应用型本科课程与实践环节设置探索

刘浩 王珺 李永刚 曹磊 付菁媛 石永亮

[摘           要]  针对铸造工艺学课程实践性较强和学生分析解决问题能力不足的特点，探索铸造工艺学在应用型本科人才培养中课程与实践环节相结合的新模式。通过模拟使学生直观感受实际生产环境下的铸造过程，同时解决铸造过程中出现的各种问题。最终达到提升学生分析、解决问题的能力和提高应用型本科铸造工艺学教学质量的目的。

[关    键   词]  铸造工艺学;应用型本科;实践环节

[中图分类号]  G712                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603（2021）13-0064-02

我国高等教育的发展逐步呈现出由精英化向大众化发展的趋势。同时人才培养的方向也趋于多元化，越来越多的高校将应用型本科作为人才培养的主要方向。提出应用型人才逐渐成为一种独立的人才培养类型，发展成为大众化教育阶段最重要的人才培养类型[1]。职业性是应用型本科人才培养的根本属性，希望越来越多的应用型本科人才有能力迅速地适应工作环境，因此对应用型人才的动手实践能力提出了要求[2]。

在当前中国大力发展制造业的环境下，铸造水平是衡量制造业发展水平的重要指标。企业对铸造人才的需求越来越大，同时对铸造人才的能力提出了更高的要求。要求铸造人才不仅具有扎实的理论基础，还具有分析解决实际问题的能力[3]。在此环境下，针对应用型本科的课程建设提出了更高的要求[4]。本文以铸造工艺学课程改革为例，探索应用型本科课程与实践环节相结合的新模式。

一、课程基本概况

（一）铸造工艺学是机械工程类材料成形及控制工程-铸造专业学生必修的一门专业课[5]

铸造工艺学是集金属学、金属凝固理论、无损探伤技术等多门学科于一体的综合性学科，需要学生具有广泛的知识面[6]。本课程主要研究金属-铸型界面相互作用的基本机理和规律及其对铸件质量的影响及铸造工艺方案的确定，包括浇注系统和冒口的设计、计算，铸造工艺设计及各种工艺装备设计的基本知识。通过本课程的学习，使学生掌握铸造工艺的设计方法和提高分析解决铸造问题的能力。

（二）铸造工艺学既有科学性，又有较强的综合性和实践性

传统的教学方法以课堂讲授为主，其中涉及一些实际生产的案例，这些案例往往高于教材，致使学生难以理解。实习模式多以生产现场讲授为主，学生既不能直观感受金属充型凝固的全过程，又不能解决因工艺设计不合理造成的铸造缺陷的问题。这样造成了学生一味被动地接受知识，缺乏分析解决实际问题的能力。针对以上问题，在应用型本科课程体系下，探索实践环节与课程相结合的新模式，以提高教学质量。

二、实践环节新模式的探索

在掌握了课程基础理论知识的基础上，开展行之有效的实践环节是提高教学质量的有效方法。本文针对铸造工艺学这门课程，拟采用软件模拟的方式开展实践环节。以轴承座零件为例，实践环节可以分为以下几个部分：分析零件结构并确定工艺方案，制作三维模型并导入模拟软件进行铸造模拟，分析模拟结果并提出改进措施。概括为三个模块分别是：分析计算模块、数字模拟模块、工艺分析改进模块，如下表。

（一）分析计算模块

首先对实际生产中的铸件结构进行分析，包括铸件尺寸、材质、质量要求等。结合教材并查阅资料，确定浇注材料、球化剂、孕育剂和浇铸温度等。

通过查阅教材并结合实际铸件，确定铸造工艺条件及参数。包括浇注系统、砂箱尺寸和浇注时间等参数。

确定初始的模拟方案，分为设置冒口冷铁和不设置冒口冷铁的对照实验，其中冒口和冷铁的参数设置需查阅教材。

通过分析计算模块的实践，将实际生产的案例与课堂理论知识有机结合起来，能够有效提高学生分析问题的能力。

（二）数字模拟模块

数字模擬过程包括制作三维模型、网格划分、参数设定及模拟结果演示4个过程。

根据铸造工艺方法的设计，使用SolidWorks软件绘制相应的三维模型，设置冒口冷铁和不设置冒口冷铁的三维模型，如图1。

将三维模型导入ProCAST软件中进行铸造模拟。结合实际铸件，对不同区域进行网络划分;设定冷却形式、环境初始温度和界面换热系数等参数;模拟充型凝固过程及凝固过程温度场变化规律。

通过数字模拟模块的实践，学生可以直观感受到铸件整个充型模拟过程和充型过程中温度场的变化。课堂的理论知识直观地呈现在学生面前，有利于学生更好地理解铸件充型过程。

（三）工艺分析改进模块

工艺分析改进模块包括初始工艺方案的分析和优化工艺方案的制定和验证。

通过对初始工艺方案凝固时间分布图进行分析，推测容易缩孔缩松缺陷的位置。导出初始缩孔、缩松分布图，印证推测结果并分析缺陷出现的原因。

针对缺陷产生的位置和原因，改进优化的铸造工艺方案，并进行模拟分析。

图2为在凝固过程中按初始工艺方案和优化工艺方案设计所形成的缩孔、缩松比较图。不加冒口冷铁的方案法兰与轴承套较厚部分的接触处存在大量缩孔、缩松的缺陷。加冒口冷铁方案缩孔、缩松缺陷明显减少，但在冒口下部仍出现了较大的缩孔、缩松缺陷，初步判断是冒口尺寸过小。采用优化补缩系统的优化工艺方案，缩孔、缩松缺陷由初始方案模拟的轴承套处移至冒口处，获得了优质的铸件。

学生可以通过数字模拟模块的实践，模拟铸件在实际生产过程中易出现缺陷的位置，通过改进工艺方案达到减少缺陷的目的，同时提高学生分析解决问题的能力。另外通过数字模拟的方式还可以降低教学成本，丰富实践环节，增强其可行性。

三、结论

在当前社会迫切需要应用型本科人才的环境下，需要持续不断地进行教学改革探索[7]。通过对应用型本科课程和实践环节新模式的探索，很好地将课程理论知识与实践环节相结合。一定程度上进一步完善了课程体系，提高了教学质量，达到了培养专业型人才的目的。在实践过程中，学生可以结合实际生产的例子，通过模拟的方式更好地理解充型凝固和缺陷形成的过程。激发学生的学习兴趣，提高学生分析解决实际生产问题的能力，从而更好地适应将来岗位的需求。理论知识与生产实践相结合，达到了良好的人才培养效果。

参考文献：

[1]吴中江，黄成亮.应用型人才内涵及应用型本科人才培养[J].高等工程教育研究，2014（2）：66-70.

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

[3]钱国英，王刚，徐立清.本科应用型人才的特点及其培养体系的构建[J].中国大学教学，2005（9）：54-56.

[4]郭广思，王广太，杜晓明，等.《铸造工艺》课程改革研究[J].铸造设备与工艺，2016（3）：67-68.

[5]陈姗姗.《铸造工艺学》课程教学改革与实践研究[J].科技经济导刊，2016（12）：134.

[6]彭和宜，林波，黄放，等.《铸造工艺学》课程教学改革及实践初探[J].科技经济市场，2015（10）：209-210.

[7]梁蔓安.数控技术应用型本科课程与实践环节设置探讨[J].广西民族师范学院学报，2011，28（3）：98-99.

编辑 鲁翠红