基于工程教育專業(yè)認證的鑄造工藝課程設計改革與實踐

韓富銀，張長江，聶凱波，馮 弘，王紅霞

（太原理工大學 材料科學與工程學院，山西太原030024）

工程教育專業(yè)認證是由專業(yè)性認證機構(gòu)，針對高等教育機構(gòu)開設的職業(yè)性專業(yè)教育實施的專門性認證，由專門職業(yè)協(xié)會會同該專業(yè)領域的教育工作者一起進行，為相關人才進入職業(yè)界從業(yè)的預備教育提供質(zhì)量保證。材料成型及控制工程專業(yè)是由機械工程學會組織，聘請高校、企業(yè)組成的認證工作組對認證專業(yè)進行評估。專業(yè)認證主要對專業(yè)學生培養(yǎng)目標、質(zhì)量、師資隊伍、課程設置、實驗設備、教學管理、各種教學文件及原始資料等方面的評估。我國工程教育專業(yè)認證的目標是促進我國工程教育的改革，加強工程實踐教育，進一步提高工程教育的質(zhì)量；建立與注冊工程師制度相銜接的工程教育專業(yè)認證體系，吸引工業(yè)界的廣泛參與，進一步密切工程教育與工業(yè)界的聯(lián)系，提高工程教育人才培養(yǎng)對工業(yè)產(chǎn)業(yè)的適應性；促進我國工程教育參與國際交流，實現(xiàn)國際互認。

1998年以來，教育部基于“厚基礎、寬口徑、重能力”的指導思想，頒布并實施了修訂后的《普通高等學校本科專業(yè)設置規(guī)定》，工科高等學校的原鑄造、鍛壓、焊接等專業(yè)合并成“材料成型及控制工程”專業(yè)[1]，對原教學大綱進行了較大調(diào)整，壓縮了部分專業(yè)課學時。我校材料成型專業(yè)通過兩次（2013年和2016年）專業(yè)認證，進行了系列改革，增加了更多的實踐環(huán)節(jié)，提高了學生解決實際復雜工程問題的能力，本文就鑄造工藝課程設計教學改革的實踐經(jīng)驗進行了探索和總結(jié)。

1 基于專業(yè)認證的鑄造工藝課程設計的特點及要求

鑄造工藝課程設計是材料成形與控制工程專業(yè)鑄造方向?qū)W生，在學習完鑄造方向的全部課程后進行的重要實踐性教學環(huán)節(jié)，是材料成型及控制工程專業(yè)鑄造方向必修的實踐課。按照專業(yè)認證要求，學生應在教師的指導下，依據(jù)所規(guī)定的設計任務，綜合運用所學專業(yè)知識，獨立完成一項比較完整的鑄造工藝方面的設計工作。使學生了解從零件圖到鑄件變換過程中各步驟的設計方法、設計過程和設計依據(jù)，初步學會運用《鑄造工藝和工裝設計手冊》等資料，掌握工藝和工裝設計的方法[2]，為今后從事鑄造方面工作打下扎實的專業(yè)基礎。同時，培養(yǎng)學生解決鑄造復雜工程問題能力，并能考慮復雜鑄造工程問題對環(huán)境、經(jīng)濟、社會、健康、安全、法律、文化以及社會可持續(xù)發(fā)展的影響。

2 鑄造工藝課程設計改革與實踐

2.1 將計算機模擬技術引入鑄造工藝課程設計

圖1 金屬液充型過程模擬

圖2 凝固過程模擬

為了增強學生對鑄造工藝設計的興趣，提高鑄造工藝設計的積極性，我們將計算機模擬技術引入課程設計。學生可以通過模擬技術了解自己的設計結(jié)果是否合理可行，極大地調(diào)動了學生的學習積極性和主動性。通過對金屬液充型過程流場的模擬（如圖1）和凝固過程溫度場的模擬（如圖2），可預測鑄件產(chǎn)生冷隔、澆不足、縮孔和縮松等鑄造缺陷，進一步優(yōu)化設計工藝方案，提高工藝設計質(zhì)量。有助于培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、綜合分析能力和解決工程實際問題的能力。為此，我校在第7學期開設了“凝固數(shù)值模擬”課程，通過課堂講授和上機實驗操作使學生掌握鑄造過程數(shù)值模擬的技能，為課程設計打下良好基礎。實踐表明，將計算機模擬技術引入鑄造工藝課程設計，不僅使學生掌握了最新的設計方法和設計理念，還熟練的掌握了計算機二維和三維繪圖技術，使鑄造專業(yè)的課程設計更接近于鑄造生產(chǎn)實際。

2.2 將“永冠杯”中國大學生工藝設計大賽引入鑄造工藝課程設計

“永冠杯”中國大學生鑄造工藝設計大賽（以下簡稱大學生鑄造工藝設計大賽）是由教育部高等學校機械學科教學指導委員會、中國機械工程學會、中國機械工程學會鑄造分會、中國機械工業(yè)教育協(xié)會、鑄造行業(yè)生產(chǎn)力促進中心等單位聯(lián)合主辦，永冠能源科技集團贊助，面向全國高等院校材料成型與控制工程專業(yè)或相關專業(yè)的在校本科生的賽事。其目的是為了促進鑄造行業(yè)人才培養(yǎng)，鼓勵在校學生學習鑄造專業(yè)知識，培養(yǎng)在校學生對鑄造工藝設計的興趣和愛好，提高學生的鑄造工藝設計實際操作技能，為學生提供理論聯(lián)系實際的機會和參加社會實踐活動的平臺，為大學生就業(yè)創(chuàng)造有利條件和機會，為鑄造企業(yè)培養(yǎng)優(yōu)秀人才，促進我國鑄造行業(yè)的發(fā)展[1，3-5]。因此，將大學生鑄造工藝設計大賽引入鑄造工藝課程設計，使兩者很好的融合在一起對提高鑄造工藝課程設計教學質(zhì)量、培養(yǎng)學生學習興趣、促進課程設計教學改革、提升學生解決復雜工程問題能力都具有重要意義和作用。為了更好地將大學生鑄造工藝設計大賽引入成型專業(yè)鑄造工藝課程設計，改進、完善原課程設計的不足，充實實踐環(huán)節(jié)，使培養(yǎng)體系符合工程教育認證的要求，需強調(diào)做好以下三方面工作：

（1）調(diào)整原課程設計時間。我校原課程設計為第七學期最后三周，大學生鑄造工藝大賽工作量大，三周時間不能完成。因此，在第七學期開學兩周后就提前啟動課程設計，進行賽前準備。學生充分利用課余時間學習二維和三維繪圖軟件，指導教師利用周六對學生進行集中培訓，使課程設計貫穿整個學期。在期末最后一周進行校內(nèi)答辯，答辯組成員有企業(yè)技術人員、指導教師和教研組專業(yè)教師。平時設計過程占30%、設計作品占40%、答辯占30%，評定出校內(nèi)預賽成績作為課程設計成績。成績較好者選送參加全國大學生鑄造工藝設計大賽。

（2）需要注意引導學生將所學理論知識融會貫通。大學生鑄造工藝設計大賽的題目來源于企業(yè)，要求學生根據(jù)零件圖紙制定出完整的鑄件生產(chǎn)的整個工藝流程。除工藝設計外還包括造型、熔煉、熱處理、檢驗等鑄造生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，這就不是一兩門課的知識所能解決的，需要用到“造型材料”“鑄造合金學”“鑄造合金熔煉”“鑄造工藝學”“金屬凝固原理”等所有的鑄造專業(yè)課程的知識。這就要求指導教師引導學生跳出某一門或者幾門理論教學和實踐教學的范疇，將所學各門課程的分塊知識融合在一起，在整體架構(gòu)上組織各種知識資源，了解并掌握各門專業(yè)課程之間的關系和作用，彌補了校內(nèi)課程教學中各教學環(huán)節(jié)難以整體上形成有機聯(lián)系的不足[6]。

圖3 澆注位置選擇

圖4 分型面選擇

（3）進行多方案比較。在鑄造工藝方案（鑄造工藝方法、澆注位置、分型面選擇等）確定方面，要引導學生進行多種方案的比較，分析每種方案的優(yōu)缺點，通過綜合分析得出最佳方案。如圖3所示，經(jīng)過分析初步確定兩種澆注位置方案，再對兩種方案優(yōu)缺點進行詳細分析比較，最終選擇a方案為澆注位置。在澆注位置已確定的基礎上，如圖4所示，對兩種分型面的優(yōu)缺點進行分析比較，最終選擇a方案為分析面。這樣才有利于學生提高優(yōu)化設計意識，培養(yǎng)解決鑄造復雜工程問題的能力。

通過以上改革，提高了鑄造工藝課程設計質(zhì)量，經(jīng)校內(nèi)答辯選拔，2014級共有4個小組16人參加了第九屆全國大學生鑄造工藝設計大賽（2018年），獲二等獎1項，三等獎1項，優(yōu)秀獎2項。

3 結(jié)束語

太原理工大學材料成型及控制工程專業(yè)經(jīng)過兩次工程教育專業(yè)認證，進行了一系列課程改革探索，加強了工程實踐環(huán)節(jié)的教學。實踐表明，將計算機模擬技術與大學生鑄造工藝設計大賽引入鑄造工藝課程設計，培養(yǎng)了學生的實踐能力、創(chuàng)新能力，增強了學生工程意識、團隊精神，提高了學生綜合素質(zhì)。通過教改，學生受益匪淺，鑄造工藝設計能力和解決鑄造工程復雜問題能力明顯提高。