應(yīng)用型本科CAD課程的教學(xué)研究與實(shí)踐

王春義1 趙金濤 薛智勇 宋鳴 王石磊

[摘要]目前多數(shù)企業(yè)對(duì)工科學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力的要求越來(lái)越高，并且已成為大多數(shù)用人單位招聘的一個(gè)重要指標(biāo)。本文結(jié)合應(yīng)用型本科生的培養(yǎng)目標(biāo)，討論了CAD課程內(nèi)容設(shè)置、相關(guān)教學(xué)方法及實(shí)踐研究。

[關(guān)鍵詞]CAD 工程軟件 工程設(shè)計(jì)

一、引言

對(duì)于工科學(xué)生而言CAD課程的一個(gè)重要教學(xué)目的就是培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力，即為產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)服務(wù)。圍繞著工程設(shè)計(jì)這一主題，國(guó)內(nèi)外的高校對(duì)工程制圖課程設(shè)置、教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和方法等進(jìn)行了廣泛研究。如從上世紀(jì)80年代末美國(guó)就開(kāi)始研究有關(guān)教學(xué)改革問(wèn)題，并形成了現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)圖學(xué)的教學(xué)新模式。北京航空航天大學(xué)創(chuàng)建了以設(shè)計(jì)和三維為核心的現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)圖學(xué)（MEDG）的新課程體系。

工程圖學(xué)課程是學(xué)生入學(xué)后接觸的第一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課，為了便于學(xué)生的學(xué)習(xí)、理解、有利于讀圖、制圖、造型設(shè)計(jì)的能力的培養(yǎng)。從一開(kāi)始就引入了分段式教學(xué)模式，在第一階段，即以傳統(tǒng)圖學(xué)課程為主的階段；應(yīng)注重構(gòu)型、表達(dá)、制圖和讀圖能力的培養(yǎng)；在第二階段，即CAD教學(xué)階段，在CAD教學(xué)階段，很多高校缺少實(shí)際應(yīng)用的訓(xùn)練，同時(shí)二維CAD與三維CAD分開(kāi)授課。但從目前實(shí)際工程應(yīng)用情況看，更多的用戶(hù)是將二維設(shè)計(jì)與三維設(shè)計(jì)共同應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)當(dāng)中。

可見(jiàn)，在新的教學(xué)體系當(dāng)中，首先應(yīng)將傳統(tǒng)二維CAD技術(shù)、三維CAD技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，形成一個(gè)集CAD二維設(shè)計(jì)及CAD三維設(shè)計(jì)的新教學(xué)體系。同時(shí)以應(yīng)用技能為核心，注重實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，探索出一套適應(yīng)社會(huì)需求的人才培養(yǎng)方案。

二、人才培養(yǎng)中的CAD教學(xué)現(xiàn)狀

在二維CAD方面，絕大多數(shù)學(xué)校開(kāi)設(shè)了該課程，其中90%的學(xué)校開(kāi)設(shè)了二維AutoCAD，也有些學(xué)校開(kāi)設(shè)了CAXA等軟件。但大多停留在基本指令的講解及簡(jiǎn)單圖形的繪制，缺少實(shí)際圖樣的繪制，這也就使學(xué)生進(jìn)入企業(yè)后要重新學(xué)習(xí)該技術(shù)，造成教育的浪費(fèi)。

同時(shí)在二維CAD的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，AutoCAD系統(tǒng)成為圖板的代替品，設(shè)計(jì)人員借助CAD來(lái)擺脫傳統(tǒng)的手工制圖，將工程設(shè)計(jì)圖的繪制提高到一個(gè)相當(dāng)高的水準(zhǔn)，大大地提高了繪圖效率和質(zhì)量。但CAD系統(tǒng)的深層次應(yīng)用不到位，不能對(duì)設(shè)計(jì)意圖進(jìn)行捕捉，不能表達(dá)或提取完整的技術(shù)和生產(chǎn)管理信息，不能為設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)過(guò)程的指導(dǎo)，不能提供其生命周期的各個(gè)階段中的各種實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、專(zhuān)家知識(shí)以及其他相關(guān)的信息。

中國(guó)制造業(yè)信息化2010年度報(bào)告，我國(guó)中型制造業(yè)企業(yè)中，應(yīng)用二維CAD的已超過(guò)90%，但其中結(jié)合使用三維CAD＼CAPP＼PDM的企業(yè)只有34%，隨著技術(shù)的發(fā)展三維CAD技術(shù)會(huì)在企業(yè)中應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。

所以三維CAD的實(shí)體造型、基于特征造型應(yīng)引入教學(xué)中，盡管也有許多高校將三維CAD引入制圖教學(xué)中，但最終的教學(xué)效果只是提供一個(gè)三維演示，怎樣將三維CAD與傳統(tǒng)的二維CAD有機(jī)融合，形成一套成熟的培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的教學(xué)方案，目前還存在很多問(wèn)題。

三、面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的CAD教學(xué)研究

1.CAD課程教學(xué)的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)體系

建立一套科學(xué)合理的課程體系，是順利實(shí)現(xiàn)教學(xué)理念和目標(biāo)的前提與保證。以我校機(jī)械類(lèi)44學(xué)時(shí)CAD教學(xué)為例，原CAD課程教學(xué)主要側(cè)重于二維命令講解和單項(xiàng)上機(jī)練習(xí)，其內(nèi)容和結(jié)構(gòu)體系如表1所示。

表2：CAD課程原內(nèi)容及結(jié)構(gòu)體系

此教學(xué)結(jié)構(gòu)體系，內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，缺少綜合訓(xùn)練。不注重實(shí)際應(yīng)用，缺少三維設(shè)計(jì)內(nèi)容。結(jié)合制圖課的整體教學(xué)特點(diǎn)，確定新的CAD課程的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)體系二如表2所示。

該課程體系包括基本知識(shí)和技能、上機(jī)訓(xùn)練及設(shè)計(jì)實(shí)踐等三個(gè)模塊?；局R(shí)和技能包括計(jì)算機(jī)繪圖基礎(chǔ)和三維實(shí)體造型方法；上機(jī)訓(xùn)練分成專(zhuān)題訓(xùn)練和綜合設(shè)計(jì)兩個(gè)模塊，其中的綜合設(shè)計(jì)是兩個(gè)開(kāi)放性的實(shí)踐專(zhuān)題。

表2：CAD課程新內(nèi)容及結(jié)構(gòu)體系

2.CAD課程教學(xué)方法的實(shí)踐

與以前側(cè)重于命令講解和單項(xiàng)練習(xí)的教學(xué)體系比較，面向應(yīng)用的CAD課程教學(xué)方法有明顯的特點(diǎn)。

（1）從機(jī)件的繪制入手綜合練習(xí)平面圖形的繪制、編輯及尺寸、文本標(biāo)注等相關(guān)內(nèi)容。大多數(shù)CAD教材都是從命令的用法講解人手，教學(xué)過(guò)程中用近l/2的學(xué)時(shí)比例介紹常用的繪圖、編輯、尺寸標(biāo)注及圖層、圖塊及文本等基本命令和基本操作。當(dāng)完成一個(gè)單元的教學(xué)內(nèi)容后，再進(jìn)行綜合練習(xí)。這樣教學(xué)使得命令的講解與練習(xí)都是單個(gè)進(jìn)行的，沒(méi)有及時(shí)與繪圖實(shí)例相結(jié)合，學(xué)生往往只能做到能聽(tīng)懂、會(huì)練習(xí)，但到真正繪制完整的部件和零件時(shí)，卻不能根據(jù)實(shí)際條件靈活運(yùn)用已學(xué)過(guò)的命令。造成這種情況的主要原因就是由于講課時(shí)沒(méi)有結(jié)合實(shí)例，學(xué)生聽(tīng)課積極性不高，練習(xí)時(shí)也缺少興趣，教學(xué)效果不是很理想。實(shí)踐證明，這種手把手從零學(xué)起的方法并不適合高校在校學(xué)生，因?yàn)閷W(xué)生在CAD課程學(xué)習(xí)之前，已經(jīng)系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了工程圖學(xué)的基本知識(shí)，對(duì)投影理論和表達(dá)方法有了比較深刻的理解，并經(jīng)歷過(guò)手工繪圖的訓(xùn)練。所以新體系一開(kāi)始就從機(jī)件入手，結(jié)合平面圖形繪制及編輯命令，以及常用的精確繪圖方法，直接繪制機(jī)件的視圖及剖視圖等。將平面圖形表達(dá)、尺寸及技術(shù)要求的標(biāo)注等內(nèi)容綜合講解并進(jìn)行上機(jī)練習(xí)。這樣做不僅效率上能夠事半功倍，而且知識(shí)體系上能夠融會(huì)貫通。

（2）增加三維實(shí)體造型的內(nèi)容。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)及制造過(guò)程是以二維圖形為核心的，所以三維圖形在教學(xué)及應(yīng)用中始終起輔助作用以至于許多學(xué)校對(duì)三維CAD技術(shù)只是作簡(jiǎn)介。但隨著信息技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)日益結(jié)合，三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)方法將逐漸普及。這就要求工程技術(shù)人員要全面，掌握CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)。所以對(duì)于現(xiàn)代CAD教學(xué)，必須向?qū)W生傳授新技術(shù)、新觀念，以培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)的基本能力。新課程體系大幅增加了三維CAD的教學(xué)內(nèi)容，主要講解三維實(shí)體建模的方法，包括三維實(shí)體命令的運(yùn)用、二維對(duì)象的拉伸與旋轉(zhuǎn)等。同時(shí)介紹特征造型、曲面設(shè)計(jì)、動(dòng)畫(huà)模擬及仿真功能等，并通過(guò)綜合設(shè)計(jì)階段進(jìn)行專(zhuān)題實(shí)踐。

（3）面向應(yīng)用的專(zhuān)題實(shí)踐。這一過(guò)程可與零件及裝配體測(cè)繪結(jié)合起來(lái)，將原來(lái)單一的模仿畫(huà)圖轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合設(shè)計(jì)實(shí)踐專(zhuān)題的訓(xùn)練。通過(guò)兩次有針對(duì)性 的設(shè)計(jì)專(zhuān)題，要求學(xué)生以真正的設(shè)計(jì)者的角色去完成任務(wù)，包括徒手圖繪制、CAD三維建模、CAD平面圖繪制等任務(wù)。采用共同討論、分組研究、自學(xué)為主等開(kāi)放性學(xué)習(xí)方式。主要目的是讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的理解，培養(yǎng)現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)能力。

四、結(jié)束語(yǔ)

CAD不應(yīng)僅用于輔助繪圖，而應(yīng)充分發(fā)揮其輔助設(shè)計(jì)的作用。而現(xiàn)代及未來(lái)設(shè)計(jì)方法是從三維模型開(kāi)始至三維產(chǎn)品結(jié)束的一個(gè)全三維過(guò)程。教學(xué)實(shí)踐表明，該教學(xué)方法，學(xué)生聽(tīng)課的主動(dòng)性明顯提高，擴(kuò)展了學(xué)生的學(xué)習(xí)方法和思路，鍛煉學(xué)生了的動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。總之，應(yīng)用型本科CAD課程的教學(xué)改革與實(shí)踐是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，教師需要不斷豐富自己來(lái)推進(jìn)這一過(guò)程。

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（作者單位：1.哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院，2.江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院連云港工貿(mào)分院）