工程教育专业认证背景下《铸造合金及其熔炼》课程教学探索

2019-11-13

海外文摘·艺术 2019年22期

（南昌航空大学航空制造工程学院，江西南昌 330063）

工程教育专业认证是提高我国工程人才培养质量的有力保证。我国是世界第一铸造大国。铸造专业人才的培养对促进我国铸造从业人员技术水平的提升起着至关重要的作用，加强专业人才的培养及人才队伍的建设，是铸造行业保持长期可持续发展，提升国际竞争力的关键因素。《铸造合金及其熔炼》是材料成型及控制工程专业铸造方向的一门主要的专业理论课，在培养铸造方向人才的全局中有着非常重要的作用，在铸造方向的技术知识结构中，与铸造工艺、铸造设备鼎足而立，是非常重要的一个支柱。

1 课程目标的定位

本课程通过阐明铸造铝合金、镁合金、铜合金、锌合金、钛合金、灰铸铁、强韧铸铁、铸造碳钢、低合金钢、高合金钢及铸造高温合金的分类、成分、组织和性能之间的相互关系，上述合金的强化机制、熔炼的基本理论及工艺特点，主要缺陷的产生和防止，使学生对各种常用典型铸造合金及主要熔炼技术能较全面深入地理解和掌握，支撑材料成型及控制工程专业毕业目标中相应指标点的达成。本课程目标对学生的能力要求如下：

（1）能够综合运用合金化技术、热处理技术、材料组织控制技术及熔体精炼技术，改善铸造合金的力学性能，并能够通过相应的实验环节，进行实验设计和结果分析。

（2）能够应用铸造合金组织、性能及铸造缺陷控制的基本原理，并通过文献检索、信息查询分析复杂的铸造合金及其熔炼方面的工程问题，以获得有效结论，具备从事铸造合金及熔炼有关技术工作的基本素质及分析生产问题和解决生产问题的能力。

（3）能够基于科学原理并采用科学方法对铸造合金及其熔炼领域内复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。

（4）能够理解和评价针对铸造合金及熔炼领域内复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。

2 教学内容的优化

该课程由原来的48学时减少为32学时，在指定的教学课时内很难以完成以前的全部教学内容，因此，对课程的教学内容进行了精简和优化。我校是航空特色明显的高校，所以在课程教学上以铸造轻合金，如铸造铝合金、镁合金、钛合金及高温合金为主，同时兼顾铸钢与铸铁，其中铸造铝合金、镁合金、钛合金、高温合金及其熔炼为24学时，铸钢、铸铁及其熔炼8学时。我校材料成型及控制专业铸造方向还开设了《工程材料及热处理》、《铸造设备》及《铸造原理》等课程，这些课程部分教学内容与《铸造合金及其熔炼》有交叉及重叠。首先教师必须明确不同课程的分工，避免教学内容的交叉及重叠，提高教学效率。比如《工程材料及热处理》主要讲述合金的热处理原理及工艺，而《铸造合金及其熔炼》主要应用热处理技术进一步提高铸造合金的性能；《铸造原理》主要讲述气体、夹杂物及晶粒大小对铸造合金影响的机理及本质，而《铸造合金及其熔炼》主要讲述减少熔体中气体、夹杂物，细化晶粒的工艺方法及原理；《铸造设备》中主要讲述熔炼设备的结构等，而《铸造合金及其熔炼》主要讲述具体的合金熔炼工艺及原理。

《铸造合金及其熔炼》由于只安排了32学时，所以课内并未安排实验教学，相关实验教学内容安排在《液态成型技术综合实验》课程内，单独授课。《铸造合金及其熔炼》相关实验是铸造方向学生认识各种铸造合金及熔炼方法、接受科学实验能力培养的开端，要求学生通过实验，了解铸铸造合金与熔炼，从而得到从事铸造合金熔炼实践的基本训练。《铸造合金及其熔炼》相关实验教学内容经过优化后主要包括铝合金精炼和变质实验，铸铁和铸钢熔炼及凝固组织观察实验。

3 教学方法的改革

本课程是一门理论性和实践性都很强的课程，课程的教学目标不仅要求学生牢固掌握铸造合金组织、性能控制及合金熔炼的基本原理，还必须在此基础上获得分析问题及解决问题的等各方面的基本能力。由此，在教学过程中，不能采用传统的、单一的以讲课为主的教学模式，而应该采用师生间互动更为频繁的“翻转课堂”模式，具体实施方法如下。

教师应该摒弃在课堂上讲授全部课程内容的教学方式，在课堂上主要讲述重点和难点，以最常见的铸造铝合金及其熔炼为突破口，重点和详细讲解，其它铸造合金主要讲解与铸造铝合金及其熔炼的不同之处。千万不要为了保证教学内容的完整性，而面面俱到的讲解，这让学生很难抓住重点和难点。教师开始讲课前一般进行15分钟左右的课前提问，然后在进行点评与复习，把握学生对基础知识和基本理论的理解和掌握程度。对于一些简单和较容易理解的教学内容，主要让学生通过教材、互联网和电子课件等形式进行自学；部分教学内容安排适当的时间，让学生讲解自学的内容，并进行讨论和提问，提高学生自主学习的兴趣。

对于小班上课（人数小于20人）的卓越工程师等班级可以根据学生兴趣和能力的不同，成立几个学习小组，一方面教师对各个小组分层次因材施教，充分发掘每个学生的潜力，另一方面学生可以根据自己的爱好自主确定学习目标，教师可以参与到学习小组中去，对每个学生进行个别指导，从而营造出一种自由的、合作的课堂氛围。

围绕各章教学重点内容，除布置一定数量的思考题，课前或课下进行提问外，还设置课后大作业环节。比如问题1：南方某公司采用Sr对A356合金进行变质处理，发现砂型铸造时变质效果不好，请结合A356合金的成分、组织及性能特点，Sr变质的原理，分析产生这种现象的原因，并提出改进措施；问题2：针对铸造镁合金的腐蚀性问题或熔炼过程的阻燃问题写一篇调研报告，要求至少3篇以上的参考文献，并列在报告后；问题3：做一个关于铸造钛合金或锌合金的幻灯片，内容、题材、形式及风格不限，页数至少20张，希望同学们自己收集素材、自己整理和设计，最后做出的内容你们自己能理解，最多可以4位同学1组；问题4：简述K4169高温合金的成分、组织、铸造工艺及力学性能特点？如何解决该合金薄壁铸件生产中经常出现热裂与浇不足的缺陷，提高铸件合格率？以上这些问题以典型工程问题为载体，将可行性分析、问题分析、解决方案以及文献检索等环节有机融合串联，提高学生的理解能力、应用所学知识、方法和先进工具及技术解决铸造合金及熔炼中相关工程问题的能力和团队合作能力，以及结合课后作业进行报告，并清晰陈述观点和回答问题的能力。

在实验教学内容中，铝合金精炼和变质实验相对比较简单，但以往都是验证性实验，对学生各方面能力的提升有限。通过改革，在实验室内创造各种实验条件，学生可以自己制定和设计不同的铝合金精炼和变质工艺；学生自己设计实验、动手实验，进一步提高了学生的学习兴趣和各种能力。黑色金属熔炼过程往往伴随高温、液态金属飞溅，具有较大危险性，学生的参与度较小，导致学生对黑色合金熔炼过程缺少直观认识，因此，开展虚拟仿真实验教学成为《铸造合金及其熔炼》课程教育的必然要求。黑色金属熔炼的虚拟仿真实验教学通过虚拟现实技术，实现了铸铁冲天炉、铸钢电弧炉和感应炉熔炼过程的直观观察，熔炼过程对铸铁、铸钢中气体、夹杂物等缺陷和凝固组织影响的测试。通过开展黑色金属熔炼的虚拟仿真实验教学使铸造方向的学生可以轻松地观察熔炼过程，了解熔体内部变化，学习熔炼工艺原理，掌握熔炼关键技术。

4 考核方法的改革

课程考核以检验课程目标的达成度为手段，进而评价学生学习成果的达成度。考核的环节包括平时表现（出勤情况、回答问题及课后作业）和期末考试，其中回答问题占10%，课后作业占30%，期末考试占60%；与以前相比，减少了期末考试的比例，提高了平时成绩的比例。鼓励同学平时多下功夫，认真学习，避免期末突击复习取得高分。对于回答问题环节，如课堂时间不够，回答问题也可在课下进行，回答问题得分超过10分时，超过部分也可计入平时成绩，鼓励同学多回答问题，激发学生的学习兴趣。课后作业一共3次，一次进行陈述和答辩，其余两次仅提交报告；课后作业可以3-4人一组，但每个人的分工与责任需明确。