淺議如何提高計算機輔助設計與制造課程教學效果

陶 征，高建設

（鄭州大學 機械工程學院，河南 鄭州 450001）

計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）技術是20世紀制造領域最杰出的成就之一，其應用水平已成為衡量一個國家科學技術現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志[1]1。當前，在這一領域我國與發(fā)達國家相比還有著相當大的差距，為了盡快縮短這一差距，培養(yǎng)大批CAD/CAM技術應用人才已成為我國高等院校的一項重要的任務。因此，CAD/CAM課程目前已是各高等工科院校相關專業(yè)（如機械、信息、電子技術等）本科培養(yǎng)方案中必不可少的專業(yè)主修課程。然而，CAD/CAM課程是一門綜合性的應用技術課程，它具有知識密集、學科交叉和綜合性強的特點，因此，如何在有限的課時內實現(xiàn)主次分明、重點突出的教學是該課程教學實踐當中所面臨的一個非常現(xiàn)實的問題。為此，本文就如何提高CAD/CAM課程教學質量和學生的學習效率進行簡要探討。

一、CAD/CAM課程的特點

CAD/CAM課程是一門知識密集、學科交叉和綜合性強的應用技術課程，在內容上具有如下特點：

首先，知識涵蓋面廣。CAD/CAM作為一門綜合性應用技術課程，主要涉及計算機輔助設計、計算機輔助制造、計算機輔助工程（有限元結構分析、機構運動仿真、優(yōu)化設計）和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等內容，在知識結構方面涵蓋了計算機圖形學、數(shù)據(jù)庫技術、設計方法學、計算機軟硬件、有限元分析、接口技術、網(wǎng)絡技術等內容[2]338。

其次，CAD/CAM課程教材內容組織缺乏系統(tǒng)性。CAD/CAM課程涵蓋的知識分屬于不同的學科，內容跨度較大，且相互獨立，又由于授課學時的限制。這在客觀上使得CAD/CAM課程在內容的組織方面，很難系統(tǒng)、深入地介紹相關知識。

再次，課程內容更新較快是CAD/CAM課程教學的一個突出特點[3]161。這是因為，CAD/CAM 技術作為當今制造業(yè)最先進的制造技術應用，發(fā)展非常迅速。

二、CAD/CAM課程任課教師面臨的問題

首先，CAD/CAM課程作為一門本科生專業(yè)基礎課程，學時有限（一般為32個學時），教材內容寬泛且不能系統(tǒng)講解，這就給教師的教學工作帶來一定的難度。因此，在教學過程中如何把握教學內容，是該課程任課教師所面臨的一個挑戰(zhàn)。

其次，CAD/CAM課程是一門既有理論又具有很強實用性的專業(yè)課程，需要合理平衡理論教學內容與實踐教學內容。CAD/CAM課程的教學目的，除了要求學生系統(tǒng)地掌握CAD/CAM課程的基本理論和方法外，還要求他們熟練應用 UG、PRO/E、Solidworks等應用軟件，以獲取解決產(chǎn)品設計和制造問題的工程能力。然而，在教學過程中，如果教師過多注重講述抽象、晦澀難懂的基礎理論，則很難使學生對所學知識與生產(chǎn)實際建立起一種比較直觀的聯(lián)系，這勢必造成學生學習積極性的下降，以至于不能達到該課程教學目的的要求[4]178；如果教師以軟件應用操作介紹為主要講述內容，忽視課程相關理論知識的講授，則不利于學生在未來工作中進一步提升業(yè)務水平。因此，面對有限的教學課時，如何在CAD/CAM課中平衡理論教學與實踐教學的內容，從而使學生在學習過程中能夠獲得最佳的學習效果，是任課教師需要面對的另一個重要問題。

三、提高CAD/CAM課程教學效果的建議

針對CAD/CAM課程的特點，筆者就如何提高課堂教學效果達到教學目的提出如下幾點建議。

(一) 完善知識結構

“師者，所以傳道授業(yè)解惑也”，良好的教學效果是建立在任課教師自身完善的知識結構前提之下的。也就是說，一名合格的教師要有一定的知識儲備。CAD/CAM是一門知識密集、學科交叉和綜合性強的應用技術課程，其知識內容跨度較大，且相互獨立。故該課程任課教師應努力提高自身在知識結構方面的綜合素質，完善自身的知識儲備。

另外，由于CAD/CAM技術是當前發(fā)展最為迅速的先進制造技術，其內涵和外延在不斷地發(fā)生變化[2]161。因此，任課教師要了解技術的發(fā)展動態(tài)，追蹤科技前沿，及時將相關技術融入課程教學，以使學生能迅速接受最新的技術信息，了解最新的科技成果，掌握最新科學技術的動向，開闊視野。

(二) 合理規(guī)劃課程體系

合理的課程體系規(guī)劃對于人才的培養(yǎng)有著至關重要的作用。學生要想真正理解和掌握綜合應用極強的CAD/CAM技術，就必須通過一系列的課程學習才能實現(xiàn)。因此，為保證教學質量，CAD/CAM課程體系的規(guī)劃應是貫穿于大學本科四年的整個教學體系的規(guī)劃，并在機械設計、數(shù)控加工工藝與編程、機械制造技術、機械制造裝備設計等課程中突出并加強CAD/CAM技術的實際應用，從而進一步增強學生對CAD/CAM的感性認識。

(三) 合理取舍教材內容

當前，高等院校為滿足社會需求而不斷增加新的學科，使得包括CAD/CAM課程在內的一些專業(yè)基礎課的課時不可避免地遭到相應的壓縮。這種現(xiàn)實矛盾勢必要求任課教師在課程的講授過程當中，對相關內容盡可能地作一些調整。也就是說，為了在有限的學時內取得盡可能好的教學效果，就必須對教材內容有所取舍。

但是，合理的取舍應建立在對學生的培養(yǎng)目標的基礎之上[6]83。當前，我國在高級專業(yè)技術人才培養(yǎng)方面主要有兩種模式：(1) 以培養(yǎng)高級專門人才為目標，培養(yǎng)具有廣博的知識，扎實的理論基礎，有一定的創(chuàng)新能力和廣泛適應能力的高級人才的普通本科教育。(2) 以“實用性強，技能高、成本低”為發(fā)展特色，以培養(yǎng)高級技能型人才，提高學生在相關領域的職業(yè)技巧為主要教學任務的高職高專教育。因此，不同的教育模式有著不同的教學重點，教材內容的取舍應該具體問題具體分析，真正做到“看菜吃飯，量體裁衣”。

鑒于本文討論的是第一種教育模式，筆者認為，為使學生具有廣博的知識，扎實的理論基礎，一定的創(chuàng)新能力和廣泛的適應能力，教師應對CAD/CAM的核心技術及基本理論，如圖形處理技術、建模技術及數(shù)控加工原理等教材重點內容，進行詳細、重點介紹；為了不使學生喪失學習積極性，教師可將“CAD/CAM軟件開發(fā)”及“工程數(shù)據(jù)庫”這兩部分內容確定為自學內容，只對疑難問題加以指導；除此之外，對于一些如敏捷制造、逆向工程、快速原型制造等專為拓展學生信息量而設置的一般性內容，教師則完全可以通過學生自學的方式讓學生達到了解相關信息的目的?？傊?，通過上述處理，教師可以很好地平衡教學內容過多與學時較少的矛盾，從而保證教學目標的實現(xiàn)，提高教學效率。

(四) 豐富教學方法

興趣是最好的教師，如果學生對CAD/CAM產(chǎn)生濃厚的興趣，那么學習就會取得事半功倍的效果。然而，傳統(tǒng)的“滿堂灌”教學模式是提高學生學習CAD/CAM課程興趣的最大羈絆。為此，我們要打破傳統(tǒng)教學模式的束縛，盡可能地增強學生在學習中的主體地位，加強師生互動，充分調動教、學雙方的主動性[5]64。具體做法是：(1) 教師在教學過程中要提前預設問題，讓學生主動參與到探尋問題答案的過程之中。在這一過程中，學生通過查閱大量的資料能進一步擴展對CAD/CAM技術的了解和認知程度，從而提高學生對CAD/CAM課程的興趣；教師則能通過課堂討論和點評，達到讓學生掌握問題的目的。(2) 教學要注重理論聯(lián)系實際，實現(xiàn)二者的融會貫通。例如，在講圖形變換理論時，教師可適時把學生所熟知的一些相關軟件操作功能（如圖形的旋轉、鏡像功能等）聯(lián)系起來，以使學生對抽象的理論有比較具體的直觀感受，在心理上產(chǎn)生學有所用的滿足感和成就感，對學習產(chǎn)生濃厚的興趣。此外，為了豐富課堂內容，教師還可充分利用多媒體的優(yōu)勢，展示一些讓學生感興趣的CAD/CAM應用優(yōu)秀作品、創(chuàng)作成果和先進制造視頻，以此激發(fā)學生學習的熱情和動力。(3) 增強實踐性教學環(huán)節(jié)，這是提高學生對CAD/CAM課程產(chǎn)生濃厚興趣的另一個重要手段。例如，可以通過提供一些讓學生感到比較熟悉和親近的設計對象，如洗發(fā)水瓶、手機等生活用品，讓學生充分發(fā)揮創(chuàng)造力和想象力，并通過自己的努力完成對這些對象的三維建模以及各種加工方案的制定。通過這些實踐活動，不僅能幫助學生更深刻地理解和消化課堂教學內容，訓練和提高他們的實際工程應用能力，而且更為重要的是，實踐性教學環(huán)節(jié)的設置可在一定程度上消除學生面對未來時所普遍表露出來迷茫心態(tài)——“我能做什么，我能做好嗎”，從而增強他們面對人生前途的信心。

(五) 改變課程考核方式

考核是對教、學兩方面水平好壞評價的依據(jù)，也是促進和引導學生學習的重要手段。由于傳統(tǒng)的閉卷考試方式形式單一，內容涵蓋面窄而不能實現(xiàn)對CAD/CAM課程在基本理論與工程實踐能力兩方面教學目標的全面評價，因此必須對傳統(tǒng)的考試方式進行改革。鑒于CAD/CAM課程的特點，為了保證教學效果，我們應采取出勤、實驗操作、課程作業(yè)、筆試等多種手段相結合的方式對學生的學習程度進行考察。具體操作如下：出勤情況占10%，實驗操作占30%，課程大作業(yè)占20%，筆試占40%。其中，實驗操作考核在平時進行，重點考核學生對各章節(jié)內容的掌握程度，以便及時解決所發(fā)現(xiàn)的問題。其中，大作業(yè)在課程結束前進行，采取上機與報告相結合的方式，重點考查學生的綜合能力，即將零散的知識點整合為具體任務目標的能力，該項考核有助于提高學生思維的靈活性及創(chuàng)造力?？傊?，上述考核方式對于促進學生學習CAD/CAM課程，提高該課程教學質量有著積極的意義。

CAD/CAM 技術作為具有代表性的先進制造技術，應用日益廣泛，已經(jīng)成為當代機械工程師不可或缺的一項專業(yè)技能。因此，提高CAD/CAM課程的教學效果，培養(yǎng)具有扎實的理論基礎和實踐能力并具備創(chuàng)新能力的復合型專業(yè)人才，已成為CAD/CAM教學的一項重要任務。本文就如何提高CAD/CAM教學效果所提出的一些方法和建議是對CAD/CAM課程教學改革的一種探索。當然，教學改革是一個循序漸進的過程，對相關問題的研究還需作進一步的研究和探討。

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