基于工作过程的铸造CAD/CAE课程教学改革实践

2014-03-28庞尔楠闫庆斌李世嘉王月琴

机械职业教育 2014年5期

◎ 庞尔楠闫庆斌李世嘉王月琴

山西机电职业技术学院材料成型与控制技术专业于2010年开设了铸造CAD/CAE课程，并将该课程列为专业核心课。本文结合课程教学团队近几年在实践中积累的经验和教训，从课程的教学目标、教学内容、教学方法和手段、评价考核方式等几方面进行探讨。

一、教学目标的制定

铸造CAD/CAE课程的教学目标是在课程教学团队和企业一线专家对山西省内各类型铸造企业CAD、CAE技术应用情况进行了广泛的调研后制定出来的。总的教学目标是，学生能够熟练运用CAD、CAE相关应用软件从事铸造工艺及工装设计工作，具体包括知识目标、能力目标和素质目标三个方面。

1.知识目标

掌握常用CAD软件（Pro/E）的操作使用方法，包括实体造型，工程图绘制、组件装配等；掌握常用CAE软件（AnyCasting）的操作使用方法，包括前置处理的参数设置，模拟结果的分析处理等；熟悉典型铸件的铸造工艺及工装设计，包括工艺方案的设计、砂芯设计、铸造工艺参数确定、浇注系统设计、冒口冷铁设计、工艺装备的设计。

2.能力目标

能够识读中等复杂程度的二维铸件毛坯图，并能阅读相关技术资料；能够绘制出中等复杂程度的铸件三维图、铸造工艺图（包括浇注系统、冒口冷铁等）和相关工艺装备图（包括模板、砂箱和芯盒等图纸）；能够利用CAE铸造模拟软件的模拟结果对典型铸件的铸造工艺进行优化和设计，并最终设计出合理的铸造工艺方案。

3.素质目标

培养学生的工程实践能力，树立职场意识；培养治学严谨、认真细致的工作态度；培养学生团队协作能力；培养学生自主学习、主动接受新事物的能力。

二、教学内容的选取

1.明确典型工作任务和教学载体

典型工作任务是工作过程结构完整的综合型任务，反映了该职业典型的工作内容和工作方式，一个典型工作任务一般可以作为职业院校的一门课程。课程教学团队通过广泛的调研，最终确定了该课程的典型工作任务就是CAD、CAE技术在铸造工艺及工装设计过程中的应用。

在明确该课程的典型工作任务基础上设计教学载体，是对典型工作任务教学化处理的结果。课程教学团队将来自于企业的铸造工艺及工装设计工作过程作为教学载体。

2.学习项目设计与编排

该课程学习项目的选取主要来源于长治液压铸造分公司和长治红光精密铸造有限公司，通过适当的教学化处理，设计了适合教学的6个学习项目，包括3个单一型学习项目和3个综合型学习项目，如表1所示。

学习项目1、2、3为单一型学习项目，主要是使学生熟悉Pro/E软件的草图绘制、实体造型、组件装配及工程图绘制功能；了解各类铸件结构的铸造工艺性；了解砂型铸造工艺及工装设计的思路和方法。学习项目4、5、6为综合型学习项目，通过完成熔模铸钢件、砂型铸铁件和金属型铸铝件的铸造工艺设计任务，使学生掌握AnyCasting软件的基本操作使用方法，进一步熟练Pro/E软件的三维实体造型和装配等功能，最后使学生掌握中等复杂程度典型铸件的铸造工艺CAE优化设计方法。

表1 铸造CAD/CAE课程学习项目

该课程的学习项目按由简单到复杂和由单一到综合的规律进行编排，学习任务难度逐渐增加，专业知识的学习融入到相关软件的应用过程中。几个学习项目既相互独立又有一定的逻辑关系，学生通过完成6个项目任务逐步掌握CAD、CAE相关软件在铸造工艺及工装设计中的使用。

开设这门课程之初，课程只是停留在教会学生常用CAD、CAE软件的命令操作使用方法上，对结合铸造工艺及工装设计的相关软件的操作使用很少涉及。最终导致学生学完该课程之后只是掌握了几个软件基本用法，对铸造企业是如何使用CAD、CAE技术还是知之甚少，在企业还需要一段时间的适应才能胜任相关岗位的工作。所以，课程教学团队在随后几年对该课程的教学内容做了较大变动，将CAD、CAE应用软件的学习过程与铸造工艺及工装设计方面的专业知识有机结合。学生在完成铸造工艺及工装设计的工作过程中，学习相关软件的操作使用。

三、教学方法和手段

1.教学方法

教学方法主要采用基于行动导向的项目教学、示范教学、小组讨论。针对不同的学习项目灵活使用合适的教学方法。

学习项目1、2、3、4 主要培养学生具体 CAD、CAE软件的操作使用技能，重在熟悉软件的工作界面和掌握各个命令的含义和基体操作过程，教学方法主要运用示范教学法加小组讨论教学法。教师将每个学习项目分成多个小的学习任务，首先在课堂上给学生逐一示范讲解这些任务的解决办法和思路，然后学生自行模仿完成该学习任务，最后，学生通过完成相应的练习作业加深对所学知识和技能的掌握。

随着课程的深入，在学习复杂铸件三维实体造型、Pro/E装配和工程图功能和AnyCasting软件操作使用方法时，教学方法在示范教学法的基础上增加小组讨论教学法。以泵体铸铁件铸造造型装配过程为例，首先，将一个班的学生分成多个学习小组（3-5人），小组成员共同完成学习任务；其次，教师下发本次课的学习任务，简单讲解这次课要使用的装配操作命令的含义和使用方法，同时，给学生示范铸造造型装配过程；最后，学生以小组为单位自主完成该学习任务。遇到一般性问题时以小组讨论的方式解决，遇到较难问题老师协助完成。

在完成学习项目5、6两个综合型学习任务时，教学方法改为基于行动导向的项目教学法加小组讨论教学法。一个完整的项目教学过程包括：①让学生明确工作任务，收集相关的资料；②制定计划、小组成员进行分工；③实施并完成工作任务；④检查、评估任务完成情况。在这个过程中，学生是主体，教师只是对学习过程进行必要的监控和指导，学生在教师的指导下完成一个完整的“项目”工作。

2.教学手段

充分利用现代化教学手段。本门课程的软件学习全部在多媒体教室完成，保证每个学生有一台电脑。机房安装有教学控制软件，可以使学生在自己的电脑上看到老师操作使用软件的每一个步骤；教学演示结束然后关闭控制软件，学生就能够在自己的计算机上练习所学内容。这种边学边练的学习方式比较适合软件类课程的教学。

课程教学团队从企业收集了大量的典型铸件及浇冒口系统的实物，在讲授相应教学内容时给学生在课堂上展示，这对于部分空间想象力差的同学非常有帮助。同时，课程教学团队建立了教学资源库，其中包括多媒体课件、课后练习题及答案、来源于企业的铸造CAD/CAE应用实例、铸造企业与铸造工艺及工装设计相关的图片及影像资料等。学生可以在学校“铸造CAD/CAE专用机房”在线或下载查阅这些资料。

四、评价考核改革

评价考核是教学体系中重要的一环，好的考核评价机制能够有效督促学生完成学习任务，使其更好的掌握相应的知识和技能。该课程评价考核内容包括知识技能考核和综合素质考核，具体的考核方式和所占成绩比例如表2所示。知识技能考核又包括过程考核和最终考核。过程考核主要是考核学生平时学习任务的掌握情况，所占成绩比例较重，主要是为了督促学生重视日常学习的积累效应。最终考核中的课程设计主要是让学生自行完成一个典型铸件的铸造工艺及工装设计并利用Pro/E软件绘制相关图纸。期末书面考试内容主要是以闭卷形式考核学生对该课程的一些基本理论知识的掌握，所占成绩比例很少。这是由该课程性质决定的，该课程包含了软件的操作技能和铸件工艺设计能力，短短的一次闭卷书面考试不能完整的考核学生对这两方面知识的掌握情况。