機(jī)械CAD/CAM技術(shù)課程教學(xué)改革與創(chuàng)新探討

喬東平 李 浩 羅國富 馬 軍

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，河南 鄭州 450002)

CAD(Computer Aided Design)/CAM(Computer Aided Manufacturing)概念形成于20世紀(jì)50年代末60年代初，經(jīng)過近50多年的發(fā)展，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于制造的設(shè)計和制造過程中，其應(yīng)用水平已經(jīng)成為衡量一個企業(yè)技術(shù)水平和綜合實力的重要標(biāo)志[1]。因此掌握CAD/CAM技術(shù)已經(jīng)成為各類工程技術(shù)人員的基本要求，培養(yǎng)具備CAD/CAM技術(shù)的各類優(yōu)秀人才也成了高等院校機(jī)械專業(yè)教學(xué)的重要任務(wù)，目前CAD/CAM技術(shù)課程是機(jī)械工程專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程之一。

目前很多高校的CAD/CAM技術(shù)課程教學(xué)還不能滿足企業(yè)對人才的需求。一方面企業(yè)需要能夠在生產(chǎn)一線從事設(shè)計、制造、檢測等的工程應(yīng)用型人才，具備能夠應(yīng)用相關(guān)技術(shù)解決實際工程問題的動手能力[2];另一方面很多學(xué)校的CAD/CAM技術(shù)課程教學(xué)通常采用傳統(tǒng)的“以教師講授為主”的教學(xué)方式，缺少課堂教學(xué)理論與實踐相結(jié)合的機(jī)會，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，實踐能力較差。因此如何在注重理論教學(xué)的基礎(chǔ)上對CAD/CAM技術(shù)課程進(jìn)行改革和創(chuàng)新，增加學(xué)生實踐機(jī)會，提高動手能力是目前CAD/CAM技術(shù)課程教學(xué)中急需解決的問題。

1 CAD/CAM技術(shù)課程介紹

CAD/CAM技術(shù)涉及的內(nèi)容十分廣泛，從課程題目來看主要包括計算機(jī)輔助設(shè)計和計算機(jī)輔助制造兩方面的內(nèi)容，但在實際應(yīng)用中涉及從產(chǎn)品概念設(shè)計到最終產(chǎn)品報廢整個過程，包含更多的內(nèi)容，如計算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(Computer Aided Process Planning CAPP)等。其內(nèi)容可以概括為應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)輔助人們進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計、分析、制造過程的綜合性技術(shù)，貫穿于產(chǎn)品的全生命周期。課程的目的是在已經(jīng)學(xué)習(xí)過“計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)”、“計算機(jī)輔助繪圖”、“機(jī)械制造基礎(chǔ)”、“數(shù)控技術(shù)”等課程的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)學(xué)習(xí)計算機(jī)在設(shè)計和制造中的應(yīng)用和開發(fā)技術(shù)，使學(xué)生建立計算機(jī)在機(jī)械工程領(lǐng)域應(yīng)用的整體概念，開闊學(xué)生的思路，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際問題的能力。

目前CAD/CAM技術(shù)已經(jīng)成為反映機(jī)械專業(yè)領(lǐng)域前沿的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，包容了現(xiàn)代機(jī)械工程領(lǐng)域的整個技術(shù)體系，能夠為學(xué)生提供更加廣泛的專業(yè)視野，為學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供保障和途徑。一般來說，CAD/CAM技術(shù)課程的教學(xué)對象是高年級本科生和研究生，但是伴隨著CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛，該課程也成為高職類院校的重要課程。

2 CAD/CAM技術(shù)課程教學(xué)改革和創(chuàng)新的內(nèi)容

2.1 教學(xué)內(nèi)容改革和創(chuàng)新

伴隨著應(yīng)用的深入和軟硬件水平的不斷提高，CAD/CAM相關(guān)的理論、方法和技術(shù)也得到了提升，其內(nèi)涵和外延技術(shù)都在不斷更新，相對于其它課程而言，其新內(nèi)容的更新較快[3]。但是目前的教學(xué)通常以講授教材內(nèi)容為主，而且所選用的教材通常是基于上世紀(jì)九十年代末的技術(shù)編制的，一些先進(jìn)的理論、方法和優(yōu)秀軟件沒有在教材中體現(xiàn)，教材內(nèi)容跟不上主流技術(shù)的發(fā)展，因此對CAD/CAM技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革和創(chuàng)新，剔除過時、陳舊的內(nèi)容，補充與技術(shù)發(fā)展趨勢一致的新內(nèi)容是必要。

首先在實際教學(xué)中，要結(jié)合課程教學(xué)目的，圍繞提高學(xué)生實踐能力的目標(biāo)，采用目前國際主流的高端軟件作為教學(xué)和實踐平臺，如 Tecnomatix Plant Simulation、CAXA、UGNX、Pro/E、Solidworks、MastaCAM、ANSYS等，使相關(guān)理論能夠以直觀的形式展現(xiàn)給學(xué)生，如Pro/E系統(tǒng)擅長參數(shù)化設(shè)計，在相關(guān)理論教授時，就盡量采用Pro/E進(jìn)行演示;其次在演示環(huán)節(jié)，教師可以結(jié)合自己的科研實踐向?qū)W生展示一些復(fù)雜的實例，也可以結(jié)合日常生活中的產(chǎn)品，如手機(jī)、相機(jī)外殼等進(jìn)行展示，由學(xué)生操作設(shè)計自己理想的產(chǎn)品外型，提高學(xué)生的參撾度，這些都可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;另外在教學(xué)過程中可以圍繞某一個主題，如三維數(shù)字化模型在產(chǎn)品全生命周期中的應(yīng)用，教師和學(xué)生共同探討目前的發(fā)展趨勢、研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，并就獲取的資料展開討論，通過學(xué)生的參與加深對目前技術(shù)發(fā)展的理解，同時也實現(xiàn)教學(xué)互長;在保持教學(xué)內(nèi)容完整的基礎(chǔ)上根據(jù)技術(shù)的發(fā)展調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的重點，如CAD技術(shù)成熟度已經(jīng)很高，并且商用軟件很多且功能強大，對這部分內(nèi)容要理論和應(yīng)用技術(shù)并重，而對于計算機(jī)輔助工藝設(shè)計相關(guān)內(nèi)容，目前技術(shù)的發(fā)展與理論研究有較大的差距，商用軟件成熟度低，因此要側(cè)重于理論教學(xué)，激發(fā)宴生思考。

2.2 教學(xué)方法改革和創(chuàng)新

目前CAD/CAM技術(shù)的教學(xué)通常以灌輸式的講授為主，內(nèi)容主要是產(chǎn)品設(shè)計、建模、數(shù)字化制造和管理相關(guān)的理論和方法，學(xué)生不可避免的感到枯燥，沒有學(xué)習(xí)興趣。因此需要進(jìn)行教學(xué)方法的改革和創(chuàng)新，突出學(xué)生的主體意識和個性，培養(yǎng)學(xué)生的參與意識，主動投入到課程學(xué)習(xí)中來。

首先CAD/CAM技術(shù)的理論教學(xué)要融入到實踐教學(xué)中，多采用實踐教學(xué)法，增加實踐課的學(xué)時，讓學(xué)生結(jié)合實例去理解相關(guān)的理論，并運用相關(guān)理論去指導(dǎo)教學(xué)中的實踐環(huán)節(jié)，加深對理論的理解。在實踐環(huán)節(jié)，根據(jù)學(xué)生掌握的情況，對于同一類型的實驗安排不同難度的項目，學(xué)生根據(jù)自己掌握的程度選擇適當(dāng)?shù)膶嶒烅椖?，有些項目可能僅靠講授的內(nèi)容還不能完成，要學(xué)生重新查找資料或團(tuán)隊協(xié)作才能解決問題，通過動手解決問題，讓學(xué)生感到學(xué)習(xí)的快樂，實現(xiàn)掌握知識從量變到質(zhì)變的飛躍。

其次由于CAD/CAM技術(shù)涉及的內(nèi)容多且不斷發(fā)展，由于研究領(lǐng)域的不同，單個教師很難對相關(guān)的內(nèi)容全部熟悉并能夠跟蹤最新的技術(shù)發(fā)展，如CAD版本的更新，新特性的出現(xiàn)等。因此在實際教學(xué)中，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的重點不同，由不同研究領(lǐng)域的教師講授相關(guān)的內(nèi)容，教師一方面可以結(jié)合自己的理解和研究實踐講解相關(guān)的理論，同時也可以將自己最新的研究成果展示給學(xué)生，讓學(xué)生了解相關(guān)技術(shù)發(fā)展的趨勢，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。同時參與教學(xué)的教師要結(jié)合實際講一些相關(guān)技術(shù)的難點和發(fā)展趨勢，鼓勵學(xué)生充分利用網(wǎng)絡(luò)資源查找相關(guān)資料進(jìn)行深入的了解，提升學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)獲取學(xué)習(xí)資料的能力。

另外要加強信息技術(shù)手段在教學(xué)中的應(yīng)用。目前大部分教師都使用多媒體課件教學(xué)，但是應(yīng)用的程度有差異。對于CAD/CAM技術(shù)課程來說，很多教師主要是采用PPT進(jìn)行課程內(nèi)容的展示，應(yīng)用還比較簡單。在實際教學(xué)中要把包括視頻、PPT、動畫、軟件演示等在內(nèi)的現(xiàn)代化教學(xué)手段進(jìn)行綜合應(yīng)用，使課堂教學(xué)能夠給學(xué)生更多的信息，如對于一些簡單的建模實例，可以通過軟件演示的方式直接展示給學(xué)生，而對于一些復(fù)雜的裝配仿真過程，可以事先錄像，通過視頻播放的方式展示。通過信息技術(shù)的充分應(yīng)用，把教學(xué)時間主要集中于重點內(nèi)容的分析，并且直觀的展示各種過程，幫助學(xué)生從動態(tài)直觀中得出結(jié)論，有利于學(xué)生對課程內(nèi)容的理解，從而明顯提高教學(xué)效果。

2.3 與實踐教學(xué)的結(jié)合

為了培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，機(jī)械工程專業(yè)在四年的本科教學(xué)中安排了眾多的實踐環(huán)節(jié)，如金工實習(xí)、各種課程設(shè)計、工廠實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計等。這些實踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容通常都會涉及到零部件設(shè)計和制造相關(guān)的內(nèi)容，部分還會涉及到產(chǎn)品或是系統(tǒng)的設(shè)計和制造。目前這些實踐環(huán)節(jié)通常要求學(xué)生進(jìn)行二維設(shè)計，圖紙要手工繪制，基本沒有應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)，也不符合目前企業(yè)的實際設(shè)計模式。為了提高學(xué)生的CAD/CAM技術(shù)實踐能力，在保證基本功訓(xùn)練的前提下，可以在實踐環(huán)節(jié)中增加CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用，比如零部件的設(shè)計采用三維模型代替二維圖紙，加工過程采用計算機(jī)編程、模擬，系統(tǒng)的設(shè)計可以增加計算機(jī)仿真驗證等。這一方面對學(xué)生掌握的CAD/CAM技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，提高了學(xué)生實際解決問題的能力，同時也讓教學(xué)過程與企業(yè)的實際運行更加接近，培養(yǎng)的人才更能滿足企業(yè)需要。

另外從事CAD/CAM技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域研究的教師可以把科研課題進(jìn)行分解，形成一些本科生能夠完成的子課題，在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和知識掌握情況，選擇相應(yīng)的子課題進(jìn)行實踐，相關(guān)的教師進(jìn)行指導(dǎo)，學(xué)生通過自己的努力獲取資料并制定方案。在此教學(xué)過程中要注重發(fā)揮學(xué)生的主動性和潛能，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力，教師主要起方向把握和適當(dāng)引導(dǎo)的作用。通過這樣的實踐，學(xué)生可以有針對性的帶著問題深入進(jìn)行理論和實踐學(xué)習(xí)，同時也培養(yǎng)了學(xué)生解決實際問題的能力，加強了其創(chuàng)新和協(xié)作意識。

3 確保CAD/CAM技術(shù)課程教學(xué)改革和創(chuàng)新成功的因素

首先要建立平等與民主的師生關(guān)系，在CAD/CAM技術(shù)教學(xué)過程中，教師和學(xué)生之間要相互尊重、信任。CAD/CAM技術(shù)中的新技術(shù)、新系統(tǒng)和新方法不斷出現(xiàn)，學(xué)生在充分發(fā)揮主觀能動性的情況下，可能會掌握或了解教師還沒有了解的知識，此時教師不能以權(quán)威自居，更不應(yīng)該對學(xué)生表現(xiàn)出輕視，學(xué)生也不能唯教師為權(quán)威，要給學(xué)生獨立思考和表達(dá)見解的機(jī)會，師生之間通過平等地進(jìn)行交流和溝通實現(xiàn)教學(xué)互長。另外如果個別學(xué)生已經(jīng)熟練掌握了一些技術(shù)，要給他們機(jī)會與大家分享學(xué)習(xí)的過程、方法和對技術(shù)的理解，從學(xué)習(xí)方法上實現(xiàn)共享，從而有更多的學(xué)生獲益。

其次要對考試進(jìn)行改革，通過有效考核方式調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。在CAD/CAM技術(shù)課程的考核中增加實踐考核的內(nèi)容，實現(xiàn)理論考核與實踐考核相結(jié)合，學(xué)生平時參與的所有與CAD/CAM技術(shù)運用的實踐環(huán)節(jié)都計入課程成績，這些實踐可以是課程的實驗，也可以是參與的教師科研項目或?qū)W科競賽。由于考核貫穿于平時的實踐過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性較強，可以根據(jù)實際需要認(rèn)真學(xué)習(xí)并掌握需要的CAD/CAM技術(shù)，并提高運用所學(xué)知識分析和解決問題的能力，增強學(xué)生的適應(yīng)能力，從而使得該課程的教學(xué)目的得到更好的實現(xiàn)。

4 結(jié)束語

CAD/CAM技術(shù)是數(shù)字化、信息化制造技術(shù)的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)信息化和工業(yè)化融合的重要支撐技術(shù)，因此通過課程改革和創(chuàng)新使學(xué)生更好的掌握CAD/CAM技術(shù)，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量，滿足行業(yè)和社會對人才的需要是目前機(jī)械工程專業(yè)急需要解決的問題之一。

[1]寧汝新，趙汝嘉.CAD/CAM技術(shù)M，第二版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005

[2]祁衛(wèi)華，夏軍英.CAD/CAM/CAE課程教學(xué)改革探討J.成都教育學(xué)院學(xué)報，2006，20(8)：76-78

[3]曾文瑜.CAD/CAM課程項目教學(xué)改革探討J，昆明冶金高等專科學(xué)校學(xué)報，2012，28(5)：82-84