應用型本科課程與實踐環節設置探索

劉浩 王珺 李永剛 曹磊 付菁媛 石永亮

[摘? ? ? ? ? ?要]? 針對鑄造工藝學課程實踐性較強和學生分析解決問題能力不足的特點，探索鑄造工藝學在應用型本科人才培養中課程與實踐環節相結合的新模式。通過模擬使學生直觀感受實際生產環境下的鑄造過程，同時解決鑄造過程中出現的各種問題。最終達到提升學生分析、解決問題的能力和提高應用型本科鑄造工藝學教學質量的目的。

[關? ? 鍵? ?詞]? 鑄造工藝學;應用型本科;實踐環節

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）13-0064-02

我國高等教育的發展逐步呈現出由精英化向大眾化發展的趨勢。同時人才培養的方向也趨于多元化，越來越多的高校將應用型本科作為人才培養的主要方向。提出應用型人才逐漸成為一種獨立的人才培養類型，發展成為大眾化教育階段最重要的人才培養類型[1]。職業性是應用型本科人才培養的根本屬性，希望越來越多的應用型本科人才有能力迅速地適應工作環境，因此對應用型人才的動手實踐能力提出了要求[2]。

在當前中國大力發展制造業的環境下，鑄造水平是衡量制造業發展水平的重要指標。企業對鑄造人才的需求越來越大，同時對鑄造人才的能力提出了更高的要求。要求鑄造人才不僅具有扎實的理論基礎，還具有分析解決實際問題的能力[3]。在此環境下，針對應用型本科的課程建設提出了更高的要求[4]。本文以鑄造工藝學課程改革為例，探索應用型本科課程與實踐環節相結合的新模式。

一、課程基本概況

（一）鑄造工藝學是機械工程類材料成形及控制工程-鑄造專業學生必修的一門專業課[5]

鑄造工藝學是集金屬學、金屬凝固理論、無損探傷技術等多門學科于一體的綜合性學科，需要學生具有廣泛的知識面[6]。本課程主要研究金屬-鑄型界面相互作用的基本機理和規律及其對鑄件質量的影響及鑄造工藝方案的確定，包括澆注系統和冒口的設計、計算，鑄造工藝設計及各種工藝裝備設計的基本知識。通過本課程的學習，使學生掌握鑄造工藝的設計方法和提高分析解決鑄造問題的能力。

（二）鑄造工藝學既有科學性，又有較強的綜合性和實踐性

傳統的教學方法以課堂講授為主，其中涉及一些實際生產的案例，這些案例往往高于教材，致使學生難以理解。實習模式多以生產現場講授為主，學生既不能直觀感受金屬充型凝固的全過程，又不能解決因工藝設計不合理造成的鑄造缺陷的問題。這樣造成了學生一味被動地接受知識，缺乏分析解決實際問題的能力。針對以上問題，在應用型本科課程體系下，探索實踐環節與課程相結合的新模式，以提高教學質量。

二、實踐環節新模式的探索

在掌握了課程基礎理論知識的基礎上，開展行之有效的實踐環節是提高教學質量的有效方法。本文針對鑄造工藝學這門課程，擬采用軟件模擬的方式開展實踐環節。以軸承座零件為例，實踐環節可以分為以下幾個部分：分析零件結構并確定工藝方案，制作三維模型并導入模擬軟件進行鑄造模擬，分析模擬結果并提出改進措施。概括為三個模塊分別是：分析計算模塊、數字模擬模塊、工藝分析改進模塊，如下表。

（一）分析計算模塊

首先對實際生產中的鑄件結構進行分析，包括鑄件尺寸、材質、質量要求等。結合教材并查閱資料，確定澆注材料、球化劑、孕育劑和澆鑄溫度等。

通過查閱教材并結合實際鑄件，確定鑄造工藝條件及參數。包括澆注系統、砂箱尺寸和澆注時間等參數。

確定初始的模擬方案，分為設置冒口冷鐵和不設置冒口冷鐵的對照實驗，其中冒口和冷鐵的參數設置需查閱教材。

通過分析計算模塊的實踐，將實際生產的案例與課堂理論知識有機結合起來，能夠有效提高學生分析問題的能力。

（二）數字模擬模塊

數字模擬過程包括制作三維模型、網格劃分、參數設定及模擬結果演示4個過程。

根據鑄造工藝方法的設計，使用SolidWorks軟件繪制相應的三維模型，設置冒口冷鐵和不設置冒口冷鐵的三維模型，如圖1。

將三維模型導入ProCAST軟件中進行鑄造模擬。結合實際鑄件，對不同區域進行網絡劃分;設定冷卻形式、環境初始溫度和界面換熱系數等參數;模擬充型凝固過程及凝固過程溫度場變化規律。

通過數字模擬模塊的實踐，學生可以直觀感受到鑄件整個充型模擬過程和充型過程中溫度場的變化。課堂的理論知識直觀地呈現在學生面前，有利于學生更好地理解鑄件充型過程。

（三）工藝分析改進模塊

工藝分析改進模塊包括初始工藝方案的分析和優化工藝方案的制定和驗證。

通過對初始工藝方案凝固時間分布圖進行分析，推測容易縮孔縮松缺陷的位置。導出初始縮孔、縮松分布圖，印證推測結果并分析缺陷出現的原因。

針對缺陷產生的位置和原因，改進優化的鑄造工藝方案，并進行模擬分析。

圖2為在凝固過程中按初始工藝方案和優化工藝方案設計所形成的縮孔、縮松比較圖。不加冒口冷鐵的方案法蘭與軸承套較厚部分的接觸處存在大量縮孔、縮松的缺陷。加冒口冷鐵方案縮孔、縮松缺陷明顯減少，但在冒口下部仍出現了較大的縮孔、縮松缺陷，初步判斷是冒口尺寸過小。采用優化補縮系統的優化工藝方案，縮孔、縮松缺陷由初始方案模擬的軸承套處移至冒口處，獲得了優質的鑄件。

學生可以通過數字模擬模塊的實踐，模擬鑄件在實際生產過程中易出現缺陷的位置，通過改進工藝方案達到減少缺陷的目的，同時提高學生分析解決問題的能力。另外通過數字模擬的方式還可以降低教學成本，豐富實踐環節，增強其可行性。

三、結論

在當前社會迫切需要應用型本科人才的環境下，需要持續不斷地進行教學改革探索[7]。通過對應用型本科課程和實踐環節新模式的探索，很好地將課程理論知識與實踐環節相結合。一定程度上進一步完善了課程體系，提高了教學質量，達到了培養專業型人才的目的。在實踐過程中，學生可以結合實際生產的例子，通過模擬的方式更好地理解充型凝固和缺陷形成的過程。激發學生的學習興趣，提高學生分析解決實際生產問題的能力，從而更好地適應將來崗位的需求。理論知識與生產實踐相結合，達到了良好的人才培養效果。

參考文獻：

[1]吳中江，黃成亮.應用型人才內涵及應用型本科人才培養[J].高等工程教育研究，2014（2）：66-70.

[2]潘懋元.什么是應用型本科[J].高教探索，2010（1）：10-11.

[3]錢國英，王剛，徐立清.本科應用型人才的特點及其培養體系的構建[J].中國大學教學，2005（9）：54-56.

[4]郭廣思，王廣太，杜曉明，等.《鑄造工藝》課程改革研究[J].鑄造設備與工藝，2016（3）：67-68.

[5]陳姍姍.《鑄造工藝學》課程教學改革與實踐研究[J].科技經濟導刊，2016（12）：134.

[6]彭和宜，林波，黃放，等.《鑄造工藝學》課程教學改革及實踐初探[J].科技經濟市場，2015（10）：209-210.

[7]梁蔓安.數控技術應用型本科課程與實踐環節設置探討[J].廣西民族師范學院學報，2011，28（3）：98-99.

編輯 魯翠紅