韓富銀，張長江，聶凱波，馮 弘，王紅霞

（太原理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山西太原030024）

工程教育專業(yè)認(rèn)證是由專業(yè)性認(rèn)證機(jī)構(gòu)，針對(duì)高等教育機(jī)構(gòu)開設(shè)的職業(yè)性專業(yè)教育實(shí)施的專門性認(rèn)證，由專門職業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)同該專業(yè)領(lǐng)域的教育工作者一起進(jìn)行，為相關(guān)人才進(jìn)入職業(yè)界從業(yè)的預(yù)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(jī)械工程學(xué)會(huì)組織，聘請(qǐng)高校、企業(yè)組成的認(rèn)證工作組對(duì)認(rèn)證專業(yè)進(jìn)行評(píng)估。專業(yè)認(rèn)證主要對(duì)專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)、質(zhì)量、師資隊(duì)伍、課程設(shè)置、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、教學(xué)管理、各種教學(xué)文件及原始資料等方面的評(píng)估。我國工程教育專業(yè)認(rèn)證的目標(biāo)是促進(jìn)我國工程教育的改革，加強(qiáng)工程實(shí)踐教育，進(jìn)一步提高工程教育的質(zhì)量；建立與注冊(cè)工程師制度相銜接的工程教育專業(yè)認(rèn)證體系，吸引工業(yè)界的廣泛參與，進(jìn)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(duì)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的適應(yīng)性；促進(jìn)我國工程教育參與國際交流，實(shí)現(xiàn)國際互認(rèn)。

1998年以來，教育部基于“厚基礎(chǔ)、寬口徑、重能力”的指導(dǎo)思想，頒布并實(shí)施了修訂后的《普通高等學(xué)校本科專業(yè)設(shè)置規(guī)定》，工科高等學(xué)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(duì)原教學(xué)大綱進(jìn)行了較大調(diào)整，壓縮了部分專業(yè)課學(xué)時(shí)。我校材料成型專業(yè)通過兩次（2013年和2016年）專業(yè)認(rèn)證，進(jìn)行了系列改革，增加了更多的實(shí)踐環(huán)節(jié)，提高了學(xué)生解決實(shí)際復(fù)雜工程問題的能力，本文就鑄造工藝課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了探索和總結(jié)。

1 基于專業(yè)認(rèn)證的鑄造工藝課程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及要求

鑄造工藝課程設(shè)計(jì)是材料成形與控制工程專業(yè)鑄造方向?qū)W生，在學(xué)習(xí)完鑄造方向的全部課程后進(jìn)行的重要實(shí)踐性教學(xué)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(shí)踐課。按照專業(yè)認(rèn)證要求，學(xué)生應(yīng)在教師的指導(dǎo)下，依據(jù)所規(guī)定的設(shè)計(jì)任務(wù)，綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，獨(dú)立完成一項(xiàng)比較完整的鑄造工藝方面的設(shè)計(jì)工作。使學(xué)生了解從零件圖到鑄件變換過程中各步驟的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)依據(jù)，初步學(xué)會(huì)運(yùn)用《鑄造工藝和工裝設(shè)計(jì)手冊(cè)》等資料，掌握工藝和工裝設(shè)計(jì)的方法[2]，為今后從事鑄造方面工作打下扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生解決鑄造復(fù)雜工程問題能力，并能考慮復(fù)雜鑄造工程問題對(duì)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的影響。

2 鑄造工藝課程設(shè)計(jì)改革與實(shí)踐

2.1 將計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)引入鑄造工藝課程設(shè)計(jì)

圖1 金屬液充型過程模擬

圖2 凝固過程模擬

為了增強(qiáng)學(xué)生對(duì)鑄造工藝設(shè)計(jì)的興趣，提高鑄造工藝設(shè)計(jì)的積極性，我們將計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)引入課程設(shè)計(jì)。學(xué)生可以通過模擬技術(shù)了解自己的設(shè)計(jì)結(jié)果是否合理可行，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。通過對(duì)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(yù)測鑄件產(chǎn)生冷隔、澆不足、縮孔和縮松等鑄造缺陷，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)工藝方案，提高工藝設(shè)計(jì)質(zhì)量。有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、綜合分析能力和解決工程實(shí)際問題的能力。為此，我校在第7學(xué)期開設(shè)了“凝固數(shù)值模擬”課程，通過課堂講授和上機(jī)實(shí)驗(yàn)操作使學(xué)生掌握鑄造過程數(shù)值模擬的技能，為課程設(shè)計(jì)打下良好基礎(chǔ)。實(shí)踐表明，將計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)引入鑄造工藝課程設(shè)計(jì)，不僅使學(xué)生掌握了最新的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)理念，還熟練的掌握了計(jì)算機(jī)二維和三維繪圖技術(shù)，使鑄造專業(yè)的課程設(shè)計(jì)更接近于鑄造生產(chǎn)實(shí)際。

2.2 將“永冠杯”中國大學(xué)生工藝設(shè)計(jì)大賽引入鑄造工藝課程設(shè)計(jì)

“永冠杯”中國大學(xué)生鑄造工藝設(shè)計(jì)大賽（以下簡稱大學(xué)生鑄造工藝設(shè)計(jì)大賽）是由教育部高等學(xué)校機(jī)械學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)、中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)、中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì)、中國機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì)、鑄造行業(yè)生產(chǎn)力促進(jìn)中心等單位聯(lián)合主辦，永冠能源科技集團(tuán)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(guān)專業(yè)的在校本科生的賽事。其目的是為了促進(jìn)鑄造行業(yè)人才培養(yǎng)，鼓勵(lì)在校學(xué)生學(xué)習(xí)鑄造專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)在校學(xué)生對(duì)鑄造工藝設(shè)計(jì)的興趣和愛好，提高學(xué)生的鑄造工藝設(shè)計(jì)實(shí)際操作技能，為學(xué)生提供理論聯(lián)系實(shí)際的機(jī)會(huì)和參加社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)的平臺(tái)，為大學(xué)生就業(yè)創(chuàng)造有利條件和機(jī)會(huì)，為鑄造企業(yè)培養(yǎng)優(yōu)秀人才，促進(jìn)我國鑄造行業(yè)的發(fā)展[1，3-5]。因此，將大學(xué)生鑄造工藝設(shè)計(jì)大賽引入鑄造工藝課程設(shè)計(jì)，使兩者很好的融合在一起對(duì)提高鑄造工藝課程設(shè)計(jì)教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革、提升學(xué)生解決復(fù)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(xué)生鑄造工藝設(shè)計(jì)大賽引入成型專業(yè)鑄造工藝課程設(shè)計(jì)，改進(jìn)、完善原課程設(shè)計(jì)的不足，充實(shí)實(shí)踐環(huán)節(jié)，使培養(yǎng)體系符合工程教育認(rèn)證的要求，需強(qiáng)調(diào)做好以下三方面工作：

（1）調(diào)整原課程設(shè)計(jì)時(shí)間。我校原課程設(shè)計(jì)為第七學(xué)期最后三周，大學(xué)生鑄造工藝大賽工作量大，三周時(shí)間不能完成。因此，在第七學(xué)期開學(xué)兩周后就提前啟動(dòng)課程設(shè)計(jì)，進(jìn)行賽前準(zhǔn)備。學(xué)生充分利用課余時(shí)間學(xué)習(xí)二維和三維繪圖軟件，指導(dǎo)教師利用周六對(duì)學(xué)生進(jìn)行集中培訓(xùn)，使課程設(shè)計(jì)貫穿整個(gè)學(xué)期。在期末最后一周進(jìn)行校內(nèi)答辯，答辯組成員有企業(yè)技術(shù)人員、指導(dǎo)教師和教研組專業(yè)教師。平時(shí)設(shè)計(jì)過程占30%、設(shè)計(jì)作品占40%、答辯占30%，評(píng)定出校內(nèi)預(yù)賽成績作為課程設(shè)計(jì)成績。成績較好者選送參加全國大學(xué)生鑄造工藝設(shè)計(jì)大賽。

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

圖3 澆注位置選擇

圖4 分型面選擇

（3）進(jìn)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(dǎo)學(xué)生進(jìn)行多種方案的比較，分析每種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，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(duì)兩種方案優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)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(chǔ)上，如圖4所示，對(duì)兩種分型面的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析比較，最終選擇a方案為分析面。這樣才有利于學(xué)生提高優(yōu)化設(shè)計(jì)意識(shí)，培養(yǎng)解決鑄造復(fù)雜工程問題的能力。

通過以上改革，提高了鑄造工藝課程設(shè)計(jì)質(zhì)量，經(jīng)校內(nèi)答辯選拔，2014級(jí)共有4個(gè)小組16人參加了第九屆全國大學(xué)生鑄造工藝設(shè)計(jì)大賽（2018年），獲二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，優(yōu)秀獎(jiǎng)2項(xiàng)。

3 結(jié)束語

太原理工大學(xué)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(rèn)證，進(jìn)行了一系列課程改革探索，加強(qiáng)了工程實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)。實(shí)踐表明，將計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)與大學(xué)生鑄造工藝設(shè)計(jì)大賽引入鑄造工藝課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，增強(qiáng)了學(xué)生工程意識(shí)、團(tuán)隊(duì)精神，提高了學(xué)生綜合素質(zhì)。通過教改，學(xué)生受益匪淺，鑄造工藝設(shè)計(jì)能力和解決鑄造工程復(fù)雜問題能力明顯提高。