基于工程教育专业认证的铸造工艺课程设计改革与实践

韩富银，张长江，聂凯波，冯 弘，王红霞

（太原理工大学 材料科学与工程学院，山西太原030024）

工程教育专业认证是由专业性认证机构，针对高等教育机构开设的职业性专业教育实施的专门性认证，由专门职业协会会同该专业领域的教育工作者一起进行，为相关人才进入职业界从业的预备教育提供质量保证。材料成型及控制工程专业是由机械工程学会组织，聘请高校、企业组成的认证工作组对认证专业进行评估。专业认证主要对专业学生培养目标、质量、师资队伍、课程设置、实验设备、教学管理、各种教学文件及原始资料等方面的评估。我国工程教育专业认证的目标是促进我国工程教育的改革，加强工程实践教育，进一步提高工程教育的质量；建立与注册工程师制度相衔接的工程教育专业认证体系，吸引工业界的广泛参与，进一步密切工程教育与工业界的联系，提高工程教育人才培养对工业产业的适应性；促进我国工程教育参与国际交流，实现国际互认。

1998年以来，教育部基于“厚基础、宽口径、重能力”的指导思想，颁布并实施了修订后的《普通高等学校本科专业设置规定》，工科高等学校的原铸造、锻压、焊接等专业合并成“材料成型及控制工程”专业[1]，对原教学大纲进行了较大调整，压缩了部分专业课学时。我校材料成型专业通过两次（2013年和2016年）专业认证，进行了系列改革，增加了更多的实践环节，提高了学生解决实际复杂工程问题的能力，本文就铸造工艺课程设计教学改革的实践经验进行了探索和总结。

1 基于专业认证的铸造工艺课程设计的特点及要求

铸造工艺课程设计是材料成形与控制工程专业铸造方向学生，在学习完铸造方向的全部课程后进行的重要实践性教学环节，是材料成型及控制工程专业铸造方向必修的实践课。按照专业认证要求，学生应在教师的指导下，依据所规定的设计任务，综合运用所学专业知识，独立完成一项比较完整的铸造工艺方面的设计工作。使学生了解从零件图到铸件变换过程中各步骤的设计方法、设计过程和设计依据，初步学会运用《铸造工艺和工装设计手册》等资料，掌握工艺和工装设计的方法[2]，为今后从事铸造方面工作打下扎实的专业基础。同时，培养学生解决铸造复杂工程问题能力，并能考虑复杂铸造工程问题对环境、经济、社会、健康、安全、法律、文化以及社会可持续发展的影响。

2 铸造工艺课程设计改革与实践

2.1 将计算机模拟技术引入铸造工艺课程设计

图1 金属液充型过程模拟

图2 凝固过程模拟

为了增强学生对铸造工艺设计的兴趣，提高铸造工艺设计的积极性，我们将计算机模拟技术引入课程设计。学生可以通过模拟技术了解自己的设计结果是否合理可行，极大地调动了学生的学习积极性和主动性。通过对金属液充型过程流场的模拟（如图1）和凝固过程温度场的模拟（如图2），可预测铸件产生冷隔、浇不足、缩孔和缩松等铸造缺陷，进一步优化设计工艺方案，提高工艺设计质量。有助于培养学生创新能力、综合分析能力和解决工程实际问题的能力。为此，我校在第7学期开设了“凝固数值模拟”课程，通过课堂讲授和上机实验操作使学生掌握铸造过程数值模拟的技能，为课程设计打下良好基础。实践表明，将计算机模拟技术引入铸造工艺课程设计，不仅使学生掌握了最新的设计方法和设计理念，还熟练的掌握了计算机二维和三维绘图技术，使铸造专业的课程设计更接近于铸造生产实际。

2.2 将“永冠杯”中国大学生工艺设计大赛引入铸造工艺课程设计

“永冠杯”中国大学生铸造工艺设计大赛（以下简称大学生铸造工艺设计大赛）是由教育部高等学校机械学科教学指导委员会、中国机械工程学会、中国机械工程学会铸造分会、中国机械工业教育协会、铸造行业生产力促进中心等单位联合主办，永冠能源科技集团赞助，面向全国高等院校材料成型与控制工程专业或相关专业的在校本科生的赛事。其目的是为了促进铸造行业人才培养，鼓励在校学生学习铸造专业知识，培养在校学生对铸造工艺设计的兴趣和爱好，提高学生的铸造工艺设计实际操作技能，为学生提供理论联系实际的机会和参加社会实践活动的平台，为大学生就业创造有利条件和机会，为铸造企业培养优秀人才，促进我国铸造行业的发展[1，3-5]。因此，将大学生铸造工艺设计大赛引入铸造工艺课程设计，使两者很好的融合在一起对提高铸造工艺课程设计教学质量、培养学生学习兴趣、促进课程设计教学改革、提升学生解决复杂工程问题能力都具有重要意义和作用。为了更好地将大学生铸造工艺设计大赛引入成型专业铸造工艺课程设计，改进、完善原课程设计的不足，充实实践环节，使培养体系符合工程教育认证的要求，需强调做好以下三方面工作：

（1）调整原课程设计时间。我校原课程设计为第七学期最后三周，大学生铸造工艺大赛工作量大，三周时间不能完成。因此，在第七学期开学两周后就提前启动课程设计，进行赛前准备。学生充分利用课余时间学习二维和三维绘图软件，指导教师利用周六对学生进行集中培训，使课程设计贯穿整个学期。在期末最后一周进行校内答辩，答辩组成员有企业技术人员、指导教师和教研组专业教师。平时设计过程占30%、设计作品占40%、答辩占30%，评定出校内预赛成绩作为课程设计成绩。成绩较好者选送参加全国大学生铸造工艺设计大赛。

（2）需要注意引导学生将所学理论知识融会贯通。大学生铸造工艺设计大赛的题目来源于企业，要求学生根据零件图纸制定出完整的铸件生产的整个工艺流程。除工艺设计外还包括造型、熔炼、热处理、检验等铸造生产的各个环节，这就不是一两门课的知识所能解决的，需要用到“造型材料”“铸造合金学”“铸造合金熔炼”“铸造工艺学”“金属凝固原理”等所有的铸造专业课程的知识。这就要求指导教师引导学生跳出某一门或者几门理论教学和实践教学的范畴，将所学各门课程的分块知识融合在一起，在整体架构上组织各种知识资源，了解并掌握各门专业课程之间的关系和作用，弥补了校内课程教学中各教学环节难以整体上形成有机联系的不足[6]。

图3 浇注位置选择

图4 分型面选择

（3）进行多方案比较。在铸造工艺方案（铸造工艺方法、浇注位置、分型面选择等）确定方面，要引导学生进行多种方案的比较，分析每种方案的优缺点，通过综合分析得出最佳方案。如图3所示，经过分析初步确定两种浇注位置方案，再对两种方案优缺点进行详细分析比较，最终选择a方案为浇注位置。在浇注位置已确定的基础上，如图4所示，对两种分型面的优缺点进行分析比较，最终选择a方案为分析面。这样才有利于学生提高优化设计意识，培养解决铸造复杂工程问题的能力。

通过以上改革，提高了铸造工艺课程设计质量，经校内答辩选拔，2014级共有4个小组16人参加了第九届全国大学生铸造工艺设计大赛（2018年），获二等奖1项，三等奖1项，优秀奖2项。

3 结束语

太原理工大学材料成型及控制工程专业经过两次工程教育专业认证，进行了一系列课程改革探索，加强了工程实践环节的教学。实践表明，将计算机模拟技术与大学生铸造工艺设计大赛引入铸造工艺课程设计，培养了学生的实践能力、创新能力，增强了学生工程意识、团队精神，提高了学生综合素质。通过教改，学生受益匪浅，铸造工艺设计能力和解决铸造工程复杂问题能力明显提高。