應用型本科院校CAD/CAM技術課程的教學探索和改革

張樂瑩+劉艷+陸廣華+張躍

[摘 要]CAD/CAM技術在現(xiàn)代工業(yè)中占據(jù)著重要的地位，是未來工業(yè)的重要技術。應用型本科院校對這門課程的教學要根據(jù)學生特點修訂適宜的教學計劃，對相關課程的銜接應進一步優(yōu)化。教師對課程內(nèi)容進行調(diào)整，在理論的基礎上，結合軟件和實驗設備進行授課，讓學生探索式地成長。通過一些課堂設計、課外作品及各種競賽提高學生的興趣，營造良好的學習氛圍。

[關鍵詞]應用型本科；CAD/CAM；課程改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）06-0126-02

一、引言

計算機輔助設計與制造（簡稱CAD/CAM）技術于20世紀60年代開始形成，至今已有50多年歷史。[1]它融合了多個學科的知識，發(fā)展迅猛，應用范圍廣泛，在機械、電子、汽車、船舶、航空、航天、紡織、輕工及建筑等諸多領域都具有不可替代的地位。[2]

CAD/CAM技術改變了傳統(tǒng)的機械設計及制造方式，提高了產(chǎn)品設計質(zhì)量、節(jié)省了產(chǎn)品生產(chǎn)的開支、縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，為企業(yè)適應市場注入更多活力。CAD/CAM技術越來越受到國家、企業(yè)及廣大工程技術人員的重視。這是一門仍處于快速發(fā)展中的高新技術。在工業(yè)4.0（Industry 4.0）中，CAD/CAM技術的應用得到了足夠的重視，它是未來行業(yè)中的必備工具，也是新型產(chǎn)品的研發(fā)與創(chuàng)新平臺。

二、課程教學現(xiàn)狀

CAD/CAM技術是一門綜合性課程，它涵蓋工程圖形學、機械設計、優(yōu)化、模具、鈑金、逆向設計和制造等眾多知識領域。因此，許多院校均在大三或大四階段開設CAD/CAM技術課程，其目的是讓學生在具備一定專業(yè)知識后再學習這門課程。但目前在許多院校尤其是研究型本科院校，課程講授仍以枯燥的理論為主。對于應用型本科院校的學生來說，這種教學模式無法激起學生的學習興趣，而且知識點也不易消化吸收。[3] [4]

近年來，部分院校也開始嘗試將CAD/CAM技術課程通過理論與實踐相結合的模式講解，并將課堂從普通教室搬至機房。[5]這種教學模式能更加形象地向學生展示課程內(nèi)容，并加深學生對知識點的理解。不過，理論教學內(nèi)容仍舊沒得到深層次的改變，許多保留的知識點比較難懂，需要花費更多時間學習，而它們對學生日后工作和學習的用處卻不大。盡管課堂搬至了機房，但預留的上機時間并不多，學生練習機會少之又少，無法充分體會到CAD/CAM技術的精髓。

無論是在普通教室講解，還是在機房演示，CAD/CAM技術課程講解都呈現(xiàn)出“偏軟”的狀態(tài)。理論缺乏足夠吸引力，而上機演示與工程實際之間亦存在脫節(jié)現(xiàn)象，它如空中樓閣一般，讓學生感覺虛幻、不可觸摸。如能將CAD/CAM技術與工程問題和實驗設備結合起來，建立良好的硬件設施條件，講授時做到“軟硬兼施”，學生的動手能力和CAD/CAM技術的應用能力都會得到更好的培養(yǎng)。

三、教學探索及改革

在應用型本科院校中，學生的理論基礎相對于研究型本科院校的學生來說較弱，因此CAD/CAM技術課程應以實用為主，適當調(diào)整知識結構和授課內(nèi)容，并強調(diào)動手能力的培養(yǎng)。但另一方面，CAD/CAM技術絕不能淪落為職業(yè)技術層次的單一軟件培訓，應從宏觀上引導學生對CAD/CAM技術整個流程及相關知識點有理論儲備。應用型院校的CAD/CAM技術課程要求學生達到既有動手能力，又有一定的理論支撐。這對于課時安排是有一定挑戰(zhàn)性的。下面分別對應用型院校CAD/CAM技術課程的教學進行一些探索。

（一）修訂教學計劃

CAD/CAM技術要求知識面廣泛，且其內(nèi)容覆蓋了CAD、CAE、CAPP、CAM等各類CAX的理論及實踐。CAD/CAM技術課程至少應安排3-3.5學分。只有保證充足學時，才能達到理論與動手能力并重的效果。

即便這樣，CAD/CAM技術課程的課時仍舊緊張。結合UG、SolidWorks或Pro/E等三維軟件來講解課程時，熟悉軟件操作會占用將近一半的課時。在教學計劃中，可考慮將CAD的三維軟件操作部分適當剝離出來，融入其他課程或建立新的實訓課程。比如南京理工大學泰州科技學院在工程圖形學課程的AutoCAD上機實訓環(huán)節(jié)最后幾節(jié)課加入了Pro/E三維練習，引導學生提前熟悉軟件，由二維向三維思維模式轉換。[6]此外還建立了1學分的Pro/E實訓，使學生在上CAD/CAM技術課程之前具備一定的三維建模能力。

CAD/CAM技術還可以與其他專業(yè)課程銜接，如南京理工大學泰州科技學院還開設了有限元（ANSYS）、優(yōu)化（MATLAB）和模具設計、制造（Pro/E）等相關專業(yè)課程。幾門課程在內(nèi)容上可達到相互呼應、互補的效果。[7]

（二）優(yōu)化教學內(nèi)容

CAD/CAM技術更新?lián)Q代很快，而相關教科書卻變化不大，內(nèi)容復雜且套路陳舊。針對應用型本科院校學生的學習特點，教學內(nèi)容應做一些調(diào)整和優(yōu)化。

首先，可以考慮去除一些無關緊要的知識點，比如CAD/CAM的軟、硬件配置、數(shù)據(jù)庫模式、網(wǎng)絡協(xié)同環(huán)境、圖形變換矩陣、曲線及曲面的公式表達等內(nèi)容。這些知識點對于應用型本科的學生來說，非常難以理解，而且占用課堂時間，對日后學習、工作的用處不大，并不是必不可少的內(nèi)容。這些知識點可以刪除。

其次，盡可能將知識點融入上機或實踐教學當中。理論課時適當壓縮，盡量簡潔，讓學生一目了然。理論講解是必要的，但講解時間越長，效果越差。如果把知識點融入上機或實踐當中，學生邊操作邊溫習知識點，會更有利于知識點的吸收和理解。比如，在講解“參數(shù)化”設計內(nèi)容時，理論部分只要講清“參數(shù)化”的概念即可，接下來直接讓學生上機做兩個“參數(shù)化”的案例，學生馬上就能理解“參數(shù)化”的意思，并且印象深刻。應用型本科院校的學習不應該像研究型學院的純傳授式，而應鼓勵讓學生以探索的方式來學習。

最后，在剝離Pro/E實訓環(huán)節(jié)之后，在課時可保證的情況下，教學內(nèi)容中還可適當加入一些先進技術，如三維掃描、逆向曲面及三維打印等知識點，以拓展學生的知識面。

（三）增加實驗支撐

CAD/CAM技術課程教學很少用到實驗設備，最多給學生一些工程圖或模型用于參照建模。在CAD內(nèi)容部分，這一練習是非常必要的，而且還應特別強調(diào)對實物的測繪練習，以提高建模的準確性。而在CAE、CAM及逆向設計等環(huán)節(jié)，基本上沒有院校會用到其他實驗設備或器材，學生即使在上機時，也難以與實際工程背景相結合。

應用型本科院?？筛鶕?jù)自身情況充分利用現(xiàn)有實驗室設施，引入上機操作與實驗相結合的環(huán)節(jié)。比如CAE部分講解時，可以結合慧魚等實驗搭建設備，對分析優(yōu)化結果進行驗證。這樣既可加強學生對知識點的理解，又可以提高學生的動手能力。又如，講解曲面或逆向設計時，可以帶學生到實驗室看看三維掃描儀的點云生成，并將文件帶到機房進行后期曲面建模、實體化，最后導入三維打印機設備，這樣學生對于整個逆向流程了解更為清晰。

（四）提高學生興趣

興趣是學生的第一老師。教師在課堂上努力簡化難懂知識點，并融入上機或實踐當中，目的就是提高學生的興趣。學生在探索中成長，興趣也會越來越濃厚。案例教學或任務教學都可以培養(yǎng)學生解決問題的能力，還可以培養(yǎng)團隊協(xié)作意識，學生完成后成就感十分強烈。此外，還可鼓勵學生的創(chuàng)新性設計，并在課堂上予以公示，加強學生之間的交流。時常在課堂上或課外舉辦一些對抗賽，進一步提高學生鍛煉創(chuàng)造性思維和互相學習的興趣。優(yōu)選一批優(yōu)秀學生參加全國各種相應競賽，豎立榜樣教育典型。2009年開始至今，我院學生每年積極參加全國3D大賽等各種賽事，如圖1所示為部分參賽作品和獲獎證書。

四、結論

CAD/CAM技術是未來工業(yè)中的重要技術。應用型本科院校對于這門課程的教學要根據(jù)學生特點修訂適宜的教學計劃，對相關課程的銜接應進一步優(yōu)化。教師應對課程內(nèi)容進行調(diào)整，在理論的基礎上，結合軟件和實驗設備進行授課，讓學生探索式地成長，并通過一些課堂設計、課外作品及各種競賽提高學生的興趣，營造良好的學習氛圍。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 王隆太，等. 機械CAD/CAM技術[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社，2013.

[2] 寧汝新，等.CAD/CAM技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015.

[3] 喬東平，李浩，羅國富，馬軍. 機械CAD/CAM技術課程教學改革與創(chuàng)新探討[J].河南科技，2013（15）：255-256.

[4] 孟杰，何高法，吳睿. 基于CDIO模式的機械CAD/CAM課程教學改革[J].蘭州教育學院學報，2014（7）：94-95.

[5] 金寧，焦麗，劉雨搏.CAD/CAM技術課程教學的現(xiàn)狀與改革[J].遼寧工程技術大學學報（自然科學版），2010（S1）：203-204.

[6] 陸廣華，張樂瑩，張躍，陳濤.應用技術大學工程制圖教學改革與探索[J].大學教育，2015（8）：164-165.

[7] 陳濤，李連波，張樂瑩，陸廣華.應用型本科院校機械類人才培養(yǎng)模式的探索研究[J].大學教育，2014（18）：117-118.

[責任編輯：陳 明]