適應(yīng)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的“鑄造工藝”課程改革研究

張建軍，魏曉偉，劉云強(qiáng)

摘要：文章基于“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的特點(diǎn)，針對(duì)“鑄造工藝”課程目前的教學(xué)方式不能滿足卓越工程師培養(yǎng)要求的現(xiàn)狀，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等環(huán)節(jié)對(duì)該課程教學(xué)改革進(jìn)行了研究，全面提高學(xué)生工程能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：卓越工程師；鑄造工藝；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）09-0023-03

一、引言

我國工程教育的規(guī)模位居世界第一，已成為名副其實(shí)的工程教育大國。高等工程教育體系大而不強(qiáng)、多而不精，畢業(yè)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力較弱，成為困擾我國高等工程教育的難題。實(shí)現(xiàn)工程教育大國向強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變，推進(jìn)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(dòng)了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（簡稱“卓越計(jì)劃”）?！白吭接?jì)劃”是貫徹落實(shí)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》的重大改革項(xiàng)目，也是促進(jìn)我國由工程教育大國邁向工程教育強(qiáng)國的重大舉措旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強(qiáng)國戰(zhàn)略服務(wù)，對(duì)促進(jìn)高等教育面向社會(huì)需求培養(yǎng)人才，全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的示范和引導(dǎo)作用[2]?！白吭接?jì)劃”具有三個(gè)特點(diǎn)：一是行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過程；二是學(xué)校按通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)工程人才；三是強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。

課程、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)是工程人才培養(yǎng)的基本要素，是培養(yǎng)出卓越人才的關(guān)鍵[3]。“鑄造工藝”課程是材料成型與控制工程專業(yè)（鑄造方向）的主干課程，在鑄造專業(yè)人才的培養(yǎng)過程中具有舉足輕重的地位。這門課程是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，與生產(chǎn)實(shí)習(xí)緊密相關(guān)，是培養(yǎng)鑄造方向?qū)W生工程能力和創(chuàng)新能力最重要的一門課，這正好符合“卓越計(jì)劃”的培養(yǎng)理念，為了配合“卓越計(jì)劃”的實(shí)施，我們對(duì)這門課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面進(jìn)行了思考和探索。

二、“鑄造工藝”課程特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀

鑄造工藝是一個(gè)復(fù)雜的、影響因素諸多的金屬凝固成型過程，工藝設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)及其工藝參數(shù)的影響。若想真正掌握并靈活應(yīng)用鑄造工藝，就必須具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[4]。受傳統(tǒng)教育思想的影響，鑄造工藝課程教學(xué)仍然是重理論、輕實(shí)踐，忽視學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，主要表現(xiàn)在：（1）教學(xué)方式單一，授課方式采用老師講、學(xué)生聽的“填鴨式”教學(xué)方法，課題缺乏學(xué)生的參與，不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。（2）教學(xué)內(nèi)容陳舊，理論脫離實(shí)踐、應(yīng)用實(shí)例少，學(xué)生在學(xué)完這門課后進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)無從下手。（3）課內(nèi)實(shí)驗(yàn)也完全是簡單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生興趣不高，難以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。（4）課程的考核仍以閉卷的書面形式考核，考核內(nèi)容多以基礎(chǔ)知識(shí)的考察為主，這種教學(xué)和考核方式不利于卓越工程師的培養(yǎng)，不能滿足“卓越計(jì)劃”對(duì)工程能力和創(chuàng)新能力強(qiáng)化培養(yǎng)的要求。

三、卓越工程師培養(yǎng)理念下的課程教學(xué)改革

1.課程教學(xué)內(nèi)容改革。根據(jù)“卓越計(jì)劃”的特點(diǎn)，從工程實(shí)際出發(fā)，對(duì)本課程教學(xué)大綱進(jìn)行了修訂，改變傳統(tǒng)的重理論、輕實(shí)踐的教學(xué)思路，同時(shí)將教材的內(nèi)容與鑄造工程師資格認(rèn)證考試內(nèi)容結(jié)合起來，吸收職業(yè)資格考試的相關(guān)內(nèi)容，加強(qiáng)學(xué)生的工程素質(zhì)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。根據(jù)鑄造工藝課程的特點(diǎn)增加一些典型鑄件鑄造工藝設(shè)計(jì)實(shí)例。使學(xué)生能夠通過實(shí)例掌握產(chǎn)品的鑄造工藝設(shè)計(jì)步驟及方法。

根據(jù)這門課程的特點(diǎn)，為了讓學(xué)生能夠牢固的掌握設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)，靈活運(yùn)用所學(xué)習(xí)過的知識(shí)，開拓設(shè)計(jì)思路，我們把工藝課程進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，把授課內(nèi)容分為若干模塊。例如：鑄造工藝方案的選擇；澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；冒口、冷鐵設(shè)計(jì)、砂芯的設(shè)計(jì)；鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)等。通過模塊化教學(xué)配合相應(yīng)的工廠實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生及時(shí)鞏固了鑄造工藝的設(shè)計(jì)理論，并加深了學(xué)生對(duì)現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和對(duì)知識(shí)的掌握。

2.課程教學(xué)方法和教學(xué)手段改革。

①教學(xué)方法綜合運(yùn)用，激發(fā)學(xué)生興趣。綜合運(yùn)用實(shí)物法、啟發(fā)法、課堂討論等教學(xué)方法。教學(xué)時(shí)將實(shí)物展示給學(xué)生，并采用啟發(fā)法及課堂討論的方法，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。例如在講述澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，可以向?qū)W生展示一套還未清理的，保留完整澆注系統(tǒng)的鑄件，學(xué)生可以獲得充分的感官認(rèn)識(shí)，同時(shí)充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生思考幾種不同的澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，然后進(jìn)行討論，讓學(xué)生參與到課堂教學(xué)中。

②多媒體教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量。多媒體集成、動(dòng)畫模擬仿真和豐富的圖像信息擴(kuò)展了學(xué)生認(rèn)知的深度與廣度，也使教師擺脫了時(shí)間和空間對(duì)講授內(nèi)容的束縛，清楚地顯示某些復(fù)雜的過程，有利于激發(fā)學(xué)生的觀察力、發(fā)現(xiàn)力、想象力、邏輯聯(lián)想力，有利于認(rèn)知思維的深化與發(fā)展，有利于增強(qiáng)工程設(shè)計(jì)能力，提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量[5]。通過搜集、精選、制作鑄造工藝方面的圖片、動(dòng)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(shí)，若采用板書教學(xué)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(guān)內(nèi)容；若采用Flash動(dòng)畫的形式，則可清楚、直觀地看到各種手工造型方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生快速掌握相關(guān)內(nèi)容。在講授澆注位置的選擇、分型面的選擇等內(nèi)容時(shí)，可通過動(dòng)畫模擬展示，既形象生動(dòng)、直觀、感染力強(qiáng)，又可變單純的聽覺語言為視聽同步的動(dòng)畫模擬，這樣就可以理解輕松，難點(diǎn)化解，學(xué)習(xí)由難變易，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的枯燥感，提高了教學(xué)效率和教學(xué)效果。將鑄造生產(chǎn)企業(yè)的錄像短片穿插于課堂教學(xué)中，這種錄像演示生產(chǎn)過程的教學(xué)模式將無形變?yōu)橛行?、不可見轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姟o聲轉(zhuǎn)變?yōu)橛新?，展示了?shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的情況，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)和好奇心，培養(yǎng)了學(xué)生的工程能力，提高了教學(xué)效果。

③課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。鑄造工藝是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課，但現(xiàn)有的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)完全是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，難以培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。將鑄造模擬軟件引入課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，使之應(yīng)用于實(shí)際鑄件的工藝設(shè)計(jì)之中，為理論與實(shí)踐結(jié)合提供了一個(gè)新思路。通過鑄造凝固過程模擬，可以預(yù)測鑄造缺陷產(chǎn)生，優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，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(xué)開發(fā)的華鑄CAE等。華鑄CAE是中國最著名的鑄造分析系統(tǒng)，國內(nèi)占有率達(dá)到80%左右。因此，本課程采用華鑄CAE開展8個(gè)學(xué)時(shí)的鑄造工藝模擬實(shí)驗(yàn)課。實(shí)驗(yàn)一：純凝固模擬分析（4學(xué)時(shí)）；實(shí)驗(yàn)二：基于耦合的凝固計(jì)算（4學(xué)時(shí)）。給學(xué)生一些典型的零件，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課中模擬鑄件的充型凝固過程，預(yù)測缺陷，并優(yōu)化工藝方案。通過這種實(shí)驗(yàn)改革的方式，達(dá)到提高學(xué)生應(yīng)用能力的目的。這種原理與模擬相結(jié)合的教學(xué)方法對(duì)于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)鑄造工藝設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，原理的深入理解效果很好。

通過上述實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革，可極大地促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高設(shè)計(jì)能力，為學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力打下了很好的基礎(chǔ)。

④基于校企合作的教學(xué)方法改革。企業(yè)優(yōu)秀工程師、技術(shù)員都具備豐富的時(shí)間技能和經(jīng)驗(yàn)，聘請(qǐng)他們承擔(dān)部分課堂教學(xué)任務(wù)，講解鑄造工藝規(guī)程的編制、產(chǎn)品鑄造工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)等，使得學(xué)生很容易掌握本專業(yè)設(shè)計(jì)前沿技術(shù)，同時(shí)也掌握工程應(yīng)用中的一些非常重要的概念和結(jié)論。通過這種校企合作的授課方法提高了學(xué)生的職業(yè)技能，培養(yǎng)了學(xué)生的工程能力。

⑤課堂授課與鑄造現(xiàn)場實(shí)踐教學(xué)的結(jié)合。以往材料成形及控制工程專業(yè)（鑄造方向）的生產(chǎn)實(shí)習(xí)都是在鑄造工藝課程結(jié)束后，才到工廠進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)鑄造工藝的過程中由于對(duì)具體的生產(chǎn)沒有概念，往往對(duì)很多內(nèi)容不理解。通過這次教學(xué)改革，增加了工廠實(shí)踐的這個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，邊學(xué)習(xí)邊實(shí)踐，每講授完一個(gè)模塊后，便到工廠實(shí)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，做到課堂理論教學(xué)和現(xiàn)場實(shí)踐教學(xué)的同步進(jìn)行，通過這個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)來促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

⑥科技競賽提高學(xué)生綜合素質(zhì)。鼓勵(lì)學(xué)生積極參加“永冠杯”中國大學(xué)生鑄造工藝設(shè)計(jì)大賽。該項(xiàng)賽事由中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì)等單位舉辦，是近年來鑄造專業(yè)最重要的賽事，學(xué)生參與此項(xiàng)賽事的興趣很高。大賽不僅要求學(xué)生具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐操作能力。在作品的設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生需要查閱資料、閱讀圖紙、三維建模、工藝設(shè)計(jì)、數(shù)值模擬、解決鑄造缺陷等。通過參加鑄造工藝大賽既促進(jìn)了學(xué)生對(duì)實(shí)踐內(nèi)容的掌握，又提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

同時(shí)，在教學(xué)過程中可以將往屆大賽中的題目作為教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生設(shè)計(jì)幾種工藝方案，參與課堂討論，啟迪學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

⑦學(xué)生參與科研項(xiàng)目，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃要求在培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐的過程中做到課堂上的教學(xué)理論與課堂外的生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，而工程實(shí)踐問題也最好與教師的生產(chǎn)、科研項(xiàng)目相結(jié)合[6]。結(jié)合本課程的學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目。學(xué)生在參與科研項(xiàng)目的過程中，需要查閱相關(guān)文獻(xiàn)，了解了課題的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展，培養(yǎng)了學(xué)生基本的學(xué)術(shù)素養(yǎng)和能力。通過參與科研項(xiàng)目的活動(dòng)，學(xué)生不僅需要?jiǎng)邮?、更需要?jiǎng)幽X，科研實(shí)踐中遇到的各種問題，極大地促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生的工程能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3.課程考核方式改革。傳統(tǒng)的考核方式是通過閉卷考試考查學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握程度，缺乏對(duì)實(shí)踐的考核。結(jié)合卓越工程師的培養(yǎng)特點(diǎn)，采用多模塊的考核方式?？己朔譃槠谀┛荚?、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)考核、科技活動(dòng)考核等幾個(gè)模塊。其中參加科技競賽、參加科研項(xiàng)目等屬于科技活動(dòng)模塊，均可以算定一定的分?jǐn)?shù)。期末考試的卷面成績占總成績的60%，考核內(nèi)容以應(yīng)用型內(nèi)容為主；增加實(shí)踐考核的比重，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)占總成績的20%；科技活動(dòng)占總成績的20%。

四、結(jié)語

“鑄造工藝”是材料成型及控制工程（鑄造方向）培養(yǎng)卓越工程師的一門非常重要的專業(yè)課，通過對(duì)該課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等環(huán)節(jié)的改革，提高學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力，為卓越工程師的培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)。

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