基于工程教育改革的CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺構(gòu)建與探索

劉朝暉，肖壽仁

（井岡山大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江西 吉安 343009）

基于工程教育改革的CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺構(gòu)建與探索

劉朝暉，肖壽仁

（井岡山大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江西 吉安 343009）

CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺作為以培養(yǎng)應(yīng)用型工程專業(yè)人才為目的的工程訓(xùn)練平臺重要子平臺，培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科知識的綜合應(yīng)用能力、創(chuàng)新精神和工程素質(zhì).以在井岡山大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院工程訓(xùn)練平臺上構(gòu)建CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺為例闡述平臺構(gòu)建方法，探討平臺對教學(xué)和學(xué)生能力培養(yǎng)的促進(jìn)作用.

工程訓(xùn)練；CAD/CAM；教學(xué)實(shí)踐；平臺

工程教育改革強(qiáng)調(diào)要以能力培養(yǎng)為核心，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，深化人才培養(yǎng)模式,并強(qiáng)調(diào)通過各種實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力［1］.工程教育改革的目的是培養(yǎng)學(xué)生掌握必要的工程基礎(chǔ)知識，專業(yè)的基本理論,通過本專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能、工程實(shí)踐、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、科學(xué)研究等工程設(shè)計(jì)方法的訓(xùn)練,獲得具有創(chuàng)新意識和對新產(chǎn)品、新工藝、新技術(shù)和新設(shè)備進(jìn)行研究和開發(fā)設(shè)計(jì)的初步能力［2，3］.

目前，井岡山大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院正在以實(shí)施卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃為契機(jī)，加快培養(yǎng)適應(yīng)江西省“鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)”和吉安市“主攻項(xiàng)目，決戰(zhàn)兩區(qū)”建設(shè)需要的大批應(yīng)用型人才，促進(jìn)學(xué)校工程教育改革和創(chuàng)新，形成高校、行業(yè)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機(jī)制，努力探索并構(gòu)建工程教育人才培養(yǎng)新模式.

CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺作為井岡山大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院工程訓(xùn)練平臺的重要子平臺，主要服務(wù)于機(jī)械類專業(yè)學(xué)生，并兼顧電子、醫(yī)療器械工程等專業(yè)學(xué)生，通過整合現(xiàn)有CAD/CAM相關(guān)課程源和設(shè)備構(gòu)建而成.通過平臺下相關(guān)課程培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，讓學(xué)生體驗(yàn)“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-運(yùn)作”工程教育中強(qiáng)調(diào)的四個(gè)環(huán)節(jié),使學(xué)生掌握CAD/CAM的基本原理和方法，熟悉CAD/CAM系統(tǒng)及在工程實(shí)踐中的應(yīng)用，初步具備CAD/CAM開發(fā)和應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科知識的綜合應(yīng)用能力、創(chuàng)新精神和工程素質(zhì)，以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)對高等學(xué)校培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的迫切要求.

1 構(gòu)建CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺的必要性

CAD/CAM技術(shù)是計(jì)算機(jī)、機(jī)械、材料等多學(xué)科知識相互交叉、滲透和融合的產(chǎn)物，是先進(jìn)制造技術(shù)的載體.隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的高速發(fā)展，該課程體系在高校人才培養(yǎng)中的作用和地位也變得越來越重要.

1.1 形勢發(fā)展的需要

我國上世紀(jì)90年代在企業(yè)和高校興起了工程領(lǐng)域“甩圖板”熱潮，使用計(jì)算機(jī)繪圖軟件完成工程圖紙的繪制和打印輸出成為技術(shù)人員基本要求［4］.隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CAD/CAM軟件越來越廣泛地應(yīng)用在機(jī)械行業(yè)中，在現(xiàn)代企業(yè)中，設(shè)計(jì)采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件完成，復(fù)雜零件制造采用相應(yīng)數(shù)控設(shè)備.尤其隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)與制造工作之間的聯(lián)系越來越緊密，因此現(xiàn)代制造企業(yè)希望畢業(yè)生具備良好的CAD/CAM能力.而傳統(tǒng)的教學(xué)將CAD/CAM課程獨(dú)立于工程訓(xùn)練平臺外，并存在教學(xué)案例與實(shí)踐脫節(jié)較大的問題.因此需要整合目前相關(guān)教學(xué)資源，以適應(yīng)形勢發(fā)展需要.

1.2 促進(jìn)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)

目前大多數(shù)高校在大學(xué)一年級開設(shè)機(jī)械制圖課程，而計(jì)算機(jī)繪圖或機(jī)械CAD課程開設(shè)的時(shí)間偏晚，并且存在課時(shí)少的現(xiàn)象，導(dǎo)致教學(xué)效果并不理想.然而學(xué)生在接下來的機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械原理等課程中都需要大量用到該項(xiàng)知識和技能.在日常教學(xué)中，老師會(huì)使用三維CAD軟件來輔助教學(xué)以更好地培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力.但從教學(xué)效果來講，讓學(xué)生能自己動(dòng)手繪制簡單的三維圖形，通過簡單操作可以觀察投影關(guān)系、相交相貫線等特征應(yīng)該會(huì)更好.CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺的建立，能制定靈活的教學(xué)計(jì)劃，為學(xué)生提供適應(yīng)個(gè)人專業(yè)特點(diǎn)的學(xué)習(xí)計(jì)劃，從而讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)學(xué)有所教，學(xué)有所長，學(xué)有所用，在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識同時(shí)也提升了能力.

為拓寬課程知識覆蓋面、適應(yīng)CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展以及機(jī)械類本科專業(yè)合并、調(diào)整的需要，近年來，在課程教學(xué)中增加了“曲線曲面造型理論”、“CAD中的數(shù)值分析方法”、“機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真”、“數(shù)控加工技術(shù)”、“CAD/CAM系統(tǒng)”等內(nèi)容，豐富和發(fā)展了CAD/CAM教學(xué)內(nèi)涵.

1.3 促進(jìn)專業(yè)課程學(xué)習(xí)

高年級的專業(yè)課程是學(xué)生面向畢業(yè)后工程工作的基礎(chǔ)，CAD/CAM平臺下的課程體系可以讓學(xué)生體驗(yàn)工程實(shí)踐的過程，并培養(yǎng)興趣讓其自主學(xué)習(xí)相關(guān)知識.以井岡山大學(xué)材料成型專業(yè)為例，在模具設(shè)計(jì)教學(xué)中關(guān)于沖壓模、塑料模的設(shè)計(jì)很多圖紙停留在二維階段，不夠直觀，學(xué)生難理解，而采用UG、Pro/Engineer等三維軟件可以進(jìn)行模具型腔、分模和模架的設(shè)計(jì)，并可以實(shí)現(xiàn)分模動(dòng)畫、澆鑄仿真和熱流分析.同樣在數(shù)控加工教學(xué)中，數(shù)控車床大多使用手動(dòng)編程可以實(shí)現(xiàn)加工，但數(shù)控銑床在加工復(fù)雜型腔和曲面零件時(shí)難以使用手動(dòng)編程實(shí)現(xiàn)，所以需要掌握一些CAM軟件來實(shí)現(xiàn).平臺下的CAD/CAM綜合實(shí)訓(xùn)能讓學(xué)生體驗(yàn)“設(shè)計(jì)→工藝→制造”的全過程，實(shí)現(xiàn)了與企業(yè)技能基礎(chǔ)教育的接軌，做到了畢業(yè)生與企業(yè)的“零對接”［5］.

2 CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺構(gòu)建方法

以井岡山大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院工程訓(xùn)練平臺為例，其下設(shè)有：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化工程訓(xùn)練、電氣工程訓(xùn)練、CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐三個(gè)子平臺.這三個(gè)子平臺均承擔(dān)著基礎(chǔ)性訓(xùn)練、綜合性訓(xùn)練和相應(yīng)的拓展功能.其中CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺框架如圖1所示.

圖1 CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺組成

CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺主要特色在于提供了專業(yè)的實(shí)訓(xùn)平臺，CAD/CAM平臺實(shí)訓(xùn)課程體系是集基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)、CAD/CAM綜合性實(shí)訓(xùn)、設(shè)計(jì)性實(shí)訓(xùn)和研究性實(shí)訓(xùn)為一體（如圖2所示），主要服務(wù)于機(jī)械類專業(yè)學(xué)生.培養(yǎng)利用常見CAD/ CAM軟件進(jìn)行機(jī)械零件設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和自動(dòng)編程的能力,也兼顧電子、醫(yī)療器械工程等開設(shè)了機(jī)械制圖等課程專業(yè)學(xué)生的教學(xué)和實(shí)訓(xùn).通過整合現(xiàn)有教學(xué)課程和資源，將傳統(tǒng)課程與現(xiàn)代方法結(jié)合，使CAD/CAM課程教學(xué)實(shí)踐貫穿融合到基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程的教學(xué)中，真正讓學(xué)生學(xué)會(huì)相應(yīng)CAD/CAM工具應(yīng)用在各階段的學(xué)習(xí)中.

圖2 CAD/CAM平臺實(shí)訓(xùn)課程體系

3 CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺的特點(diǎn)

根據(jù)多年的實(shí)踐探索，筆者認(rèn)為，不同的高校可根據(jù)自身特點(diǎn)和周邊環(huán)境，構(gòu)建適合于自己專業(yè)的CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺，以收到良好的效果.井岡山大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院根據(jù)構(gòu)建CAD/CAM訓(xùn)練平臺教學(xué)特征，綜合運(yùn)用基于問題的探索發(fā)現(xiàn)法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法、示范設(shè)計(jì)教學(xué)法以及互動(dòng)討論教學(xué)法.按照“以學(xué)生為中心，以學(xué)生自主實(shí)踐為主、教師指導(dǎo)為輔，集中教學(xué)與個(gè)別指導(dǎo)相結(jié)合”的指導(dǎo)思想，突破過去單純的師徒式的技能傳授形式，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主體作用，鼓勵(lì)學(xué)生在教師指導(dǎo)下獨(dú)立或以團(tuán)隊(duì)形式自主完成訓(xùn)練任務(wù)，激發(fā)大膽探索的興趣和自主創(chuàng)新的潛能.

在教學(xué)和綜合訓(xùn)練過程中結(jié)合真實(shí)產(chǎn)品進(jìn)行，注重多種教學(xué)方法的靈活應(yīng)用，教師根據(jù)產(chǎn)品實(shí)物對訓(xùn)練內(nèi)容作示范性講解，并提供相關(guān)資料條件，指導(dǎo)學(xué)生自主完成相關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工仿真等訓(xùn)練內(nèi)容，充分調(diào)動(dòng)其積極性.通過互動(dòng)討論式教學(xué)方法，在訓(xùn)練過程中讓學(xué)生帶著問題去訓(xùn)練，并針對典型問題進(jìn)行討論，組織學(xué)生一起對教學(xué)和訓(xùn)練中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析討論，得出最佳選擇［6-8］.

在實(shí)踐教學(xué)中，安排課內(nèi)上機(jī)實(shí)驗(yàn)和大型綜合實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié).課內(nèi)上機(jī)實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)適時(shí)交叉進(jìn)行，將理論和實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，鞏固和加深學(xué)生對基本理論的理解和掌握，培養(yǎng)學(xué)生的CAD/CAM技能.例如：在視圖與投影關(guān)系教學(xué)時(shí)，用CAD軟件建立機(jī)械零件的三維模型，并通過軟件的視圖變換，演示各視圖之間的關(guān)系，并指導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)簡單操作，讓其明白了視圖關(guān)系及相關(guān)機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn).另外還可以探討我國采用第一角法與歐美采用的第三角法的區(qū)別.這種教學(xué)過程能活躍實(shí)驗(yàn)教學(xué)氣氛，培養(yǎng)學(xué)生興趣，加深對抽象知識的理解，能獲得更好教學(xué)效果.

綜合實(shí)訓(xùn)為結(jié)合材料成型專業(yè)特點(diǎn)開設(shè)的“材料成型CAD/CAM綜合實(shí)訓(xùn)”教學(xué)環(huán)節(jié)，以加強(qiáng)對CAD/CAM技術(shù)在材料成形中的具體應(yīng)用的認(rèn)識.針對某一成形零件（鍛造、沖壓或塑料件），利用CAD/CAM/CAE系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品實(shí)體建模、成形工藝分析、模具設(shè)計(jì)、模具工作零件的數(shù)控加工或快速原型制造，學(xué)生參加完成從產(chǎn)品造型、模具設(shè)計(jì)、模具數(shù)控加工(或快速原型制造)的全過程，得到成形數(shù)字化制造的系統(tǒng)訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的現(xiàn)代成形設(shè)計(jì)能力、工程素質(zhì)和創(chuàng)新意識.

建立多元的考核方法，考核過程按照“重視過程體驗(yàn)、兼顧平時(shí)表現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐能力、突出創(chuàng)新思維”的指導(dǎo)思想.考核方法以平時(shí)成績與考核成績相結(jié)合，操作考核和理論考核相結(jié)合，基本技能和綜合創(chuàng)新評價(jià)相結(jié)合的方式進(jìn)行.考核內(nèi)容由當(dāng)日訓(xùn)練綜合記分、試題庫測試、實(shí)習(xí)小結(jié)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、創(chuàng)新思維報(bào)告、小論文等組成，其中各項(xiàng)成績所占比例，可根據(jù)不同專業(yè)，不同學(xué)期通過自行開發(fā)的課程成績管理系統(tǒng)設(shè)定比例，最后統(tǒng)計(jì)成績［8］.

4 結(jié)語

（1）CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺的構(gòu)建可以作為高校工程訓(xùn)練的子平臺.承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生空間想象力、繪圖技能、先進(jìn)制造技術(shù)及CAD/ CAM能力.

（2）CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺采用了研究性學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，對學(xué)有余力的學(xué)生通過參加“大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目”和學(xué)院新苗培育計(jì)劃，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力和創(chuàng)新能力.

（3）CAD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺能促進(jìn)學(xué)生自我學(xué)習(xí)，促進(jìn)老師教學(xué)水平的提升，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果的提高.

（4）學(xué)?？擅磕甓ㄆ谠贑AD/CAM教學(xué)實(shí)踐平臺下指導(dǎo)學(xué)生參加大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽、機(jī)器人設(shè)計(jì)大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃大賽、三維CAD/CAM技能大賽，對優(yōu)秀選手進(jìn)行表彰，并選拔優(yōu)秀選手參加省級和全國性的相關(guān)比賽.

［1］吳啟迪.提高工程教育質(zhì)量，推進(jìn)工程教育專業(yè)認(rèn)證［J］.高等教育,2008,(2):1-4.

［2］李正,林鳳.從工程教育的本質(zhì)看工程教育的發(fā)展趨勢［J］.高等教育,2007,(2):19-25.

［3］鄒衛(wèi)放.工程訓(xùn)練中心在工程教育中的基礎(chǔ)平臺作用探析［J］.教育.教學(xué),2009,(2):196-197.

［4］張凱.我國工程設(shè)計(jì)CAD發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)查及“甩圖板”對策研究［J］.工程設(shè)計(jì)CAD與智能建筑,1997,(2): 11-20.

［5］肖壽仁，鄧曉春，謝世坤，周太平.校企合作：地方高校培養(yǎng)應(yīng)用型工程專業(yè)人才的有效途徑［J］.北京電子科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，19（3）：69-75.

［6］卿兆波.基于綜合實(shí)踐能力培養(yǎng)的CAD/CAM課程設(shè)計(jì)改革實(shí)踐［J］.當(dāng)代教育理論與實(shí)踐,2015,7(3): 45-47.

［7］肖壽仁，夏翔，謝世坤.基于工程教育教學(xué)改革研究與探索——以《機(jī)械原理》課程為例［J］.新余學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，16（3）：121-123.

［8］譚艷斌.依托校企合作平臺構(gòu)建獨(dú)立學(xué)院實(shí)踐教學(xué)體系［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2015,34(2):238-242.

［責(zé)任編輯：劉昱］

Construction and Exp loration of CAD/CAM Teaching&Practicing Platform Based on Engineering Education Reformation

LIU Zhao-hui,XIAO Shou-ren
(School ofMechanical and Electrical Engineering,Jinggangshan University,Ji'an 343009,China)

CAD/CAM teaching practice platform is deemed as an important sub-platform engineering training platform for the purpose of engineering professionals training,developing students multi-disciplinary knowledge ability，innovation and engineering quality.Disscussion of the necessity of the platform forming, elaborate CAD/CAM platform construction method on engineering training platform and explore the promotion role of training platform for teaching and students'ability are based on School of Mechanical and Electrical Engineering,Jinggangshan University as example.

engineering training；CAD/CAM；teaching&practicing；platform

G 642.4

B

1672-402X（2016）02-0091-04

10.13408/j.cnki.gjsxb.2016.02.021

2015-10-25

井岡山大學(xué)教學(xué)改革研究課題（XJJG-13-14）.

劉朝暉（1979-），男，江西安福人，井岡山大學(xué)講師.研究方向:機(jī)電一體化、機(jī)械制造及其自動(dòng)化.

肖壽仁（1969-），男，江西安福人，井岡山大學(xué)副教授.研究方向:機(jī)械、數(shù)控加工、CAD.