CAD/CAM課程的“階段”教學(xué)法研究①

張東方

摘 要：針對CAD/CAM類課程教學(xué)中存在的問題提出了“階段”教學(xué)的解決方法。首先對教學(xué)過程中存在問題的原因進(jìn)行了分析，根據(jù)分析結(jié)果提出了新的教學(xué)方法，即根據(jù)不同的專業(yè)培養(yǎng)階段，結(jié)合案例教學(xué)法來講授不同的CAD/CAM軟件功能模塊，這將有助于提高學(xué)生的實際操作能力、學(xué)習(xí)興趣及綜合專業(yè)素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：CAD/CAM 教學(xué)方法 教學(xué)改革

中圖分類號：G624 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（b）-0165-02

1 CAD/CAM課程

CAD/CAM技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心內(nèi)容。對于現(xiàn)今的機(jī)械行業(yè)來說，CAD/CAM技術(shù)的熟練掌握已成為相關(guān)從業(yè)人員的基本技術(shù)要求。因此，為我國現(xiàn)代制造業(yè)培養(yǎng)一大批CAD/CAM技術(shù)人才，成為了高校機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)的重要任務(wù)[1]。

為應(yīng)對目前行業(yè)對應(yīng)用型人才的實際需求，現(xiàn)今高校的機(jī)械類或近機(jī)械類專業(yè)基本都開設(shè)了CAD/CAM的相關(guān)課程。CAD/CAM課程的實際教學(xué)內(nèi)容是各種計算機(jī)輔助設(shè)計軟件的應(yīng)用，因此屬于技能型課程。在大多數(shù)高校的專業(yè)培養(yǎng)計劃中，這些課程主要分為兩部分：第一，以AutoCAD軟件為主的二維繪圖軟件的教學(xué)，目的是培養(yǎng)學(xué)生能夠掌握AutoCAD軟件進(jìn)行工程圖的繪制；第二，以CATIA， Pro/Engineer， Solid Works， UG等軟件為主的三維設(shè)計軟件的教學(xué)，目的是培養(yǎng)學(xué)生能夠使用這些軟件進(jìn)行機(jī)械設(shè)計、工程分析及輔助制造的相關(guān)工作。

但現(xiàn)在CAD/CAM課程的實際教學(xué)效果仍存在一些問題，主要是學(xué)生對軟件的靈活應(yīng)用能力較差。針對這一點，一些高校教師已經(jīng)展開了相關(guān)研究，如唐春華提出了項目教學(xué)法在課程教學(xué)中的應(yīng)用[2]，寧旺云提出通過趣味圖形的創(chuàng)新教學(xué)法提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣[3]等。但這些已有研究基本只針對教學(xué)中的某一環(huán)節(jié)提出解決方法，因此，在汲取之前研究成果的基礎(chǔ)上，針對專業(yè)培養(yǎng)計劃與CAD/CAM類軟件的特性，本文提出了“階段”教學(xué)法，旨在有效發(fā)揮CAD/CAM課程在學(xué)生專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)中的積極作用。

2 目前教學(xué)中存在的主要問題

由于CAD/CAM類課程本身為應(yīng)用性極強(qiáng)的課程，所以課程的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生在課程結(jié)束后可以掌握并熟練使用一種或多種軟件從事CAD、CAE、CAM方面的基本工作。但這一目標(biāo)的實現(xiàn)程度卻往往并不理想，原因主要和學(xué)生培養(yǎng)計劃中的相關(guān)課程時間設(shè)置及目前相關(guān)教材內(nèi)容的整體結(jié)構(gòu)有關(guān)。

2.1 課程設(shè)置

目前CAD/CAM在大多數(shù)高校的培養(yǎng)計劃中基本都是作為一門課程來設(shè)置進(jìn)行集中學(xué)習(xí)。這種設(shè)置方法是造成教學(xué)效果無法達(dá)到預(yù)期的原因之一。主要是因為CAD/CAM類軟件由于自身廣泛的功能模塊，其所涉及的知識面基本貫穿了大部分的專業(yè)核心課程。在集中學(xué)習(xí)的情況下，如果課程設(shè)置在專業(yè)培養(yǎng)的早期，因為學(xué)生還未接觸到更多的專業(yè)知識，會造成一些諸如CAE，CAM類功能模塊課程的學(xué)習(xí)障礙，如設(shè)置到專業(yè)培養(yǎng)末期的話同樣也會出現(xiàn)學(xué)生對一些基礎(chǔ)知識由于學(xué)習(xí)時間已過太久而不熟悉的情況。所以傳統(tǒng)的教學(xué)情況往往是只教授了基本的CAD模塊，由于課時數(shù)的限制（因為課程必須安排大量的上機(jī)教學(xué)時間，這會導(dǎo)致實際講授的時間大幅度縮?。?，其余功能模塊的學(xué)習(xí)往往只是介紹性的一帶而過，這樣的話就很難達(dá)到CAD/CAM課程教學(xué)的初衷。因此，CAD/CAM類課程應(yīng)處于專業(yè)培養(yǎng)計劃的哪個階段也是一個非常重要的問題。

2.2 教材

現(xiàn)如今教學(xué)中常用到的一些相關(guān)教材，它們的編寫特點有以下幾方面：

（1）教材中軟件內(nèi)容以基本工具的使用為主，實例為輔?；竟ぞ叩慕榻B與實例的聯(lián)系性較差。學(xué)生在基本工具的學(xué)習(xí)過程中會感覺比較乏味，雖然他們按照實例的要求一步步進(jìn)行操作可以完成圖形的繪制，但卻會出現(xiàn)“知其然卻不知其所以然”的情況，舉一反三的能力較差。

（2）教學(xué)內(nèi)容較全面，但系統(tǒng)性不強(qiáng)。由于CAD/CAM類軟件的功能數(shù)量非常強(qiáng)大，教材一般會要求面面俱到，但篇幅數(shù)的限制使得教材對每一方面并不能進(jìn)行深入，在這一方面，通用教材的教學(xué)效果可能比不上一些非教材類的專用軟件教程類書籍。

（3）教材中所涉及到的部分模塊功能可能會出現(xiàn)與現(xiàn)培養(yǎng)階段其他專業(yè)課程脫節(jié)的情況。

3 “階段”教學(xué)法應(yīng)用分析

通過之前的分析，可以得知傳統(tǒng)CAD/CAM類課程教學(xué)中教學(xué)效果難以提升的主要原因在于集中學(xué)習(xí)的課程設(shè)置與學(xué)生其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)存在一定程度的脫節(jié)現(xiàn)象。這種情況一方面導(dǎo)致學(xué)生并不能深入理解所學(xué)CAD/CAM課程的內(nèi)容，另一方面會導(dǎo)致學(xué)習(xí)積極性的下降。針對這兩點主要原因，以提高教學(xué)效果為目標(biāo)，提出了如下的解決方案。

3.1 課程設(shè)置與“階段”教學(xué)法的應(yīng)用分析

在課程設(shè)置中所出現(xiàn)的問題，提倡使用“階段”教學(xué)法進(jìn)行解決。所謂CAD/CAM的“階段”教學(xué)法，即不同于現(xiàn)今將CAD/CAM課程集中開設(shè)在一個學(xué)期進(jìn)行學(xué)習(xí)的方法，而是將其分散在不同專業(yè)課程的學(xué)習(xí)階段進(jìn)行各種相關(guān)功能模塊的學(xué)習(xí)。如以PRO/Engineer軟件為例，各階段性功能模塊與專業(yè)課程的學(xué)習(xí)階段對應(yīng)關(guān)系（如圖1所示）。這種課程設(shè)置雖然是以PRO/Engineer軟件為例，但由于現(xiàn)今大多數(shù)CAD/CAM類軟件在功能模塊的設(shè)置上基本相同，因此也同樣適用于此圖所示的方法。

這種階段式的課程設(shè)置方法有助于解決之前所提到的各種教學(xué)問題。這種課程設(shè)置的核心內(nèi)容是將計算機(jī)輔助技術(shù)完全滲透到專業(yè)課的學(xué)習(xí)當(dāng)中，使CAD/CAM課程和其他專業(yè)課程在學(xué)習(xí)的進(jìn)程中進(jìn)行結(jié)合，起到相互促進(jìn)的作用。這符合當(dāng)前對高校機(jī)械類人才培養(yǎng)的要求。學(xué)生在整個專業(yè)課學(xué)習(xí)的過程中會持續(xù)性的學(xué)習(xí)軟件的各種功能模塊，不會產(chǎn)生軟件與專業(yè)課學(xué)習(xí)脫節(jié)的情況。將CAD/CAM課程的學(xué)習(xí)分散開，避免了傳統(tǒng)教學(xué)中因?qū)W習(xí)內(nèi)容的大量灌輸而導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果較差的情況。同時，這也有助于提高學(xué)生的軟件使用頻率，進(jìn)而提高實際操作熟練度，有利于解決各種實際應(yīng)用中遇到的問題，在進(jìn)入工作崗位之后能更快的投入到工作中去。

另一方面，這種“階段”教學(xué)法有利于發(fā)揮CAD/CAM軟件的輔助作用。與專業(yè)課程相對應(yīng)階段的軟件功能模塊學(xué)習(xí)實際上是給學(xué)生一個專業(yè)課知識的虛擬實踐環(huán)境，有助于激發(fā)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣和對所學(xué)專業(yè)課知識的理解。

比如在學(xué)習(xí)機(jī)械制圖的第一學(xué)期安排學(xué)習(xí)CAD/CAM軟件的二維繪圖及零件特征模塊有助于對學(xué)生三維形態(tài)結(jié)構(gòu)和相對位置的鍛煉。在工程類三維輔助設(shè)計軟件的設(shè)計中，所有的三維實體模型都是由各個方向的平面投影截面為基礎(chǔ)生成的，學(xué)生在學(xué)習(xí)和操作軟件進(jìn)行三維設(shè)計的同時能夠直觀的理解三維實體與二維投影圖之間的關(guān)系。工程圖模塊的核心內(nèi)容則基本是國標(biāo)中的各種零件的表示及標(biāo)注標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生與第二學(xué)期的機(jī)械制圖一起學(xué)習(xí)則有利于對這些國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的記憶及理解。CAD/CAM軟件都能夠提供零件的一些諸如密度、質(zhì)量、表面積、慣性力矩等基本信息和有限元分析工具，這些內(nèi)容都同工程力學(xué)課程的學(xué)習(xí)有著緊密的聯(lián)系，所以在工程力學(xué)課程開設(shè)的同時學(xué)習(xí)CAD/CAM軟件的有限元模塊，則有利于學(xué)生對所學(xué)課程內(nèi)容的直觀理解。同樣，在機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)的同時學(xué)習(xí)裝配和運(yùn)動仿真模塊，能夠讓學(xué)生直觀的認(rèn)知到各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動及傳動關(guān)系?，F(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的核心內(nèi)容與CAD技術(shù)密不可分，數(shù)控技術(shù)與CAM模塊的關(guān)系本身就是緊密聯(lián)系在一起的。最后學(xué)生的課程設(shè)計是對CAD/CAM課程學(xué)習(xí)的一次綜合應(yīng)用，也可以作為該課程的最終考核標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 案例教學(xué)法的結(jié)合應(yīng)用

階段教學(xué)法和現(xiàn)在大多數(shù)CAD/CAM教材的內(nèi)容有矛盾之處，主要在于大多數(shù)教材由于篇幅的限制，很難將這些內(nèi)容介紹的面面俱到，大多數(shù)教材的主要內(nèi)容都以CAD功能模塊的教學(xué)為主，在很多CAE/CAM模塊沒有理想教材的情況下，要發(fā)揮階段教學(xué)法的優(yōu)勢會存在一些困難。關(guān)于這一點，可以嘗試合理運(yùn)用案例教學(xué)法來解決。

關(guān)于案例教學(xué)法在CAD/CAM課程中的應(yīng)用，已有很多人做過討論[2][7]。在實際的教學(xué)中采用案例教學(xué)法確實會對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提高起很大作用。因為與傳統(tǒng)的正向教學(xué)相比，即先介紹各種功能定義再具體演示使用方法，采用案例教學(xué)這種逆向教學(xué)方式更有利于學(xué)生對一些功能命令產(chǎn)生深刻印象，尤其在一些功能模塊教材相關(guān)內(nèi)容較少的情況下。

在案例的選擇中需要注意兩點，一是所選案例必須能有效解決典型命令的學(xué)習(xí)問題，且具有各種命令的綜合應(yīng)用方法；二是案例最好選擇一些實際案例，只有實際案例才具有說服力，引起學(xué)生的重視。

在采用案例教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)的時候應(yīng)注意在案例的示范中向?qū)W生提供最具有效率的操作流程，在CAD/CAM類軟件繁多的命令群中只向?qū)W生講授實際工作中經(jīng)常用到的命令。這有利于學(xué)生更快速學(xué)會實際的應(yīng)用方法，從而不會因為卡在某個操作流程中而喪失了學(xué)習(xí)的興趣。這種方法是讓學(xué)生在能夠掌握一種基本操作方法，完成一個案例的前提下，再在新案例中學(xué)習(xí)新的功能命令，是一種有效的學(xué)習(xí)方法，這能夠避免學(xué)生由于學(xué)習(xí)障礙而造成喪失學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自學(xué)及解決具體問題的能力。

此外，在案例教學(xué)的過程中，要重點向?qū)W生講授案例，分析在工作流程中的邏輯關(guān)系，這有助于學(xué)生理解CAD/CAM軟件設(shè)計的理念，如在草繪截面的案例教學(xué)中要求學(xué)生嚴(yán)格按照圖元、約束、尺寸的流程進(jìn)行繪圖，將有助于學(xué)生理解“參數(shù)化”設(shè)計的概念，這對學(xué)生學(xué)習(xí)其他同類軟件是有益處的。

4 結(jié)語

該文針對傳統(tǒng)CAD/CAM課程教學(xué)中存在的教學(xué)效果問題提出了一種“階段”教學(xué)法，這種教學(xué)方法的主要特點是將CAD/CAM課程學(xué)習(xí)分散到培養(yǎng)計劃的各個專業(yè)課程學(xué)習(xí)階段當(dāng)中。這種方法能夠解決傳統(tǒng)教學(xué)方法中學(xué)生實際操作應(yīng)用能力差，對部分模塊功能理解不深入等問題，同時也能起到對其他專業(yè)課程學(xué)習(xí)的輔助作用，提高學(xué)生整體的專業(yè)素養(yǎng)。與傳統(tǒng)的教學(xué)方法相比其優(yōu)點主要在于：一、減少一次性知識點學(xué)習(xí)的數(shù)量；二、軟件相關(guān)功能模塊的學(xué)習(xí)不會與專業(yè)課知識學(xué)習(xí)脫節(jié)；三、能有效提高學(xué)生的實際操作能力和學(xué)習(xí)興趣；四、對其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)同樣能起到輔助作用。

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