夏夢茜

（桂林電子科技大學，桂林 541004）

工程訓練是工程教育環(huán)節(jié)中重要的實踐課程，是一門以實操為主的實踐性課程。該課程通過實踐與理論相結(jié)合的方式，提高大學生對工程的認知和動手能力，增強學生的全面素質(zhì)，培養(yǎng)具有實踐、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)和就業(yè)能力的高素質(zhì)工程人才。隨著時代的發(fā)展和科技的進步，相關(guān)部門對工程訓練的要求也不斷提高，并給予了相關(guān)的政策支持。例如：2010年6月，教育部啟動實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”[1]，旨在培養(yǎng)出一大批創(chuàng)新性強、工程能力強、能夠適應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才[2]；2015年4月國務(wù)院辦公廳發(fā)布《關(guān)于深化高等學校創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新教育改革的實施意見》[3]，指出深化高等學校創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新教育改革對于國家發(fā)展戰(zhàn)略、經(jīng)濟發(fā)展、教育綜合改革以及大學生創(chuàng)業(yè)的意義[4]；2018年教育部提出我國在新形勢下工科建設(shè)的改革方向，以及培養(yǎng)高工程素人才對于國家發(fā)展的意義，同時指出高校在傳統(tǒng)的工科專業(yè)建設(shè)上需要進行升級改造，以更好的模式實現(xiàn)更高質(zhì)量的教學[5]。這些政策表明了機械工程訓練課程作為實踐課程的重要性。

高等工程教育作為培養(yǎng)工程人才的基礎(chǔ)，其主要目的就是培養(yǎng)和提高學生的創(chuàng)新能力、實踐能力和綜合素質(zhì)。機械工程訓練是學生了解機械加工設(shè)備、學習機械制造工藝知識、熟悉加工手段、培養(yǎng)團隊協(xié)作精神、提高工程素質(zhì)、培養(yǎng)創(chuàng)新精神和提高綜合實踐能力的教育課程。在時代的發(fā)展的新要求下，工程訓練必須不斷提高課程質(zhì)量，才能培養(yǎng)出具有工程意識和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的學生。

1 鑄造實訓改革的依據(jù)

1.1 機械工程訓練的現(xiàn)狀與問題

傳統(tǒng)的工程訓練針對的是機械專業(yè)的學生，后來逐漸擴大到理工科專業(yè)以及所有在校大學生。傳統(tǒng)的工程訓練即為原來的金工教學，其課程內(nèi)容是制造業(yè)最基本的車、鉗、銑、刨和磨等機械加工的基本過程，使學生通過工程實踐了解機床的基本操作，提高學生對專業(yè)課的感性認識。這種傳統(tǒng)的工程訓練模式對我國技術(shù)人才的培養(yǎng)起到了重要的作用，但是隨著科學技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的工程訓練已經(jīng)不能適應(yīng)科技發(fā)展對人才的需求，因此必須不斷深化工程訓練改革。

目前，大多的工程訓練都存在一些問題，如學習內(nèi)容陳舊、缺乏新的教學方式、不利于學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、教學手段落后、設(shè)備陳舊、教師的教學興趣不高、學生學習的積極性不高、各個工序只以基礎(chǔ)操作教學為主、各個工種的工藝關(guān)聯(lián)性差以及學生的整體工程意識得不到提高等。

1.2 鑄造實訓的現(xiàn)狀與問題

1.2.1 教學內(nèi)容陳舊

鑄造在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，是機械工程訓練中的傳統(tǒng)工種。目前，大多高校的鑄造實訓課程通常采用砂型鑄造，學生不能自主選擇鑄造模樣，無法進行多樣化和個性化的訓練，且最后沒有進行澆鑄，鑄造出的鑄件性能也不穩(wěn)定。甚至一些鑄造實訓僅以教師演示為主，學生無法實操。這些問題導致學生學習的積極性不高，無法達到實訓效果，且不利于學生工程能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.2.2 對實訓環(huán)境和管理的要求較高

砂型鑄造對實訓環(huán)境和管理有一定的要求，不便于教學的實施和管理，這些問題會嚴重影響學生工程實訓的效率。因此，需要對鑄造課程進行改進，引導學生將鑄造的基本理論與實際加工生產(chǎn)有機結(jié)合，以提高學生自身的動手能力，鞏固和充實學生的基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)理論知識。在實踐環(huán)節(jié)中，要讓學生通過自主鑄造加工出自己想要的物品，以充分提高學生學習的積極主動性，提高發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，從而開闊學生的視野、培養(yǎng)學生的綜合創(chuàng)新能力、提高學生的綜合素質(zhì)。

鑄造課程改革對提高學生的工程意識和綜合能力，培養(yǎng)高素質(zhì)的人才，以及滿足社會對人才的需求具有重大意義?；谀壳皺C械工程訓練的鑄造實訓中存在的問題，為了進一步豐富學生機械工程訓練的內(nèi)容，增強學生工程實訓的效果，提高學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，進一步探討鑄造課程的建設(shè)非常必要。

2 鑄造實訓的改革

2.1 熔模精密鑄造實訓內(nèi)容

為了豐富工程實踐的內(nèi)容，培養(yǎng)學生的工程能力和素質(zhì)，提高學生學習的積極主動性。基于傳統(tǒng)鑄造實訓中存在的問題，使學生能夠在規(guī)定的實踐時間內(nèi)達到良好的實訓效果，本文提出將熔模精密鑄造引入鑄造實訓課程中的實訓課程，以石蠟鑄造為例介紹其基本內(nèi)容，加工流程簡圖如圖1所示。

圖1 熔模精密鑄造流程簡圖

單件小批量生產(chǎn)的具體加工過程為：先通過3D打印獲得石蠟?zāi)?，然后用石膏粉加水充分混合獲得石膏溶液，再將石膏溶液倒入裝有石蠟?zāi)５匿撯徶徐o置，將靜置成型的石膏放在電爐中，通過升溫保溫靜置，制備石膏模，之后將金屬熔化，注入到石膏模中，在鑄造機中的鑄件成型后，夾出鋼鈴置入水中，獲得鑄件，待鑄件溫度降低后，取出鑄件對鑄件進行后處理，處理完成后即可得到成品。學生通過此方式進行鑄造加工獲得的鑄件，如圖2所示。

圖2 鑄件示例圖

若想要實現(xiàn)復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)，在獲得3D打印石蠟?zāi)：?，可以先通過制作膠模，然后向其中注入石蠟的方式獲得多個蠟?zāi)?，再將蠟?zāi)７N在蠟樹上以獲得蠟樹成品模型，如圖3所示，再以此為模具進行成品鑄件澆鑄，最后獲得成品鑄件，重復(fù)此操作即可獲得多顆蠟樹。圖4為獲得的成品鑄件示例。

圖3 蠟樹示例圖

圖4 鑄件示例圖

2.2 熔模精密鑄造實訓的意義

2.2.1 為學生提供個性化、層次化的課程內(nèi)容

工程訓練課程不僅針對機械專業(yè)，還涉及許多其他理科甚至文科專業(yè)。不同的專業(yè)在思維模式和實訓認知上存在差異。如圖5所示，熔模精密鑄造的課程內(nèi)容提供兩種模式：第一種是從無到有，即通過學生自主設(shè)計出圖形，利用3D打印設(shè)備打印出石蠟?zāi)Ｐ?，然后通過熔模鑄造得到最后的成品；第二種是從有到有的逆向工程思維模式，即學生用已經(jīng)存在的物品通過三維掃描進行建模，通過得到的模型制作出膠膜，再鑄造加工加工出外形相同的金屬鑄件。兩種不同的課程模式供學生選擇，能夠滿足不同專業(yè)學生的學習目標和學生不同的設(shè)計思維，從而體現(xiàn)學生的個性化和學習內(nèi)容的層次化。

圖5 課程模式設(shè)置圖

2.2.2 更新教學理念，提高學生的積極性

大部分機械專業(yè)以外的學生對工程訓練的認知只限于機械專業(yè)知識的實習，機械專業(yè)的學生則認為實訓內(nèi)容基礎(chǔ)、單一、陳舊。同時，傳統(tǒng)的鑄造實訓也的確存在內(nèi)容單一、設(shè)備陳舊的問題，因此包括機械專業(yè)在內(nèi)的學生對實訓的積極性都不高。

熔模精密鑄造不再局限于傳統(tǒng)的機械零件的加工制造，同時還把重點放在了充滿個性化金屬飾品的加工方面。學生在實訓時通過自主設(shè)計，能夠加工出自己想要的物品，使學生主動的要求學習而不是教師灌輸式教學。通過這種學習方法，充分調(diào)動了學生的學習積極主動性。

2.2.3 用充實的教學內(nèi)容，充分提高學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識

傳統(tǒng)的鑄造實訓與其他工種工藝關(guān)聯(lián)性差，這也是很多工程訓練課程存在的問題之一。這往往會導致學生在實訓后只是掌握了各個工種的基本操作，但認識不到實訓課程的系統(tǒng)性，無法真正培養(yǎng)學生的工程意識和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識。

熔模鑄造結(jié)合3D打印和三維掃描等現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)，使學生可以自主加工出一個完整的鑄件。同時，鑄造所用的模具也可以通過沖壓、數(shù)控銑等工藝加工出來，從而增大了工程訓練各個環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)性，使學生對鑄造課程以及整個工程訓練的認識更加深刻，而且鑄造實訓結(jié)束后加工出的成品也具有收藏意義和經(jīng)濟價值。另外，學生對整個加工生產(chǎn)流程有一定的了解，能夠提高學生的創(chuàng)新意識，對學生畢業(yè)后的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)也有一定的促進作用。

2.2.4 便于實訓課程的管理和建設(shè)

機械工程實訓每個工種的課時是有限的，利用先進的熔模精密鑄造設(shè)備，可以在規(guī)定的鑄造實訓時間內(nèi)讓學生輕松的完成整個鑄造流程，有利于課程內(nèi)容的建設(shè)。如桂林電子科技大學“機械制造工程訓練中心”的鑄造實訓采用了新設(shè)備、新技術(shù)、新工藝，減少了各工藝階段的操作時間。其各工藝階段采用的設(shè)備及特點分別為：采用光敏石蠟材料，能夠快速打印出高精度的石蠟?zāi)Ｐ停浑p溫控數(shù)顯壓膜機操作簡單；數(shù)字真空注蠟機（如圖6所示）能夠快速的完成注蠟；真空自動攪粉機（如圖7所示）在真空下能夠使石膏粉和水混合均勻；電爐采用微電腦雙層旋轉(zhuǎn)型，含有多層溫度設(shè)置，能夠很好地制備出石膏模；微電腦全自動真空加壓震動鑄造機（如圖8所示）能夠精確地確定金屬熔化溫度，并采用真空減少金屬的氧化，操作界面簡單。熔模鑄造采用全新的先進設(shè)備，體積相對較小，操作簡單方便，便于存放和管理，并且整個鑄造環(huán)節(jié)對于環(huán)境污染相對較低，有利于課程的開展和實驗室設(shè)備管理。

圖6 數(shù)字真空注蠟機

圖7 真空自動攪粉機圖

圖8 微電腦全自動真空加壓震動鑄造機圖

3 總結(jié)

本文針對目前機械工程訓練中的鑄造實訓改革了傳統(tǒng)的鑄造實訓內(nèi)容，將熔模精密鑄造用于實訓中，以豐富課程內(nèi)容，使學生能夠用個性化的設(shè)計和鑄造的方法加工出自己喜歡的物品。通過這種方式使學生完成鑄造加工流程，能夠增加學習的自主性和積極性，提高學生的實訓效果，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。