張建軍，魏曉偉，劉云強

摘要：文章基于“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的特點，針對“鑄造工藝”課程目前的教學方式不能滿足卓越工程師培養(yǎng)要求的現(xiàn)狀，從教學內(nèi)容、教學方法、考核方式等環(huán)節(jié)對該課程教學改革進行了研究，全面提高學生工程能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：卓越工程師；鑄造工藝；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）09-0023-03

一、引言

我國工程教育的規(guī)模位居世界第一，已成為名副其實的工程教育大國。高等工程教育體系大而不強、多而不精，畢業(yè)生創(chuàng)新能力和實踐能力較弱，成為困擾我國高等工程教育的難題。實現(xiàn)工程教育大國向強國的轉(zhuǎn)變，推進高等工程教育改革勢在必行[1]。在這樣的背景下，教育部啟動了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（簡稱“卓越計劃”）?！白吭接媱潯笔秦瀼芈鋵崱秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》的重大改革項目，也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務(wù)，對促進高等教育面向社會需求培養(yǎng)人才，全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的示范和引導作用[2]?！白吭接媱潯本哂腥齻€特點：一是行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過程；二是學校按通用標準和行業(yè)標準培養(yǎng)工程人才；三是強化培養(yǎng)學生的工程能力和創(chuàng)新能力。

課程、教學內(nèi)容和教學環(huán)節(jié)是工程人才培養(yǎng)的基本要素，是培養(yǎng)出卓越人才的關(guān)鍵[3]?！拌T造工藝”課程是材料成型與控制工程專業(yè)（鑄造方向）的主干課程，在鑄造專業(yè)人才的培養(yǎng)過程中具有舉足輕重的地位。這門課程是一門實踐性非常強的課程，與生產(chǎn)實習緊密相關(guān)，是培養(yǎng)鑄造方向?qū)W生工程能力和創(chuàng)新能力最重要的一門課，這正好符合“卓越計劃”的培養(yǎng)理念，為了配合“卓越計劃”的實施，我們對這門課程的教學內(nèi)容、教學方法、考核方式等方面進行了思考和探索。

二、“鑄造工藝”課程特點及教學現(xiàn)狀

鑄造工藝是一個復雜的、影響因素諸多的金屬凝固成型過程，工藝設(shè)計既要考慮不同的合金材料、不同的鑄造方法的影響，還要考慮不同的零件結(jié)構(gòu)及其工藝參數(shù)的影響。若想真正掌握并靈活應(yīng)用鑄造工藝，就必須具備扎實的理論基礎(chǔ)和豐富的實踐經(jīng)驗[4]。受傳統(tǒng)教育思想的影響，鑄造工藝課程教學仍然是重理論、輕實踐，忽視學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，主要表現(xiàn)在：（1）教學方式單一，授課方式采用老師講、學生聽的“填鴨式”教學方法，課題缺乏學生的參與，不利于學生能力的培養(yǎng)。（2）教學內(nèi)容陳舊，理論脫離實踐、應(yīng)用實例少，學生在學完這門課后進行鑄造工藝設(shè)計時無從下手。（3）課內(nèi)實驗也完全是簡單的驗證性實驗，學生興趣不高，難以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。（4）課程的考核仍以閉卷的書面形式考核，考核內(nèi)容多以基礎(chǔ)知識的考察為主，這種教學和考核方式不利于卓越工程師的培養(yǎng)，不能滿足“卓越計劃”對工程能力和創(chuàng)新能力強化培養(yǎng)的要求。

三、卓越工程師培養(yǎng)理念下的課程教學改革

1.課程教學內(nèi)容改革。根據(jù)“卓越計劃”的特點，從工程實際出發(fā)，對本課程教學大綱進行了修訂，改變傳統(tǒng)的重理論、輕實踐的教學思路，同時將教材的內(nèi)容與鑄造工程師資格認證考試內(nèi)容結(jié)合起來，吸收職業(yè)資格考試的相關(guān)內(nèi)容，加強學生的工程素質(zhì)和實踐能力的培養(yǎng)。根據(jù)鑄造工藝課程的特點增加一些典型鑄件鑄造工藝設(shè)計實例。使學生能夠通過實例掌握產(chǎn)品的鑄造工藝設(shè)計步驟及方法。

根據(jù)這門課程的特點，為了讓學生能夠牢固的掌握設(shè)計理論基礎(chǔ)，靈活運用所學習過的知識，開拓設(shè)計思路，我們把工藝課程進行了模塊化設(shè)計，把授課內(nèi)容分為若干模塊。例如：鑄造工藝方案的選擇；澆注系統(tǒng)的設(shè)計；冒口、冷鐵設(shè)計、砂芯的設(shè)計；鑄造工藝裝備設(shè)計等。通過模塊化教學配合相應(yīng)的工廠實踐教學，使學生及時鞏固了鑄造工藝的設(shè)計理論，并加深了學生對現(xiàn)象的認識和對知識的掌握。

2.課程教學方法和教學手段改革。

①教學方法綜合運用，激發(fā)學生興趣。綜合運用實物法、啟發(fā)法、課堂討論等教學方法。教學時將實物展示給學生，并采用啟發(fā)法及課堂討論的方法，培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)。例如在講述澆注系統(tǒng)的設(shè)計時，可以向?qū)W生展示一套還未清理的，保留完整澆注系統(tǒng)的鑄件，學生可以獲得充分的感官認識，同時充分發(fā)揮學生的主觀能動性，讓學生思考幾種不同的澆注系統(tǒng)的設(shè)計方案，然后進行討論，讓學生參與到課堂教學中。

②多媒體教學，提高教學質(zhì)量。多媒體集成、動畫模擬仿真和豐富的圖像信息擴展了學生認知的深度與廣度，也使教師擺脫了時間和空間對講授內(nèi)容的束縛，清楚地顯示某些復雜的過程，有利于激發(fā)學生的觀察力、發(fā)現(xiàn)力、想象力、邏輯聯(lián)想力，有利于認知思維的深化與發(fā)展，有利于增強工程設(shè)計能力，提高教學效率和教學質(zhì)量[5]。通過搜集、精選、制作鑄造工藝方面的圖片、動畫來豐富該課程的多媒體課件。例如，在講授手工造型方法時，若采用板書教學來講述整體造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活塊造型、刮板造型等，則不易掌握其相關(guān)內(nèi)容；若采用Flash動畫的形式，則可清楚、直觀地看到各種手工造型方法，激發(fā)學生的學習興趣，使學生快速掌握相關(guān)內(nèi)容。在講授澆注位置的選擇、分型面的選擇等內(nèi)容時，可通過動畫模擬展示，既形象生動、直觀、感染力強，又可變單純的聽覺語言為視聽同步的動畫模擬，這樣就可以理解輕松，難點化解，學習由難變易，降低了學生學習的枯燥感，提高了教學效率和教學效果。將鑄造生產(chǎn)企業(yè)的錄像短片穿插于課堂教學中，這種錄像演示生產(chǎn)過程的教學模式將無形變?yōu)橛行?、不可見轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢?、無聲轉(zhuǎn)變?yōu)橛新?，展示了實際工業(yè)生產(chǎn)中的情況，激發(fā)了學生的學習興趣，增強了學生的感性認識和好奇心，培養(yǎng)了學生的工程能力，提高了教學效果。

③課內(nèi)實驗教學改革。鑄造工藝是一門實踐性很強的專業(yè)課，但現(xiàn)有的課內(nèi)實驗完全是驗證性的實驗，難以培養(yǎng)學生的工程能力和創(chuàng)新能力。將鑄造模擬軟件引入課內(nèi)實驗，使之應(yīng)用于實際鑄件的工藝設(shè)計之中，為理論與實踐結(jié)合提供了一個新思路。通過鑄造凝固過程模擬，可以預測鑄造缺陷產(chǎn)生，優(yōu)化工藝設(shè)計，縮短試制周期，降低成本。鑄造模擬軟件有德國的MAGMA，法國ESI公司的PROCAST，韓國的AnyCasting，華中科技大學開發(fā)的華鑄CAE等。華鑄CAE是中國最著名的鑄造分析系統(tǒng)，國內(nèi)占有率達到80%左右。因此，本課程采用華鑄CAE開展8個學時的鑄造工藝模擬實驗課。實驗一：純凝固模擬分析（4學時）；實驗二：基于耦合的凝固計算（4學時）。給學生一些典型的零件，讓學生在實驗課中模擬鑄件的充型凝固過程，預測缺陷，并優(yōu)化工藝方案。通過這種實驗改革的方式，達到提高學生應(yīng)用能力的目的。這種原理與模擬相結(jié)合的教學方法對于加強學生對鑄造工藝設(shè)計的認識，原理的深入理解效果很好。

通過上述實踐環(huán)節(jié)的改革，可極大地促進學生的學習興趣，提高設(shè)計能力，為學生的工程能力和創(chuàng)新能力打下了很好的基礎(chǔ)。

④基于校企合作的教學方法改革。企業(yè)優(yōu)秀工程師、技術(shù)員都具備豐富的時間技能和經(jīng)驗，聘請他們承擔部分課堂教學任務(wù)，講解鑄造工藝規(guī)程的編制、產(chǎn)品鑄造工藝設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)等，使得學生很容易掌握本專業(yè)設(shè)計前沿技術(shù)，同時也掌握工程應(yīng)用中的一些非常重要的概念和結(jié)論。通過這種校企合作的授課方法提高了學生的職業(yè)技能，培養(yǎng)了學生的工程能力。

⑤課堂授課與鑄造現(xiàn)場實踐教學的結(jié)合。以往材料成形及控制工程專業(yè)（鑄造方向）的生產(chǎn)實習都是在鑄造工藝課程結(jié)束后，才到工廠進行生產(chǎn)實習。學生在學習鑄造工藝的過程中由于對具體的生產(chǎn)沒有概念，往往對很多內(nèi)容不理解。通過這次教學改革，增加了工廠實踐的這個教學環(huán)節(jié)，邊學習邊實踐，每講授完一個模塊后，便到工廠實習相關(guān)內(nèi)容，做到課堂理論教學和現(xiàn)場實踐教學的同步進行，通過這個實踐環(huán)節(jié)來促進教學內(nèi)容的學習。

⑥科技競賽提高學生綜合素質(zhì)。鼓勵學生積極參加“永冠杯”中國大學生鑄造工藝設(shè)計大賽。該項賽事由中國機械工程學會鑄造分會等單位舉辦，是近年來鑄造專業(yè)最重要的賽事，學生參與此項賽事的興趣很高。大賽不僅要求學生具備扎實的理論基礎(chǔ)，同時也鍛煉了學生的實踐操作能力。在作品的設(shè)計過程中，學生需要查閱資料、閱讀圖紙、三維建模、工藝設(shè)計、數(shù)值模擬、解決鑄造缺陷等。通過參加鑄造工藝大賽既促進了學生對實踐內(nèi)容的掌握，又提高了學生的學習興趣。

同時，在教學過程中可以將往屆大賽中的題目作為教學內(nèi)容，讓學生設(shè)計幾種工藝方案，參與課堂討論，啟迪學生的思維，培養(yǎng)學生的工程實踐能力。

⑦學生參與科研項目，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。卓越工程師教育培養(yǎng)計劃要求在培養(yǎng)學生工程實踐的過程中做到課堂上的教學理論與課堂外的生產(chǎn)實踐相結(jié)合，而工程實踐問題也最好與教師的生產(chǎn)、科研項目相結(jié)合[6]。結(jié)合本課程的學習，鼓勵學生參與教師的科研項目。學生在參與科研項目的過程中，需要查閱相關(guān)文獻，了解了課題的研究現(xiàn)狀及進展，培養(yǎng)了學生基本的學術(shù)素養(yǎng)和能力。通過參與科研項目的活動，學生不僅需要動手、更需要動腦，科研實踐中遇到的各種問題，極大地促進了學生學習該課程的興趣，同時也鍛煉了學生的工程能力，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力。

3.課程考核方式改革。傳統(tǒng)的考核方式是通過閉卷考試考查學生對理論知識的掌握程度，缺乏對實踐的考核。結(jié)合卓越工程師的培養(yǎng)特點，采用多模塊的考核方式?？己朔譃槠谀┛荚?、課內(nèi)實驗考核、科技活動考核等幾個模塊。其中參加科技競賽、參加科研項目等屬于科技活動模塊，均可以算定一定的分數(shù)。期末考試的卷面成績占總成績的60%，考核內(nèi)容以應(yīng)用型內(nèi)容為主；增加實踐考核的比重，課內(nèi)實驗占總成績的20%；科技活動占總成績的20%。

四、結(jié)語

“鑄造工藝”是材料成型及控制工程（鑄造方向）培養(yǎng)卓越工程師的一門非常重要的專業(yè)課，通過對該課程教學內(nèi)容、教學方法、考核方式等環(huán)節(jié)的改革，提高學生的工程能力和創(chuàng)新能力，為卓越工程師的培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻：

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基金項目：2013西華大學重點教改項目。