理論—實(shí)踐結(jié)合的鑄造工藝教學(xué)案例分析

周世權(quán)　黃勝智　趙軼　周琴　唐東

摘要：本文以鑄造工藝為案例，探索理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合的方案、實(shí)施方法和教學(xué)效果。充分利用工程實(shí)訓(xùn)中心的現(xiàn)場(chǎng)和裝備條件，將有關(guān)工藝知識(shí)、工程素質(zhì)、工程設(shè)計(jì)和實(shí)施能力以及團(tuán)隊(duì)合作精神培養(yǎng)融于課堂、車間、實(shí)訓(xùn)室的相關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)中。為其他章教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鑄造工藝、理—實(shí)結(jié)合、工藝、工程素質(zhì)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）29-0186-03

一、引言

機(jī)械類機(jī)械制造基礎(chǔ)系列課程包括機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械制造實(shí)習(xí)和實(shí)驗(yàn)。其歷史悠久，在1980-2000年期間，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程學(xué)時(shí)數(shù)最高達(dá)到120學(xué)時(shí)，機(jī)械制造實(shí)習(xí)（原金工實(shí)習(xí)）和實(shí)驗(yàn)最長(zhǎng)達(dá)到8周，一般由金工教研室教師負(fù)責(zé)教學(xué)組織和安排，通過(guò)教師設(shè)計(jì)和參與指導(dǎo)實(shí)習(xí)和實(shí)驗(yàn)將理論課與實(shí)踐課緊密結(jié)合。但2000年后，由于課程改革，很多學(xué)校的機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程被分解為材料成形技術(shù)基礎(chǔ)和機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)兩門課，而且兩門課被分散到材料和機(jī)械兩個(gè)學(xué)院，原金工實(shí)習(xí)拓展為工程訓(xùn)練課程獨(dú)立歸屬到工程訓(xùn)練中心，導(dǎo)致理論與實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)[1]。單方面強(qiáng)調(diào)理論的重要性，或者單方面強(qiáng)調(diào)實(shí)踐的重要性都不利于工程知識(shí)的構(gòu)建。制造工程科學(xué)是建立在工程實(shí)踐和工程理論基礎(chǔ)上，理論可以指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐反過(guò)來(lái)又能豐富理論的內(nèi)涵。因此，理論課教師應(yīng)積極設(shè)計(jì)相關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)，將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，實(shí)踐課教師應(yīng)該積極配合理論課教師實(shí)現(xiàn)教學(xué)設(shè)計(jì)。從而拉近理論與實(shí)踐的距離，而不是將兩者脫節(jié)和分離[2]。國(guó)內(nèi)高校中近年來(lái)對(duì)理-實(shí)一體化課程的研究逐步增多[3-5]，但其方法有將課堂放到車間的邊講邊練，學(xué)用結(jié)合；有制定模塊，講練交替的；還有給予職業(yè)發(fā)展取向，強(qiáng)化技能應(yīng)用的。總的來(lái)看還是停留在用實(shí)踐來(lái)理解工藝原理，進(jìn)一步提高工藝技能。職業(yè)化教育的傾向比較明顯。國(guó)外一些知名大學(xué)，通過(guò)綜合性實(shí)踐課程和項(xiàng)目來(lái)實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合[6]，例如，加拿大滑鐵盧大學(xué)所開(kāi)設(shè)的機(jī)械工程實(shí)踐入門1和2，機(jī)械工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目1和2；將有關(guān)機(jī)械制造工藝、機(jī)械設(shè)計(jì)通過(guò)項(xiàng)目和實(shí)踐緊密聯(lián)系在一起，更加強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。通過(guò)借鑒國(guó)內(nèi)外在理論與實(shí)踐課程方面的改革經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)課程中一個(gè)特定章節(jié)的案例分析，為構(gòu)建機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)綜合課程的理實(shí)一體化課程體系和教學(xué)內(nèi)容打下實(shí)踐的基礎(chǔ)。本文作者在學(xué)校教學(xué)質(zhì)量工程研究項(xiàng)目和湖北省教學(xué)研究項(xiàng)目的支持下，通過(guò)文獻(xiàn)研究和調(diào)研，提出了構(gòu)建“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)綜合課程”的研究項(xiàng)目，并做了大量的研究工作，形成了旨在提高學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力的課程體系和教學(xué)內(nèi)容及方法。

二、理實(shí)一體化課程體系及教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)綜合課程”課程體系：以現(xiàn)代制造技術(shù)為基礎(chǔ)、以典型案例實(shí)踐與分析為先導(dǎo)、以計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)為核心、了解傳統(tǒng)工藝方法的特點(diǎn)、培養(yǎng)綜合工程能力和創(chuàng)新精神[7]。根據(jù)課程體系要求，按照教學(xué)內(nèi)容，將每一知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)按照先到實(shí)習(xí)車間進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，獲得工程實(shí)踐的感性認(rèn)識(shí)和動(dòng)手能力。然后在課堂上進(jìn)行歸納，總結(jié)。同時(shí)提出問(wèn)題和項(xiàng)目任務(wù)，學(xué)生通過(guò)自學(xué)、設(shè)計(jì)、制作獲得產(chǎn)品功能；最后，再到課堂對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行研討、獲得解決問(wèn)題的方案和創(chuàng)新報(bào)告。根據(jù)上述課程體系要求和分析，確定“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)綜合課程”的教學(xué)內(nèi)容為：體念傳統(tǒng)制造工藝方法，掌握先進(jìn)制造工藝裝備操作，講授與討論制造工藝基本知識(shí)，進(jìn)行典型零件工藝分析與制作實(shí)踐，項(xiàng)目設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)研討，項(xiàng)目實(shí)施與制作、運(yùn)行考核、報(bào)告與答辯。主要針對(duì)機(jī)械類專業(yè)原來(lái)金工實(shí)習(xí)和機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)兩門課合計(jì)學(xué)時(shí)為200，經(jīng)過(guò)整合實(shí)際學(xué)時(shí)為176，其中實(shí)踐內(nèi)容所占比例不能與理論教學(xué)完全分開(kāi)，只能根據(jù)教學(xué)需要，有時(shí)可能要進(jìn)行分析、討論，有時(shí)需要實(shí)驗(yàn)、制作。按照課程章節(jié)內(nèi)容同時(shí)安排認(rèn)識(shí)實(shí)踐、講課、動(dòng)手操作、工藝分析講課、項(xiàng)目任務(wù)實(shí)施與答辯。其中鑄造工藝?yán)韺?shí)結(jié)合課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)如表1所示。

三、鑄造工藝章節(jié)案例實(shí)施方案

1.教學(xué)目標(biāo)。根據(jù)機(jī)械類專業(yè)對(duì)畢業(yè)生能力要求，本章節(jié)可以貢獻(xiàn)給專業(yè)論證中畢業(yè)生能力指標(biāo)中的第3、6、7，具有初步鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力、鑄造工藝設(shè)計(jì)能力；掌握砂型鑄造的操作技能；了解其他鑄造方法特點(diǎn)及應(yīng)用、鑄造合金的特點(diǎn)及應(yīng)用，能夠用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)，并實(shí)施工藝過(guò)程。

2.實(shí)施步驟與教學(xué)方法。①鑄造工藝認(rèn)識(shí)實(shí)踐。以班為單位到鑄造實(shí)訓(xùn)室，優(yōu)先由實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師演示砂型鑄造過(guò)程，然后學(xué)生親自動(dòng)手鑄造十二生肖工藝品。學(xué)生參觀實(shí)訓(xùn)室，記錄相關(guān)設(shè)備、工模具。由教師組織看錄像片，了解其他特種鑄造工藝過(guò)程。②鑄造工藝基礎(chǔ)知識(shí)講座。由教師講授金屬及合金的流動(dòng)性、收縮性、偏析與吸氣，鑄造性能與力學(xué)性能間的關(guān)系，討論鑄造合金的選擇。認(rèn)識(shí)零件圖與鑄造工藝圖，分析鑄造工藝參數(shù)與鑄造工藝圖設(shè)計(jì)。③砂型鑄造工藝實(shí)踐。由實(shí)習(xí)指導(dǎo)老師安排學(xué)生鑄造兩通鑄件，從零件圖分析、鑄造工藝圖設(shè)計(jì)、到選擇模樣、芯盒、造型、制芯、合箱、澆注、清理和質(zhì)量分析[8]。其他造型方法（整模、活塊、三箱）的演示性示范講解。④鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理講座。由教師講授砂型鑄造的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括外形、內(nèi)腔、壁厚、壁間連接的設(shè)計(jì)原則、減小鑄造應(yīng)力的設(shè)計(jì)；其他特種鑄造方法的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。⑤鑄造工藝綜合設(shè)計(jì)與制作項(xiàng)目。教師下達(dá)項(xiàng)目任務(wù)書(shū)（如圖1所示），組織學(xué)生分析典型鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與鑄造工藝間的關(guān)系。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與鑄造工藝的多樣性，分組設(shè)計(jì)不同鑄件結(jié)構(gòu)和工藝方案。

四、教學(xué)效果分析

2016年3—7月，在材控1404-06，工程1401-02班中進(jìn)行改革試點(diǎn)，學(xué)生經(jīng)過(guò)有關(guān)鑄造工藝知識(shí)的學(xué)習(xí)和操作實(shí)踐，初步學(xué)會(huì)采用鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)原理和鑄造工藝設(shè)計(jì)方法完成槽輪鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)，鑄造工藝設(shè)計(jì)；并用FDM3D打印制作模樣和芯盒，然后用砂型鑄造工藝實(shí)現(xiàn)了鑄造工藝設(shè)計(jì)。取得了良好的教學(xué)效果。

1.學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)結(jié)果。通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獲得如下兩個(gè)結(jié)構(gòu)的鑄件，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，中心輪轂高于輪緣，為了實(shí)現(xiàn)大批量機(jī)器造型，應(yīng)采用分模兩箱造型，芯盒也采用兩半分開(kāi)式芯盒。

2.FDM3D打印制作的模樣和芯盒。通過(guò)工藝設(shè)計(jì)，將三維圖轉(zhuǎn)換為3D打印文件，控制3D打印機(jī)打印獲得了模樣和芯盒。見(jiàn)圖2中所示。

3.砂型鑄造的槽輪鑄件。用模樣和芯盒砂型造型后獲得的鑄型以及澆注的鑄件見(jiàn)圖2。學(xué)生通過(guò)實(shí)踐—理論學(xué)習(xí)—實(shí)踐—設(shè)計(jì)—再實(shí)踐，獲得了本質(zhì)上的飛躍。從過(guò)去金工實(shí)習(xí)完了就只知道造型、學(xué)了機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課后也不知道如何指導(dǎo)實(shí)踐，到現(xiàn)在可以理解相關(guān)知識(shí)，不僅能動(dòng)手造型、還能利用課程相關(guān)理論設(shè)計(jì)工藝、用3D打印制作模樣和芯盒、通過(guò)鑄造實(shí)施分析設(shè)計(jì)方案的合理性。

4.學(xué)生報(bào)告與答辯。學(xué)生根據(jù)各自的任務(wù)分工，首先完成各自的報(bào)告，然后由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人完成整體項(xiàng)目設(shè)計(jì)與制作報(bào)告，報(bào)告提交后，由學(xué)生組成答辯委員會(huì)，教師也是答辯委員會(huì)成員之一，學(xué)生每個(gè)項(xiàng)目選一人，全班組成5—7人的答辯委員會(huì)，經(jīng)過(guò)項(xiàng)目自述、提問(wèn)和回答問(wèn)題等環(huán)節(jié)，使學(xué)生得到一次完整的學(xué)習(xí)與實(shí)踐經(jīng)歷，取得較好的教學(xué)效果。學(xué)生反映“通過(guò)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與制作，對(duì)課堂所學(xué)有了更深的理解，通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作解決一系列問(wèn)題更是增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)合作能力。”“通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我們逐漸學(xué)會(huì)將理論的設(shè)計(jì)與實(shí)踐的鑄造相結(jié)合，以結(jié)合實(shí)際為出發(fā)點(diǎn)，讓我們對(duì)機(jī)械制造工藝這門課程及鑄造這門技術(shù)學(xué)問(wèn)有了一個(gè)更深層次的認(rèn)識(shí)與理解，對(duì)我們今后這方面的學(xué)習(xí)及工作有很大的幫助”。

五、結(jié)論

通過(guò)實(shí)施案例的結(jié)果分析可以得到如下結(jié)論：（1）將理論與實(shí)踐課程有機(jī)結(jié)合、進(jìn)行整體規(guī)劃和安排有利于課程的整合和教學(xué)水平的提高；（2）從實(shí)施案例的情況來(lái)看，實(shí)際教學(xué)安排上也是可行的。有利于拉近理論課老師與學(xué)生和實(shí)踐課老師的距離，可以推廣到其他章節(jié)的教學(xué)中。（3）增強(qiáng)理論對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo)作用，使學(xué)生明確實(shí)踐的目的和在項(xiàng)目設(shè)計(jì)研究中的作用。（4）促進(jìn)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和主動(dòng)實(shí)踐，提高了學(xué)習(xí)效率、動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。

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Abstract：Program，implement method and teaching effect of principle organically integrated practice are investigated by taking casting process as a case in this paper. Make full use of Engineering Training Center site and equipment conditions，the cultivation of relevant technological knowledge，engineering quality，engineering design and implementation，as well as team spirit is melted into the relevant teaching links of the classroom，workshop and training room. Solid foundation will be established and references accordance will be provided for the teaching content design of other chapters.

Key words：casting Process，Principle integrated practice，process，Engineering quality