計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)改革探析

李中凱++洪兆溪

摘 要：“計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)”是機(jī)械制造及自動(dòng)化專業(yè)一門重要的專業(yè)課。針對(duì)當(dāng)前該課程教材內(nèi)容過多與實(shí)踐教學(xué)薄弱等問題，文章從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式兩方面入手，提出了改進(jìn)計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)的途徑。

關(guān)鍵字：計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)；教學(xué)改革；途徑

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-4107（2015）11-0003-02

一、課程簡(jiǎn)介和現(xiàn)存問題

“計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)”是一門新興學(xué)科，把計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算、快速繪圖、記憶與邏輯判斷，以及圖形顯示等強(qiáng)大功能融入到機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，可以有效減輕設(shè)計(jì)人員的體力勞動(dòng)，縮短設(shè)計(jì)周期和提高產(chǎn)品質(zhì)量[1]。通過這門課的學(xué)習(xí)，“機(jī)自”專業(yè)的學(xué)生可以通過計(jì)算機(jī)完成制圖建模、信息存儲(chǔ)和仿真分析等一系列工作，強(qiáng)化自身的機(jī)械設(shè)計(jì)能力和問題分析能力。但是當(dāng)前這門課的教學(xué)中存在一些問題，教學(xué)效果有待改善。其主要問題表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

（一）教材結(jié)構(gòu)不合理，軟件版本滯后

“計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)”是一門綜合性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，涉及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)軟件與程序設(shè)計(jì)等多個(gè)學(xué)科的相關(guān)知識(shí)?，F(xiàn)有教材內(nèi)容包括工程數(shù)據(jù)處理、CAD圖形技術(shù)、幾何造型技術(shù)和產(chǎn)品集成設(shè)計(jì)技術(shù)等，信息量過大且重點(diǎn)不夠突出。如果將教材中的知識(shí)全部講透，課時(shí)不夠。在課程內(nèi)容多、課時(shí)較少的情況下，如果不能有力地突出重點(diǎn)，就會(huì)顯得各個(gè)章節(jié)平淡無趣，學(xué)生很難獲得出彩的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，從而影響了教學(xué)效果。同時(shí)，教材使用的一部分輔助設(shè)計(jì)軟件版本的落后，使學(xué)生不能及時(shí)補(bǔ)充本行業(yè)的新興內(nèi)容，難以適應(yīng)以后的工作崗位。

（二）教學(xué)形式單一，實(shí)踐教學(xué)薄弱

“計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)”的課程教學(xué)由理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)環(huán)節(jié)組成，目前以教師講授、演示，學(xué)生記憶及跟練為主。理論教學(xué)包括教師講授、演示和學(xué)生記憶。在實(shí)際教學(xué)中，雖然教師們努力采用圖文并茂等授課方式來增加課堂學(xué)習(xí)的趣味性，但是仍然難以長(zhǎng)時(shí)間吸引學(xué)生的注意力，學(xué)生還是感覺學(xué)習(xí)枯燥乏味，當(dāng)然這與課程內(nèi)容覆蓋面過大也有一定關(guān)系；實(shí)踐教學(xué)部分基本只有學(xué)生跟練，分量過輕且經(jīng)常講練脫節(jié)，學(xué)生學(xué)到的理論知識(shí)無法通過動(dòng)手操作得到及時(shí)有效的檢驗(yàn)和鞏固。絕大部分課程實(shí)踐都是學(xué)生個(gè)人操作，缺乏團(tuán)隊(duì)協(xié)作鍛煉。同時(shí)，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的題目供給也不充足，經(jīng)常出現(xiàn)多個(gè)學(xué)生的題目完全重復(fù)的情況，容易造成學(xué)生相互借鑒和相互依賴，不利于學(xué)生獨(dú)立思考。

二、課程教學(xué)改革的途徑

（一）教材內(nèi)容的改革

1.調(diào)整取舍與及時(shí)更新教材內(nèi)容。以機(jī)械行業(yè)對(duì)人才技能的需求為導(dǎo)向?qū)滩倪M(jìn)行調(diào)整取舍并突出重點(diǎn)，使學(xué)生能通過有限時(shí)間內(nèi)的課堂學(xué)習(xí)，掌握教材中的重點(diǎn)知識(shí)與關(guān)鍵技能[2]。比如當(dāng)前機(jī)械行業(yè)比較重視從業(yè)人員的二維制圖、三維造型、動(dòng)力學(xué)分析和有限元分析等能力，在教材中就要把這些知識(shí)作為重點(diǎn)詳細(xì)介紹。對(duì)難度相對(duì)過高而應(yīng)用頻率較低的知識(shí)點(diǎn)，如CAD的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)核心、工程數(shù)據(jù)管理技術(shù)等，可以適當(dāng)刪去或簡(jiǎn)要介紹。

此外，“計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)”是一門尚在發(fā)展中的高新技術(shù)[3]，尤其是關(guān)于建模、仿真以及集成技術(shù)等方面的研究日新月異。為適應(yīng)科學(xué)技術(shù)水平及人才培養(yǎng)目標(biāo)的需要，教材內(nèi)容要推陳出新，實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的與時(shí)俱進(jìn)。比如，我國(guó)政府現(xiàn)在越來越重視環(huán)境保護(hù)并逐步加強(qiáng)了環(huán)保裝備制造業(yè)的政策導(dǎo)向[4]，在教材中就應(yīng)該適當(dāng)添加環(huán)境意識(shí)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的版塊。在教材的總體安排上要以工程應(yīng)用為背景，以新理論與新技術(shù)為重點(diǎn)，探討本學(xué)科發(fā)展的前沿性問題，從而讓學(xué)生看到本學(xué)科在內(nèi)容上的時(shí)代性和先進(jìn)性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。

2.加強(qiáng)教材中的設(shè)計(jì)實(shí)例。由于本課程的理論內(nèi)容較多且有一定難度，學(xué)生學(xué)習(xí)容易感到吃力和乏味。為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)信心，要在教材中注重講解運(yùn)用相關(guān)知識(shí)解決機(jī)械行業(yè)常見問題的方法與實(shí)例，讓學(xué)生意識(shí)到自己完全可以使用這門課中的知識(shí)去解決實(shí)際問題。例如，現(xiàn)在大量的設(shè)計(jì)工作都是對(duì)原來設(shè)計(jì)好的圖形進(jìn)行修改。如果每次修改數(shù)據(jù)都需要對(duì)原來設(shè)計(jì)好的整個(gè)圖形進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，無疑會(huì)造成人力物力的浪費(fèi)。這一問題就可以通過學(xué)生借助本課程的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行解決， 其解決途徑之一就是對(duì)三維建模軟件進(jìn)行二次開發(fā)，比如利用VB對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)[5]。這種經(jīng)過二次開發(fā)的軟件可以很好地處理由于圖形尺寸變化而引起的圖形變化，設(shè)計(jì)人員只需要重新輸入所需設(shè)計(jì)的尺寸或者其他的驅(qū)動(dòng)參數(shù)就能夠完成重新建模，無須重復(fù)其他步驟。在二次開發(fā)的SolidWorks軟件中，某管件的參數(shù)化設(shè)計(jì)界面就如圖1所示。在教材中講解這類方法的實(shí)現(xiàn)步驟，使學(xué)生可以重現(xiàn)解決方案，就可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)信心。

圖1 管件的參數(shù)化設(shè)計(jì)界面

（二）教學(xué)形式改革

1.課堂理論教學(xué)與學(xué)生上機(jī)操作相結(jié)合。由于本課程對(duì)學(xué)生的空間想象力有一定要求，涉及的計(jì)算機(jī)軟件也較多，依靠單純的上課講解很難收到理想的教學(xué)效果。所以在教改中要求理論教學(xué)采用課堂講解與上機(jī)操作相結(jié)合的方法，即教師在機(jī)房利用投影儀授課并跟蹤布置學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生一邊聽課一邊在計(jì)算機(jī)上動(dòng)手操作完成這些任務(wù)。學(xué)生帶著任務(wù)去學(xué)習(xí)，在完成任務(wù)的過程中自主地探求知識(shí)、獲取知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)，由被動(dòng)變主動(dòng)，在課堂上就可以對(duì)所學(xué)的知識(shí)產(chǎn)生直觀印象并及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。教師也可以就學(xué)生課堂上遇到的問題及時(shí)進(jìn)行有針對(duì)性的講解，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度。這種理論教學(xué)形式把原來教師單方面的講解變成了教師引導(dǎo)學(xué)生循序漸進(jìn)地完成一系列“任務(wù)”，顯著提高了師生互動(dòng)程度，實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、做”融為一體。

2.豐富實(shí)踐教學(xué)形式，開展學(xué)生小組設(shè)計(jì)比賽與實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練?！坝?jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)”傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)基本以學(xué)生課后跟練為主，形式單一且分量較弱，所以需要豐富實(shí)踐教學(xué)的形式，比如開展學(xué)生小組設(shè)計(jì)比賽等。

開展學(xué)生小組設(shè)計(jì)比賽要求教師把全班學(xué)生劃分成若干組，教師在每次完成階段性理論教學(xué)內(nèi)容后，以該階段學(xué)習(xí)內(nèi)容為主題，組織學(xué)生開展小組設(shè)計(jì)比賽。各組學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成自己的作品，選出小組代表向全班學(xué)生進(jìn)行展示和講解。然后教師引導(dǎo)所有學(xué)生一起點(diǎn)評(píng)每組作品，并選取優(yōu)秀作品進(jìn)行展覽。圖2就是一個(gè)所選取的優(yōu)秀學(xué)生作品。

學(xué)生小組比賽有利于鍛煉學(xué)生的協(xié)調(diào)合作能力，比賽中的優(yōu)秀作品展覽更可以給學(xué)生提供一個(gè)表現(xiàn)自我的舞臺(tái)，鼓勵(lì)學(xué)生大膽嘗試，讓學(xué)生有更大的想象和發(fā)揮的空間。

除此之外，還可以開展實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練等項(xiàng)目，把計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)與工廠實(shí)際仿真分析需求相結(jié)合，增加廣大學(xué)生的責(zé)任感和事業(yè)心。比如近年來機(jī)械制造業(yè)經(jīng)常運(yùn)用凸輪機(jī)構(gòu)，很多工廠需要對(duì)不同的凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。教師就可以選取某工廠生產(chǎn)的凸輪機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，帶領(lǐng)學(xué)生運(yùn)用輔助軟件進(jìn)行位移等的有限元分析，如圖3所示。

圖3 凸輪位移云圖

在“計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)”的教改探索中，發(fā)現(xiàn)該課程教材內(nèi)容覆蓋面過大，部分輔助軟件陳舊，課堂上的師生互動(dòng)程度較低和實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱等問題，在教改中采取精簡(jiǎn)教材內(nèi)容、更新軟件和增添實(shí)例等措施完善教材，采取課堂教學(xué)結(jié)合上機(jī)操作、開展學(xué)生小組比賽與實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練等措施豐富教學(xué)形式。實(shí)踐證明，教改有效地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，激發(fā)了學(xué)生大膽設(shè)計(jì)的熱情，增加了學(xué)生動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，提高了教學(xué)質(zhì)量，特別是其中增加設(shè)計(jì)實(shí)例的措施有效增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的信心，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。但是計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)是一門不斷發(fā)展的學(xué)科，教師們需要緊跟學(xué)科前進(jìn)的步伐，在教改道路上長(zhǎng)期堅(jiān)持不懈地努力。現(xiàn)在節(jié)能環(huán)保的觀念深入人心，教師們?cè)谝院蟮慕谈闹幸又匾曇I(lǐng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)節(jié)約機(jī)械設(shè)計(jì)過程中消耗的資源能源，減輕環(huán)境污染。

參考文獻(xiàn)：

[1]康海霞.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品中的應(yīng)用探討

[J].裝備制造技術(shù)，2014，（6）.

[2]霍彤，余群.“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐

[J].科技世界，2015，（6）.

[3]袁媛.機(jī)械CAD的應(yīng)用歷史、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].湖南

農(nóng)機(jī)，2014，（1）.

[4]趙俊.環(huán)保裝備制造業(yè)政策導(dǎo)向逐漸加強(qiáng)[J].產(chǎn)業(yè)經(jīng)

緯，2013，（3）.

[5]秦燕等.基于SolidWorks零件曲線參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的

研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2015，（1）.