工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下《鑄造合金及其熔煉》課程教學(xué)探索

（南昌航空大學(xué)航空制造工程學(xué)院，江西南昌 330063）

工程教育專業(yè)認(rèn)證是提高我國(guó)工程人才培養(yǎng)質(zhì)量的有力保證。我國(guó)是世界第一鑄造大國(guó)。鑄造專業(yè)人才的培養(yǎng)對(duì)促進(jìn)我國(guó)鑄造從業(yè)人員技術(shù)水平的提升起著至關(guān)重要的作用，加強(qiáng)專業(yè)人才的培養(yǎng)及人才隊(duì)伍的建設(shè)，是鑄造行業(yè)保持長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展，提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素?！惰T造合金及其熔煉》是材料成型及控制工程專業(yè)鑄造方向的一門主要的專業(yè)理論課，在培養(yǎng)鑄造方向人才的全局中有著非常重要的作用，在鑄造方向的技術(shù)知識(shí)結(jié)構(gòu)中，與鑄造工藝、鑄造設(shè)備鼎足而立，是非常重要的一個(gè)支柱。

1 課程目標(biāo)的定位

本課程通過闡明鑄造鋁合金、鎂合金、銅合金、鋅合金、鈦合金、灰鑄鐵、強(qiáng)韌鑄鐵、鑄造碳鋼、低合金鋼、高合金鋼及鑄造高溫合金的分類、成分、組織和性能之間的相互關(guān)系，上述合金的強(qiáng)化機(jī)制、熔煉的基本理論及工藝特點(diǎn)，主要缺陷的產(chǎn)生和防止，使學(xué)生對(duì)各種常用典型鑄造合金及主要熔煉技術(shù)能較全面深入地理解和掌握，支撐材料成型及控制工程專業(yè)畢業(yè)目標(biāo)中相應(yīng)指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成。本課程目標(biāo)對(duì)學(xué)生的能力要求如下：

（1）能夠綜合運(yùn)用合金化技術(shù)、熱處理技術(shù)、材料組織控制技術(shù)及熔體精煉技術(shù)，改善鑄造合金的力學(xué)性能，并能夠通過相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果分析。

（2）能夠應(yīng)用鑄造合金組織、性能及鑄造缺陷控制的基本原理，并通過文獻(xiàn)檢索、信息查詢分析復(fù)雜的鑄造合金及其熔煉方面的工程問題，以獲得有效結(jié)論，具備從事鑄造合金及熔煉有關(guān)技術(shù)工作的基本素質(zhì)及分析生產(chǎn)問題和解決生產(chǎn)問題的能力。

（3） 能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)鑄造合金及其熔煉領(lǐng)域內(nèi)復(fù)雜工程問題進(jìn)行研究，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。

（4）能夠理解和評(píng)價(jià)針對(duì)鑄造合金及熔煉領(lǐng)域內(nèi)復(fù)雜工程問題的工程實(shí)踐對(duì)環(huán)境、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的影響。

2 教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

該課程由原來的48學(xué)時(shí)減少為32學(xué)時(shí)，在指定的教學(xué)課時(shí)內(nèi)很難以完成以前的全部教學(xué)內(nèi)容，因此，對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了精簡(jiǎn)和優(yōu)化。我校是航空特色明顯的高校，所以在課程教學(xué)上以鑄造輕合金，如鑄造鋁合金、鎂合金、鈦合金及高溫合金為主，同時(shí)兼顧鑄鋼與鑄鐵，其中鑄造鋁合金、鎂合金、鈦合金、高溫合金及其熔煉為24學(xué)時(shí)，鑄鋼、鑄鐵及其熔煉8學(xué)時(shí)。我校材料成型及控制專業(yè)鑄造方向還開設(shè)了《工程材料及熱處理》、《鑄造設(shè)備》及《鑄造原理》等課程，這些課程部分教學(xué)內(nèi)容與《鑄造合金及其熔煉》有交叉及重疊。首先教師必須明確不同課程的分工，避免教學(xué)內(nèi)容的交叉及重疊，提高教學(xué)效率。比如《工程材料及熱處理》主要講述合金的熱處理原理及工藝，而《鑄造合金及其熔煉》主要應(yīng)用熱處理技術(shù)進(jìn)一步提高鑄造合金的性能；《鑄造原理》主要講述氣體、夾雜物及晶粒大小對(duì)鑄造合金影響的機(jī)理及本質(zhì)，而《鑄造合金及其熔煉》主要講述減少熔體中氣體、夾雜物，細(xì)化晶粒的工藝方法及原理；《鑄造設(shè)備》中主要講述熔煉設(shè)備的結(jié)構(gòu)等，而《鑄造合金及其熔煉》主要講述具體的合金熔煉工藝及原理。

《鑄造合金及其熔煉》由于只安排了32學(xué)時(shí)，所以課內(nèi)并未安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)，相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容安排在《液態(tài)成型技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)》課程內(nèi)，單獨(dú)授課?！惰T造合金及其熔煉》相關(guān)實(shí)驗(yàn)是鑄造方向?qū)W生認(rèn)識(shí)各種鑄造合金及熔煉方法、接受科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)的開端，要求學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，了解鑄鑄造合金與熔煉，從而得到從事鑄造合金熔煉實(shí)踐的基本訓(xùn)練?！惰T造合金及其熔煉》相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容經(jīng)過優(yōu)化后主要包括鋁合金精煉和變質(zhì)實(shí)驗(yàn)，鑄鐵和鑄鋼熔煉及凝固組織觀察實(shí)驗(yàn)。

3 教學(xué)方法的改革

本課程是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，課程的教學(xué)目標(biāo)不僅要求學(xué)生牢固掌握鑄造合金組織、性能控制及合金熔煉的基本原理，還必須在此基礎(chǔ)上獲得分析問題及解決問題的等各方面的基本能力。由此，在教學(xué)過程中，不能采用傳統(tǒng)的、單一的以講課為主的教學(xué)模式，而應(yīng)該采用師生間互動(dòng)更為頻繁的“翻轉(zhuǎn)課堂”模式，具體實(shí)施方法如下。

教師應(yīng)該摒棄在課堂上講授全部課程內(nèi)容的教學(xué)方式，在課堂上主要講述重點(diǎn)和難點(diǎn)，以最常見的鑄造鋁合金及其熔煉為突破口，重點(diǎn)和詳細(xì)講解，其它鑄造合金主要講解與鑄造鋁合金及其熔煉的不同之處。千萬不要為了保證教學(xué)內(nèi)容的完整性，而面面俱到的講解，這讓學(xué)生很難抓住重點(diǎn)和難點(diǎn)。教師開始講課前一般進(jìn)行15分鐘左右的課前提問，然后在進(jìn)行點(diǎn)評(píng)與復(fù)習(xí)，把握學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論的理解和掌握程度。對(duì)于一些簡(jiǎn)單和較容易理解的教學(xué)內(nèi)容，主要讓學(xué)生通過教材、互聯(lián)網(wǎng)和電子課件等形式進(jìn)行自學(xué)；部分教學(xué)內(nèi)容安排適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，讓學(xué)生講解自學(xué)的內(nèi)容，并進(jìn)行討論和提問，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣。

對(duì)于小班上課（人數(shù)小于20人）的卓越工程師等班級(jí)可以根據(jù)學(xué)生興趣和能力的不同，成立幾個(gè)學(xué)習(xí)小組，一方面教師對(duì)各個(gè)小組分層次因材施教，充分發(fā)掘每個(gè)學(xué)生的潛力，另一方面學(xué)生可以根據(jù)自己的愛好自主確定學(xué)習(xí)目標(biāo)，教師可以參與到學(xué)習(xí)小組中去，對(duì)每個(gè)學(xué)生進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)，從而營(yíng)造出一種自由的、合作的課堂氛圍。

圍繞各章教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容，除布置一定數(shù)量的思考題，課前或課下進(jìn)行提問外，還設(shè)置課后大作業(yè)環(huán)節(jié)。比如問題1：南方某公司采用Sr對(duì)A356合金進(jìn)行變質(zhì)處理，發(fā)現(xiàn)砂型鑄造時(shí)變質(zhì)效果不好，請(qǐng)結(jié)合A356合金的成分、組織及性能特點(diǎn)，Sr變質(zhì)的原理，分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，并提出改進(jìn)措施；問題2：針對(duì)鑄造鎂合金的腐蝕性問題或熔煉過程的阻燃問題寫一篇調(diào)研報(bào)告，要求至少3篇以上的參考文獻(xiàn)，并列在報(bào)告后；問題3：做一個(gè)關(guān)于鑄造鈦合金或鋅合金的幻燈片，內(nèi)容、題材、形式及風(fēng)格不限，頁(yè)數(shù)至少20張，希望同學(xué)們自己收集素材、自己整理和設(shè)計(jì)，最后做出的內(nèi)容你們自己能理解，最多可以4位同學(xué)1組；問題4：簡(jiǎn)述K4169高溫合金的成分、組織、鑄造工藝及力學(xué)性能特點(diǎn)？如何解決該合金薄壁鑄件生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)熱裂與澆不足的缺陷，提高鑄件合格率？以上這些問題以典型工程問題為載體，將可行性分析、問題分析、解決方案以及文獻(xiàn)檢索等環(huán)節(jié)有機(jī)融合串聯(lián)，提高學(xué)生的理解能力、應(yīng)用所學(xué)知識(shí)、方法和先進(jìn)工具及技術(shù)解決鑄造合金及熔煉中相關(guān)工程問題的能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，以及結(jié)合課后作業(yè)進(jìn)行報(bào)告，并清晰陳述觀點(diǎn)和回答問題的能力。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中，鋁合金精煉和變質(zhì)實(shí)驗(yàn)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但以往都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生各方面能力的提升有限。通過改革，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)創(chuàng)造各種實(shí)驗(yàn)條件，學(xué)生可以自己制定和設(shè)計(jì)不同的鋁合金精煉和變質(zhì)工藝；學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和各種能力。黑色金屬熔煉過程往往伴隨高溫、液態(tài)金屬飛濺，具有較大危險(xiǎn)性，學(xué)生的參與度較小，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)黑色合金熔煉過程缺少直觀認(rèn)識(shí)，因此，開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為《鑄造合金及其熔煉》課程教育的必然要求。黑色金屬熔煉的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鑄鐵沖天爐、鑄鋼電弧爐和感應(yīng)爐熔煉過程的直觀觀察，熔煉過程對(duì)鑄鐵、鑄鋼中氣體、夾雜物等缺陷和凝固組織影響的測(cè)試。通過開展黑色金屬熔煉的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)使鑄造方向的學(xué)生可以輕松地觀察熔煉過程，了解熔體內(nèi)部變化，學(xué)習(xí)熔煉工藝原理，掌握熔煉關(guān)鍵技術(shù)。

4 考核方法的改革

課程考核以檢驗(yàn)課程目標(biāo)的達(dá)成度為手段，進(jìn)而評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的達(dá)成度。考核的環(huán)節(jié)包括平時(shí)表現(xiàn)（出勤情況、回答問題及課后作業(yè)）和期末考試，其中回答問題占10%，課后作業(yè)占30%，期末考試占60%；與以前相比，減少了期末考試的比例，提高了平時(shí)成績(jī)的比例。鼓勵(lì)同學(xué)平時(shí)多下功夫，認(rèn)真學(xué)習(xí)，避免期末突擊復(fù)習(xí)取得高分。對(duì)于回答問題環(huán)節(jié)，如課堂時(shí)間不夠，回答問題也可在課下進(jìn)行，回答問題得分超過10分時(shí)，超過部分也可計(jì)入平時(shí)成績(jī)，鼓勵(lì)同學(xué)多回答問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課后作業(yè)一共3次，一次進(jìn)行陳述和答辯，其余兩次僅提交報(bào)告；課后作業(yè)可以3-4人一組，但每個(gè)人的分工與責(zé)任需明確。

5 結(jié)語(yǔ)

在工程教育專業(yè)認(rèn)證的背景下，《鑄造合金及其熔煉》作為是材料成型及控制工程專業(yè)鑄造方向的一門主要的專業(yè)理論課，承載著多方面的畢業(yè)要求。我校通過革新教學(xué)理念，明確課程目標(biāo)，優(yōu)化理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法與考核方法，以適應(yīng)工程教育專業(yè)認(rèn)證要求，不斷提高《鑄造合金及其熔煉》課程的教學(xué)質(zhì)量。