能力和創新能力，為卓越工程師的培養奠定了基礎。

參考文獻：

[1]宋佩維.卓越工程師創新能力培養的思路與途徑[J].中國電力教育，2011，（7）：25-29.

[2]中華人民共和國教育部.卓越工程師教育培養計劃[Z].2010.

[3]毛艷華.卓越工程師計劃背景下的《市場調研與預測》課程改革[J].寧波工程學院學報，2011，3（3）：85-88.

[4]榮守范，郭繼偉，李俊剛，等.鑄造工藝課程教學體系改革的研究與實踐[J].鑄造設備研究，2005，（4）：40-41.

[5]李延斌，高有華，田方，等.面向培養卓越工程師的機械設計基礎課程改革[J].實驗技術與管理，2012，29（4）：231-233.

[6]顧文斌，王怡，莊曙東.基于卓越工程師計劃的“機械原理”課程改革與創新[J].中國電力教育，2013，（16）：100-101.

基金項目：2013西華大學重點教改項目。