基于分組策略的鑄造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式

李吉林，馮俊寧，張小麗，李涌泉，蔣 亮

（北方民族大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，寧夏銀川 750021）

鑄造工藝學(xué)是目前國(guó)內(nèi)高校材料成型及控制工程專業(yè)普遍開設(shè)的一門專業(yè)課程[1]。作為工程性、實(shí)踐性較強(qiáng)的一門課程，鑄造工藝學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)除了要使學(xué)生掌握鑄造工藝設(shè)計(jì)的基本理論、基本原則和方法之外，更重要的是要學(xué)生能夠?qū)W以致用，培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力[2，3]。為了達(dá)到鑄造工藝學(xué)課程的這一教學(xué)目標(biāo)，多數(shù)學(xué)校在課堂授課環(huán)節(jié)以外設(shè)置了鑄造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)[4，5]。

在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，學(xué)生需要綜合運(yùn)用鑄造工藝學(xué)相關(guān)知識(shí)完成某一鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì)。在早期的鑄造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程中，我院采取的是學(xué)生一人一題、各自獨(dú)立完成的組織方式，教學(xué)效果一般。為了改善教學(xué)效果，我院對(duì)鑄造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)模式進(jìn)行了優(yōu)化，形成了基于分組策略的鑄造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式。

1 傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端

我院鑄造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)一般要求學(xué)生針對(duì)某一鑄件，設(shè)計(jì)其砂型鑄造工藝。鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì)是一項(xiàng)相對(duì)較為復(fù)雜的設(shè)計(jì)工作，涉及到鑄件結(jié)構(gòu)分析、鑄造工藝參數(shù)選擇、澆注系統(tǒng)計(jì)算、補(bǔ)縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)等多項(xiàng)工作，需要考慮的問(wèn)題也十分繁瑣。在鑄造工廠，要完成某一產(chǎn)品的鑄造工藝設(shè)計(jì)尚且需要多名具有豐富工藝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的工藝員的通力合作。因此在早期的鑄造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)教學(xué)中，要求毫無(wú)工藝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生在兩周的時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成某個(gè)鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì)顯然是不合常理的。因此使得最終課程設(shè)計(jì)普遍存在完成度低、完成質(zhì)量差、工藝設(shè)計(jì)不合理等問(wèn)題。這是傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的弊端之一。

此外，傳統(tǒng)的一人一題、獨(dú)立完成的教學(xué)模式對(duì)指導(dǎo)教師的指導(dǎo)也帶來(lái)了很大的不便。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師需要準(zhǔn)備大量的設(shè)計(jì)題目，而且在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，教師需要針對(duì)每一位學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)并對(duì)每一位學(xué)生的課程設(shè)計(jì)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。這大大增加了指導(dǎo)教師的工作量，因此在指導(dǎo)教師方面也存在著題目難易程度相差較大，指導(dǎo)方式和考核方式相對(duì)單一等問(wèn)題。這也是傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的弊端。

為了克服鑄造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端，我院采取了以分組策略為基礎(chǔ)的新型教學(xué)模式。相對(duì)于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，新型教學(xué)模式的組織與實(shí)施主要包括在題目設(shè)計(jì)、分組方式及指導(dǎo)與考核方式三方面的改進(jìn)。

2 新型教學(xué)模式的組織方式與實(shí)施方法

2.1 題目設(shè)置

在傳統(tǒng)“一人一題”的教學(xué)方式下，指導(dǎo)教師需要針對(duì)每一位學(xué)生設(shè)計(jì)不同的題目，大量的題目設(shè)計(jì)會(huì)大大增加指導(dǎo)教師的工作量。而且為了盡可能使得學(xué)生能夠獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)，往往需要對(duì)設(shè)計(jì)題目進(jìn)行簡(jiǎn)化而不能直接使用實(shí)際產(chǎn)品作為設(shè)計(jì)題目，因此很難達(dá)到鍛煉學(xué)生工程實(shí)踐能力的目的。而在新型的分組教學(xué)模式下，教師只需要針對(duì)每一組設(shè)計(jì)一道題目，從而減少了題目設(shè)計(jì)的工作量，有助于提高題目的質(zhì)量。而且題目的難度和復(fù)雜程度也可以相應(yīng)提高以使其更接近工程實(shí)際。在實(shí)際的實(shí)施過(guò)程中，課程設(shè)計(jì)題目均為指導(dǎo)教師精心挑選的具有中等復(fù)雜程度而且工程意義明確的實(shí)際鑄件，如水輪機(jī)鑄件（上冠、下環(huán)等）。這樣的題目設(shè)計(jì)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)鍛煉學(xué)生工程實(shí)踐的目的，而且能激發(fā)學(xué)生通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作完成工藝設(shè)計(jì)的責(zé)任心。

2.2 分組策略

鑄造工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及到的工作量十分繁雜，如澆注系統(tǒng)和補(bǔ)縮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要大量的理論計(jì)算工作，鑄件圖、鑄造工藝圖及鑄造工裝圖的繪制過(guò)程則包含了大量的繪圖工作，鑄造工藝的模擬驗(yàn)證又涉及到三維建模軟件及鑄造模擬軟件的使用。因此為了保證每一組都能完整的完成鑄造工藝設(shè)計(jì)的全部任務(wù)，每個(gè)小組的成員數(shù)以3～4人為宜，并且需要在小組劃分時(shí)對(duì)各小組的成員組成進(jìn)行控制，確保各小組均有成員分別負(fù)責(zé)計(jì)算、繪圖、模擬及報(bào)告撰寫工作。在實(shí)際的實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生的分組主要采取以學(xué)生自由分組為主、指導(dǎo)教師做適當(dāng)調(diào)整為輔的分組策略。具體的實(shí)施過(guò)程主要包括以下兩個(gè)階段：①學(xué)生自由分組階段。在鑄造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書下達(dá)之前，指導(dǎo)教師針對(duì)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容、流程及需要掌握的理論、軟件進(jìn)行介紹，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)需求自由組合，盡量確保各小組成員的配置滿足鑄造工藝設(shè)計(jì)的需求；②指導(dǎo)教師調(diào)整階段。學(xué)生自由分組完畢，由指導(dǎo)教師對(duì)每一小組的成員配置進(jìn)行評(píng)估。具體評(píng)估方式采用各小組自我介紹的方式進(jìn)行。對(duì)每一小組，指導(dǎo)教師根據(jù)任務(wù)需求評(píng)估小組成員配置是否滿足課程設(shè)計(jì)過(guò)程中理論計(jì)算、繪圖及軟件操作的需求并根據(jù)小組成員的特長(zhǎng)對(duì)小組成員進(jìn)行分工，并確定一位組長(zhǎng)以便于課程設(shè)計(jì)過(guò)程中指導(dǎo)教師與各小組的聯(lián)系與溝通。對(duì)于成員配置不能滿足要求的小組進(jìn)行必要的調(diào)整。

分組完畢之后，指導(dǎo)教師以小組為單位分別下發(fā)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，這樣就形成了每一位指導(dǎo)教師指導(dǎo)7～8個(gè)課程設(shè)計(jì)小組的模式，避免了以往指導(dǎo)教師一人指導(dǎo)幾十名學(xué)生而疲于應(yīng)付的局面，從而顯著減少了指導(dǎo)教師的工作量，使得指導(dǎo)教師能夠集中精力分別對(duì)每一小組進(jìn)行分組指導(dǎo)，有效保證了指導(dǎo)的效果。

2.3 指導(dǎo)與考核方式

課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生以小組為單位進(jìn)行指導(dǎo)，指導(dǎo)形式以指導(dǎo)教師定期召集各小組進(jìn)行討論為主，各小組也可以根據(jù)自己的需要隨時(shí)聯(lián)系指導(dǎo)教師進(jìn)行指導(dǎo)。為了確保各小組的每一位學(xué)生能夠充分參與到教學(xué)過(guò)程中，避免形成過(guò)度依賴小組某一位或某幾位成員的局面，還需要對(duì)課程設(shè)計(jì)的考核方式進(jìn)行改進(jìn)。在分組的過(guò)程中，指導(dǎo)教師引導(dǎo)小組成員根據(jù)自身能力分別主要承擔(dān)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中的計(jì)算、繪圖、模擬及報(bào)告撰寫工作。在最后的考核過(guò)程中，指導(dǎo)教師要求每組學(xué)生完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書及相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙一套，小組的每一名學(xué)生還要撰寫1500字左右的設(shè)計(jì)總結(jié)，說(shuō)明自己在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中所負(fù)責(zé)的具體工作的工作過(guò)程以及在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中的收獲。因此，每一小組最終上交的書面材料包括設(shè)計(jì)說(shuō)明書、圖紙以及小組每一位成員的設(shè)計(jì)總結(jié)，這些書面材料是指導(dǎo)教師對(duì)各小組及其成員進(jìn)行考核、評(píng)價(jià)的主要依據(jù)。

此外，課程設(shè)計(jì)還設(shè)置了答辯環(huán)節(jié)，答辯以小組為單位進(jìn)行。在答辯過(guò)程中，指導(dǎo)教師針對(duì)鑄造工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中計(jì)算、繪圖、模擬各環(huán)節(jié)的具體細(xì)節(jié)以及工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明書中存在的問(wèn)題等進(jìn)行提問(wèn)，小組各位成員按照本人承擔(dān)的任務(wù)分別進(jìn)行答辯。通過(guò)答辯，指導(dǎo)教師能夠更加準(zhǔn)確的掌握小組各成員在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中的參與情況，從而有助于對(duì)小組各位成員進(jìn)行更為準(zhǔn)確的考核評(píng)價(jià)。

綜上，新型教學(xué)模式的總體實(shí)施流程如圖1所示。

圖1 新型教學(xué)模式的實(shí)施流程

3 實(shí)施效果

在新型教學(xué)模式下，學(xué)生參與課程設(shè)計(jì)的主動(dòng)性得到顯著提高，鑄造工藝設(shè)計(jì)的完成度也明顯改善。學(xué)生普遍反映在鑄造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)過(guò)程中不僅鞏固和深化了鑄造工藝學(xué)知識(shí)，而且豐富了自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)了理論結(jié)合實(shí)際的工程意識(shí)。

圖2所示為某小組3名成員在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作完成的某鑄鋼件產(chǎn)品的砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)，三名成員分別主要負(fù)責(zé)計(jì)算、繪圖、模擬各環(huán)節(jié)的工作并合作完成報(bào)告的撰寫，工藝設(shè)計(jì)中包含了澆注系統(tǒng)、補(bǔ)縮系統(tǒng)等必要內(nèi)容，并且通過(guò)數(shù)值模擬手段對(duì)鑄造工藝設(shè)計(jì)的合理性進(jìn)行了驗(yàn)證，整個(gè)工藝設(shè)計(jì)的流程基本與鑄造廠的鑄造工藝設(shè)計(jì)流程一致。由此，學(xué)生能真正體會(huì)到在工程實(shí)踐中完成一項(xiàng)工藝設(shè)計(jì)的流程，并且能夠培養(yǎng)學(xué)生良好的團(tuán)隊(duì)意識(shí)，對(duì)于學(xué)生畢業(yè)以后踏入相關(guān)工作崗位起到了很好的鍛煉效果。

圖2 某小組完成的某鑄鋼件產(chǎn)品的砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)鑄造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程中存在的弊端，采取了以分組策略為基礎(chǔ)的新型鑄造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式。在新型的分組教學(xué)模式下，課程設(shè)計(jì)題目的難度和復(fù)雜程度更接近工程實(shí)踐，工藝設(shè)計(jì)的流程更完整，學(xué)生能夠充分體驗(yàn)到工廠進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，從而有助于鍛煉學(xué)生的工程實(shí)踐能力。而學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中主要以團(tuán)隊(duì)合作的形式完成工藝設(shè)計(jì)，能夠充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，并培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。新型教學(xué)模式還有助于指導(dǎo)教師更高效、更有針對(duì)性地為學(xué)生提供指導(dǎo)和幫助，達(dá)到提高工藝設(shè)計(jì)完成度、改善工藝設(shè)計(jì)質(zhì)量的目的。

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