基于工作過(guò)程的鑄造CAD/CAE課程教學(xué)改革實(shí)踐

◎ 龐爾楠 閆慶斌 李世嘉 王月琴

山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料成型與控制技術(shù)專業(yè)于2010年開(kāi)設(shè)了鑄造CAD/CAE課程，并將該課程列為專業(yè)核心課。本文結(jié)合課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)近幾年在實(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，從課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、評(píng)價(jià)考核方式等幾方面進(jìn)行探討。

一、教學(xué)目標(biāo)的制定

鑄造CAD/CAE課程的教學(xué)目標(biāo)是在課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)和企業(yè)一線專家對(duì)山西省內(nèi)各類型鑄造企業(yè)CAD、CAE技術(shù)應(yīng)用情況進(jìn)行了廣泛的調(diào)研后制定出來(lái)的?？偟慕虒W(xué)目標(biāo)是，學(xué)生能夠熟練運(yùn)用CAD、CAE相關(guān)應(yīng)用軟件從事鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)工作，具體包括知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)三個(gè)方面。

1.知識(shí)目標(biāo)

掌握常用CAD軟件（Pro/E）的操作使用方法，包括實(shí)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(shù)設(shè)置，模擬結(jié)果的分析處理等；熟悉典型鑄件的鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)，包括工藝方案的設(shè)計(jì)、砂芯設(shè)計(jì)、鑄造工藝參數(shù)確定、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、冒口冷鐵設(shè)計(jì)、工藝裝備的設(shè)計(jì)。

2.能力目標(biāo)

能夠識(shí)讀中等復(fù)雜程度的二維鑄件毛坯圖，并能閱讀相關(guān)技術(shù)資料；能夠繪制出中等復(fù)雜程度的鑄件三維圖、鑄造工藝圖（包括澆注系統(tǒng)、冒口冷鐵等）和相關(guān)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(jié)果對(duì)典型鑄件的鑄造工藝進(jìn)行優(yōu)化和設(shè)計(jì)，并最終設(shè)計(jì)出合理的鑄造工藝方案。

3.素質(zhì)目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，樹(shù)立職場(chǎng)意識(shí)；培養(yǎng)治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真細(xì)致的工作態(tài)度；培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力；培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)接受新事物的能力。

二、教學(xué)內(nèi)容的選取

1.明確典型工作任務(wù)和教學(xué)載體

典型工作任務(wù)是工作過(guò)程結(jié)構(gòu)完整的綜合型任務(wù)，反映了該職業(yè)典型的工作內(nèi)容和工作方式，一個(gè)典型工作任務(wù)一般可以作為職業(yè)院校的一門(mén)課程。課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過(guò)廣泛的調(diào)研，最終確定了該課程的典型工作任務(wù)就是CAD、CAE技術(shù)在鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用。

在明確該課程的典型工作任務(wù)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)教學(xué)載體，是對(duì)典型工作任務(wù)教學(xué)化處理的結(jié)果。課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)將來(lái)自于企業(yè)的鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)工作過(guò)程作為教學(xué)載體。

2.學(xué)習(xí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與編排

該課程學(xué)習(xí)項(xiàng)目的選取主要來(lái)源于長(zhǎng)治液壓鑄造分公司和長(zhǎng)治紅光精密鑄造有限公司，通過(guò)適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)化處理，設(shè)計(jì)了適合教學(xué)的6個(gè)學(xué)習(xí)項(xiàng)目，包括3個(gè)單一型學(xué)習(xí)項(xiàng)目和3個(gè)綜合型學(xué)習(xí)項(xiàng)目，如表1所示。

學(xué)習(xí)項(xiàng)目1、2、3為單一型學(xué)習(xí)項(xiàng)目，主要是使學(xué)生熟悉Pro/E軟件的草圖繪制、實(shí)體造型、組件裝配及工程圖繪制功能；了解各類鑄件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性；了解砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)的思路和方法。學(xué)習(xí)項(xiàng)目4、5、6為綜合型學(xué)習(xí)項(xiàng)目，通過(guò)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(shè)計(jì)任務(wù)，使學(xué)生掌握AnyCasting軟件的基本操作使用方法，進(jìn)一步熟練Pro/E軟件的三維實(shí)體造型和裝配等功能，最后使學(xué)生掌握中等復(fù)雜程度典型鑄件的鑄造工藝CAE優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

表1 鑄造CAD/CAE課程學(xué)習(xí)項(xiàng)目

該課程的學(xué)習(xí)項(xiàng)目按由簡(jiǎn)單到復(fù)雜和由單一到綜合的規(guī)律進(jìn)行編排，學(xué)習(xí)任務(wù)難度逐漸增加，專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)融入到相關(guān)軟件的應(yīng)用過(guò)程中。幾個(gè)學(xué)習(xí)項(xiàng)目既相互獨(dú)立又有一定的邏輯關(guān)系，學(xué)生通過(guò)完成6個(gè)項(xiàng)目任務(wù)逐步掌握CAD、CAE相關(guān)軟件在鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)中的使用。

開(kāi)設(shè)這門(mén)課程之初，課程只是停留在教會(huì)學(xué)生常用CAD、CAE軟件的命令操作使用方法上，對(duì)結(jié)合鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)的相關(guān)軟件的操作使用很少涉及。最終導(dǎo)致學(xué)生學(xué)完該課程之后只是掌握了幾個(gè)軟件基本用法，對(duì)鑄造企業(yè)是如何使用CAD、CAE技術(shù)還是知之甚少，在企業(yè)還需要一段時(shí)間的適應(yīng)才能勝任相關(guān)崗位的工作。所以，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)在隨后幾年對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容做了較大變動(dòng)，將CAD、CAE應(yīng)用軟件的學(xué)習(xí)過(guò)程與鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)方面的專業(yè)知識(shí)有機(jī)結(jié)合。學(xué)生在完成鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)的工作過(guò)程中，學(xué)習(xí)相關(guān)軟件的操作使用。

三、教學(xué)方法和手段

1.教學(xué)方法

教學(xué)方法主要采用基于行動(dòng)導(dǎo)向的項(xiàng)目教學(xué)、示范教學(xué)、小組討論。針對(duì)不同的學(xué)習(xí)項(xiàng)目靈活使用合適的教學(xué)方法。

學(xué)習(xí)項(xiàng)目1、2、3、4 主要培養(yǎng)學(xué)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(gè)命令的含義和基體操作過(guò)程，教學(xué)方法主要運(yùn)用示范教學(xué)法加小組討論教學(xué)法。教師將每個(gè)學(xué)習(xí)項(xiàng)目分成多個(gè)小的學(xué)習(xí)任務(wù)，首先在課堂上給學(xué)生逐一示范講解這些任務(wù)的解決辦法和思路，然后學(xué)生自行模仿完成該學(xué)習(xí)任務(wù)，最后，學(xué)生通過(guò)完成相應(yīng)的練習(xí)作業(yè)加深對(duì)所學(xué)知識(shí)和技能的掌握。

隨著課程的深入，在學(xué)習(xí)復(fù)雜鑄件三維實(shí)體造型、Pro/E裝配和工程圖功能和AnyCasting軟件操作使用方法時(shí)，教學(xué)方法在示范教學(xué)法的基礎(chǔ)上增加小組討論教學(xué)法。以泵體鑄鐵件鑄造造型裝配過(guò)程為例，首先，將一個(gè)班的學(xué)生分成多個(gè)學(xué)習(xí)小組（3-5人），小組成員共同完成學(xué)習(xí)任務(wù)；其次，教師下發(fā)本次課的學(xué)習(xí)任務(wù)，簡(jiǎn)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(shí)，給學(xué)生示范鑄造造型裝配過(guò)程；最后，學(xué)生以小組為單位自主完成該學(xué)習(xí)任務(wù)。遇到一般性問(wèn)題時(shí)以小組討論的方式解決，遇到較難問(wèn)題老師協(xié)助完成。

在完成學(xué)習(xí)項(xiàng)目5、6兩個(gè)綜合型學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)，教學(xué)方法改為基于行動(dòng)導(dǎo)向的項(xiàng)目教學(xué)法加小組討論教學(xué)法。一個(gè)完整的項(xiàng)目教學(xué)過(guò)程包括：①讓學(xué)生明確工作任務(wù)，收集相關(guān)的資料；②制定計(jì)劃、小組成員進(jìn)行分工；③實(shí)施并完成工作任務(wù)；④檢查、評(píng)估任務(wù)完成情況。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生是主體，教師只是對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行必要的監(jiān)控和指導(dǎo)，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下完成一個(gè)完整的“項(xiàng)目”工作。

2.教學(xué)手段

充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段。本門(mén)課程的軟件學(xué)習(xí)全部在多媒體教室完成，保證每個(gè)學(xué)生有一臺(tái)電腦。機(jī)房安裝有教學(xué)控制軟件，可以使學(xué)生在自己的電腦上看到老師操作使用軟件的每一個(gè)步驟；教學(xué)演示結(jié)束然后關(guān)閉控制軟件，學(xué)生就能夠在自己的計(jì)算機(jī)上練習(xí)所學(xué)內(nèi)容。這種邊學(xué)邊練的學(xué)習(xí)方式比較適合軟件類課程的教學(xué)。

課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)從企業(yè)收集了大量的典型鑄件及澆冒口系統(tǒng)的實(shí)物，在講授相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容時(shí)給學(xué)生在課堂上展示，這對(duì)于部分空間想象力差的同學(xué)非常有幫助。同時(shí)，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)建立了教學(xué)資源庫(kù)，其中包括多媒體課件、課后練習(xí)題及答案、來(lái)源于企業(yè)的鑄造CAD/CAE應(yīng)用實(shí)例、鑄造企業(yè)與鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)相關(guān)的圖片及影像資料等。學(xué)生可以在學(xué)校“鑄造CAD/CAE專用機(jī)房”在線或下載查閱這些資料。

四、評(píng)價(jià)考核改革

評(píng)價(jià)考核是教學(xué)體系中重要的一環(huán)，好的考核評(píng)價(jià)機(jī)制能夠有效督促學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)，使其更好的掌握相應(yīng)的知識(shí)和技能。該課程評(píng)價(jià)考核內(nèi)容包括知識(shí)技能考核和綜合素質(zhì)考核，具體的考核方式和所占成績(jī)比例如表2所示。知識(shí)技能考核又包括過(guò)程考核和最終考核。過(guò)程考核主要是考核學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)任務(wù)的掌握情況，所占成績(jī)比例較重，主要是為了督促學(xué)生重視日常學(xué)習(xí)的積累效應(yīng)。最終考核中的課程設(shè)計(jì)主要是讓學(xué)生自行完成一個(gè)典型鑄件的鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)并利用Pro/E軟件繪制相關(guān)圖紙。期末書(shū)面考試內(nèi)容主要是以閉卷形式考核學(xué)生對(duì)該課程的一些基本理論知識(shí)的掌握，所占成績(jī)比例很少。這是由該課程性質(zhì)決定的，該課程包含了軟件的操作技能和鑄件工藝設(shè)計(jì)能力，短短的一次閉卷書(shū)面考試不能完整的考核學(xué)生對(duì)這兩方面知識(shí)的掌握情況。

表2 鑄造CAD/CAE課程考核內(nèi)容及方式

該課程對(duì)于項(xiàng)目任務(wù)和期末課程設(shè)計(jì)的完成情況制定了具體的考核標(biāo)準(zhǔn)，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(yōu)化軟件使用能力、鑄造工藝工裝設(shè)計(jì)能力、設(shè)計(jì)資料完整程度、團(tuán)隊(duì)合作能力、自主完成工作能力等，每個(gè)項(xiàng)目考核分為優(yōu)良中差四個(gè)等級(jí)。

[1]趙志群.職業(yè)教育學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程及課程開(kāi)發(fā)[J].徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2010，(6).

[2]趙志群.職業(yè)教育與培訓(xùn)新概念[M].科學(xué)出版社,2003.

[3]李世嘉，凌愛(ài)林，龐爾楠.高職“鑄造 CAD/CAE”課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].機(jī)械職業(yè)教育,2013，(7).

[4]李魁盛，李國(guó)祿，李日.鑄件成型技術(shù)入門(mén)與精通[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

[5]林清安.完全精通Pro/ENGINEER零件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)入門(mén)[M].電子工業(yè)出版社,2010.

[6]AnyCasting用戶手冊(cè)編寫(xiě)組.AnyCasting用戶手冊(cè)[M].內(nèi)部培訓(xùn)教材,2013.