摘"要：材料成形及控制工程專業(yè)開設(shè)的課程中有大量關(guān)于鑄造工藝、注塑成型工藝等內(nèi)容，在相關(guān)課程課堂教學(xué)與實踐教學(xué)中遇到的許多問題過于復(fù)雜，很難調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，若能將華鑄CAE及華塑CAE廣泛運用到材料學(xué)院的教學(xué)過程中，不僅能夠大大便于工藝分析、三維模擬等模塊，而且能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。該文給出材料學(xué)院教學(xué)過程中運用華鑄CAE、華塑CAE軟件的規(guī)劃。

關(guān)鍵詞：華鑄CAE；華塑CAE；課程改革；教學(xué)內(nèi)容；新工科

中圖分類號：G642"""文獻標志碼：A"""""文章編號：2096-000X（2025）01-0067-05

Abstract：Therearealotofcontentsaboutcastingtechnologyandinjectionmoldingtechnologyinthecoursesofmaterialformingandcontrolengineeringspecialty.Manyproblemsencounteredintheclassroomteachingandpracticeteachingofrelatedcoursesaretoocomplicated，itisdifficulttoarousetheenthusiasmofstudents.IfInteCASTandHSCAEcanbewidelyusedintheteachingprocessofMaterialInstitute，itcannotonlyfacilitatetheprocessanalysis，three-dimensionalsimulationandothermodules，butalsostimulatestudents'interestinlearning.ThispaperpresentstheprogrammingofinteCASTandHSCAEsoftwareintheteachingprocessofMaterialInstitute.

Keywords：InteCAST;HSCAE;curriculumreform;teachingcontents;emergingengineering

鑄造成型及控制、模具設(shè)計與制造是工程專業(yè)的重要組成部分，我們國家的教育特別是高等教育體系是近些年來才建立起來的，很多專業(yè)的課程設(shè)置都是更偏重理論知識介紹，實用性相對有一些欠缺[1]。華中科技大學(xué)材料學(xué)院開設(shè)的各專業(yè)不但需要學(xué)生掌握扎實的理論知識，更需要學(xué)生具有優(yōu)秀的動手能力[2]。華鑄CAE/InteCAST——我國鑄造領(lǐng)域十分常見的模擬分析系統(tǒng)，是分析和優(yōu)化鑄件鑄造工藝過程中的有效工具，其能夠完成以鑄件充型過程、凝固過程數(shù)值模擬技術(shù)為重點的工藝分析。現(xiàn)階段華鑄CAE集成化軟件系統(tǒng)在我國相關(guān)行業(yè)具有百分之八十左右的運用率，其中包括知名的首鋼企業(yè)、鞍鋼企業(yè)、一汽集團、東風(fēng)汽車公司、浙江大學(xué)和航天三院等二百二十多家企業(yè)與科研院校。華塑CAE6.20能夠在Windows系統(tǒng)下實現(xiàn)有效的數(shù)值計算，能夠支持各圖形平臺操作，屬于集成化仿真系統(tǒng)，華塑CAE軟件當(dāng)前在國內(nèi)已經(jīng)得到了普遍的使用。

新工科是相較于傳統(tǒng)工科而言的，是基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國際競爭新形式、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力新要求而提出的我國工科教學(xué)改革新方向[3-6]。將華鑄CAE軟件與華塑CAE軟件更好地融入到現(xiàn)有課程教學(xué)中去，有必要在對現(xiàn)有課程安排與學(xué)時分布合理了解的基礎(chǔ)上，根據(jù)心理測量學(xué)的理論和方法，嘗試初步編制《基于材料學(xué)院自主開發(fā)軟件使用情況的調(diào)查》，并合理設(shè)置專門針對于材料學(xué)院學(xué)生對現(xiàn)有課程滿意程度和對相關(guān)軟件了解程度的一系列問題，以此檢查學(xué)生個體針對于本問卷設(shè)計課程改革的意見與建議，力圖從學(xué)生的反饋信息中把握教學(xué)改革對學(xué)生的影響，為后續(xù)實際合理進行課程改革提供有參考價值的測評工具。

一"研究對象和調(diào)查方法

（一）"問卷內(nèi)容

基于新工科改革的一般要求，同時考慮本院學(xué)生職業(yè)發(fā)展需求、本專業(yè)現(xiàn)階段培育模式的情況下，研究人員獨立編制了《基于材料學(xué)院自主開發(fā)軟件使用情況的調(diào)查》問卷。每份問卷均包括：①人口統(tǒng)計題，統(tǒng)計參與問卷調(diào)查材料學(xué)院學(xué)生的性別、年級、專業(yè)，以便了解以上各個因素對調(diào)查結(jié)果差異的影響程度；②現(xiàn)有對軟件使用情況調(diào)查5題，內(nèi)容分別為是否會使用該軟件、出于什么原因使用該軟件、對該軟件實用性的認可度、通過何途徑學(xué)會使用該軟件和在何情況下會使用該軟件，掌握華鑄CAE、華塑CAE現(xiàn)階段在本院學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的普及度；③對軟件應(yīng)用前景的期望度調(diào)查4題，具體有對該軟件廣泛運用的信心程度、是否希望本院開設(shè)與該軟件相關(guān)課程、使用該軟件過程的難易程度以及認為通過何種方式可提升大學(xué)生使用各類軟件的綜合能力；④開放式問題，用于收集學(xué)生在現(xiàn)有使用該軟件過程中遇到的具體問題、在學(xué)習(xí)過程中用到的其他軟件名稱，以及對學(xué)生個體熟練掌握該軟件使用的具體方法提供建設(shè)性建議。

（二）"抽取實測樣本

選取華中科技大學(xué)材料學(xué)院在讀學(xué)生（本、碩、博）共105名進行問卷調(diào)查，除去未填明相應(yīng)信息的樣本，本研究樣本的人口統(tǒng)計具體信息見下文。

（三）"調(diào)查方法

1"問卷調(diào)查法

本研究設(shè)計了基于材料學(xué)院自主開發(fā)軟件使用情況的調(diào)查，以華中科技大學(xué)材料學(xué)院學(xué)生為研究樣本發(fā)放問卷105份，回收104份，回收率99.05%，有效問卷103份，有效率98.10%。

2"文獻資料法

研究人員通過查閱大量的期刊、論文及網(wǎng)絡(luò)搜索，收集了解與華鑄CAE軟件、華塑CAE軟件現(xiàn)行發(fā)展狀況，以及在新工科背景下的教學(xué)改革資料進行查閱和學(xué)習(xí)，為本論文提供理論依據(jù)。

3"數(shù)理統(tǒng)計法

在對《基于材料學(xué)院自主開發(fā)軟件使用情況的調(diào)查》進行問卷調(diào)查后，面對具有一定隨機性的調(diào)查結(jié)果，如何進行對材料成型及控制工程專業(yè)課程改革所需數(shù)據(jù)的處理，以何種結(jié)果得出材料成型及控制工程專業(yè)課程改革方式，需運用數(shù)理統(tǒng)計的相關(guān)方法。

二"調(diào)查結(jié)果分析

（一）"調(diào)查對象的分布

問卷調(diào)查通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)查的方式，使學(xué)生通過不記名、自愿參加的方式自主填寫問卷，共收集華中科技大學(xué)材料學(xué)院本碩博學(xué)生的103份有效問卷，樣本有效率為98.10%。

有效樣本中本科生（其中包括大一、大二、大三、大四）占比最高為85.43%，碩士研究生、博士研究生占比依次降低，分別為12.62%、1.95%；最后一項身份調(diào)查劃分是使用相關(guān)軟件同學(xué)所在專業(yè)名稱，專業(yè)分別為材料成型與控制工程專業(yè)、材料科學(xué)與工程專業(yè)、電子封裝專業(yè)、功能材料專業(yè)及其他專業(yè)，各項占比分別是34.95%、18.45%、5.83%、11.65%及29.12%。如圖1、圖2所示。

（二）"樣本對華鑄CAE、華塑CAE的使用情況分析

該問卷對于樣本現(xiàn)階段對華鑄CAE、華塑CAE的使用情況可直觀量化的題目包括問卷中的第四題及第六題，具體題項及計分方法見表1。

根據(jù)以上計分標準，對103份有效樣本進行計分，最終得出：6分6人，5分7人，4分14人，3分10人，2分20人，1分19人，0分20人，-1分7人，共計103人。

根據(jù)結(jié)果可以得出以下結(jié)論：樣本對軟件的認可程度基本呈現(xiàn)正態(tài)分布，其中得2分、1分、0分的樣本數(shù)量最多，占比為57.28%，說明大部分人只是偶爾使用軟件，認為軟件的重要程度為一般。得到3分及3分以上的樣本數(shù)量也較多，占比35.92%，這部分的樣本使用軟件頻率較高，對于軟件的認可程度也較高。占比最少的-1分樣本數(shù)量最少，占比6.8%，這部分用戶對軟件認可程度較差，平時不用相關(guān)軟件并且不認可軟件的重要性。

（三）"樣本使用華鑄CAE、華塑CAE的其他情況

為了解華鑄CAE、華塑CAE軟件現(xiàn)階段在材料學(xué)院學(xué)生中的使用情況，還設(shè)置了出于何原因使用相關(guān)軟件、通過何途徑使用相關(guān)軟件、通常在何情況下使用相關(guān)軟件及使用軟件難度四個問題，以下分別列出統(tǒng)計結(jié)果。

如圖3所示，34.95%的學(xué)生使用相關(guān)軟件是出于學(xué)習(xí)工作要求，占比最高；另有22.33%的學(xué)生因為考試原因使用軟件；12.62%的學(xué)生對相關(guān)軟件抱有興趣使用；其余樣本使用軟件是除以上三種原因之外。

根據(jù)圖4所示情況，學(xué)生接觸到相關(guān)軟件主要有以下幾個方面：占比最大的通過學(xué)校課程接觸，有44.66%的學(xué)生屬于此行列；其次，依次為通過朋友介紹、其他原因及個人自學(xué)或文獻閱讀，分別占總?cè)藬?shù)的22.33%、18.45%、14.56%。

如圖5所示，學(xué)生使用軟件主要用于以下幾個方面：最多的學(xué)生將軟件運用于課程設(shè)計，占總?cè)藬?shù)的51.46%；繪圖課程與科研工作占比接近，分別占49.51%和43.69%；用于個人愛好與其他方面的學(xué)生較少，分別占33.01%與22.33%。

如圖6所示，在參與調(diào)查的可用樣本中能熟練解決使用軟件過程中的問題的占比最少，只占總?cè)藬?shù)的7.77%，認為使用困難程度大的樣本占比與認為可以基本熟練操作的樣本占比相同，均為32.04%，其余28.15%的樣本沒有使用過相關(guān)軟件。

（四）"樣本對軟件發(fā)展預(yù)估情況分析

除了對樣本進行現(xiàn)行使用軟件情況的調(diào)查，為了能夠更加綜合、全面地了解樣本對相關(guān)軟件的使用體驗，現(xiàn)設(shè)計三個關(guān)于相關(guān)軟件發(fā)展前景預(yù)估的問題：是否認為相關(guān)軟件在今后會被廣泛運用、是否希望學(xué)校開設(shè)與軟件相關(guān)的課程，以及認為通過何方式可更好地提高大學(xué)生使用軟件能力三個問題，現(xiàn)逐一分析。

由圖7可知，超過半數(shù)的樣本認為相關(guān)軟件將來會被廣泛運用，這54.37%的同學(xué)使用體驗較好，說明只要能夠熟練掌握使用軟件的方法，不論對學(xué)習(xí)、科研或者工作都會取得良好的效果；剩余25.24%和20.39%的樣本分別認為軟件今后被廣泛運用的情況為一般和不會，除去一部分沒有使用過軟件的樣本，其余樣本是有過使用經(jīng)驗后得出的結(jié)論，說明在該部分用戶心中軟件功效還有待提高，可收集這部分樣本的意見從而進一步完善軟件綜合性能。

就學(xué)生對于將華鑄CAE、華塑CAE軟件運用于實際教學(xué)過程的意見，得到結(jié)論如圖8所示，可知大部分人對此問題均保持著肯定的態(tài)度，僅有6.8%的樣本明確不希望進行改革，剩下的一部分人保持中立的態(tài)度，故將相關(guān)軟件運用到實際課程這個方案是可行的。

為了能進一步了解學(xué)生對待課程改革的意見，設(shè)置關(guān)于樣本認為通過何途徑對提高使用軟件能力此問題，從而從改革者和被改革者兩個角度客觀進行。

如圖9所示，在已設(shè)置的選項當(dāng)中，30.1%的樣本認為學(xué)院應(yīng)增設(shè)對相關(guān)軟件的培訓(xùn)課程，占比最高；另有26.21%的樣本支持改善相關(guān)軟件在教材中的內(nèi)容占比；8.74%的樣本認為可以舉辦知識競賽以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；剩余34.95%的樣本未選擇上述三個選項，關(guān)于這部分樣本所認可的途徑可在開放式回答中總結(jié)整理。

三"結(jié)束語

對于《基于材料學(xué)院自主開發(fā)軟件使用情況的調(diào)查》問卷的分析，在收集到的103份有效問卷之中，本科生占比最高占比85.43%，專業(yè)分布中材料成型及控制工程專業(yè)略高于其他專業(yè)。有效樣本中對于華鑄CAE軟件、華塑CAE軟件的認可程度基本呈現(xiàn)正態(tài)分布，過半數(shù)樣本對于軟件的態(tài)度比較折中，但絕大部分樣本不排斥將軟件運用至材料成型及控制工程專業(yè)的學(xué)習(xí)中。

此外，大部分樣本使用華鑄CAE軟件、華塑CAE軟件都是出于學(xué)習(xí)工作要求、考試要求等，其中繪圖課程、課程設(shè)計、科研工作占比最高。在使用軟件的熟練程度的調(diào)查中，僅有7.77%的樣本表示可以熟練使用。

基于上述調(diào)查結(jié)果，可以得知使用華鑄CAE軟件、華塑CAE軟件的難度及其重要程度都較高，故將其運用至材料成型及控制工程專業(yè)具有合理性與可行性，故提出以下改革構(gòu)思：在大三、大四將軟件單獨列為專業(yè)選修課；將軟件培訓(xùn)計劃安排至大二的金工實習(xí)；為軟件設(shè)置單獨的課程設(shè)計培訓(xùn)；將軟件學(xué)習(xí)靈活運用至專業(yè)必修課的實踐課時中。

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基金項目：華中科技大學(xué)研究生教改項目“基于科技自立自強的《材料成形原理及數(shù)值模擬》多元協(xié)同課程資源建設(shè)”（MS003）；華中科技大學(xué)教學(xué)研究項目“多維度互動分布式液態(tài)金屬成形虛擬仿真實驗教學(xué)研究”（2020056）

第一作者簡介：殷亞軍（1985-），男，漢族，湖北咸寧人，博士，副教授，博士研究生導(dǎo)師。研究方向為鑄造數(shù)字化及智能化。