《機(jī)械CAX》課程構(gòu)建探索與實(shí)踐

孫克銳，葉炬鋒

（浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院機(jī)械與電氣工程系，浙江杭州311231）

《機(jī)械CAX》課程構(gòu)建探索與實(shí)踐

孫克銳，葉炬鋒

（浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院機(jī)械與電氣工程系，浙江杭州311231）

通過對(duì)機(jī)械C A X相關(guān)學(xué)科的教學(xué)研究和分析，創(chuàng)新性的構(gòu)建一體式《機(jī)械C A X》課程。該課程融合現(xiàn)代工程制圖、計(jì)算機(jī)繪圖、機(jī)械C AD/C AM和機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)等學(xué)科內(nèi)容。根據(jù)課程特點(diǎn)、學(xué)生層次差異和C A X人才培養(yǎng)要求，規(guī)劃和設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容、探索多樣化的教學(xué)方法和手段，建立多元教學(xué)評(píng)價(jià)體系，教學(xué)改革取得較好效果。

機(jī)械C A X；機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)；教學(xué)改革

CAX是CAD、CAM、CAE、CAPP、CAS、CAT、CAI等各項(xiàng)技術(shù)之綜合叫法，CAX技術(shù)核心是計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)[1-2]。機(jī)械CAX技術(shù)是將傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)、制造技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)融合的綜合技術(shù)，CAX技術(shù)是提高機(jī)械創(chuàng)新能力的有效方法[3]。我國(guó)正在實(shí)施《中國(guó)制造2025》強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，需要掌握先進(jìn)制造技術(shù)的人才和創(chuàng)新性人才。

機(jī)械CAX系列課程涉及知識(shí)廣、學(xué)科多，不少院校已開展機(jī)械制圖和CAD課程融合、三維動(dòng)態(tài)建模輔助工程制圖教學(xué)等相關(guān)研究[4-5]。本文結(jié)合機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)和機(jī)械制造工藝等學(xué)科內(nèi)容對(duì)機(jī)械CAX系列課程進(jìn)行集成融合，創(chuàng)新性的構(gòu)建《機(jī)械CAX》課程并對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行改革和實(shí)踐。

1 機(jī)械CAX類課程教學(xué)現(xiàn)狀

學(xué)院《現(xiàn)代工程制圖》、《計(jì)算機(jī)繪圖》、《機(jī)械CAD/CAM》在不同學(xué)期開課，教學(xué)多以教材例題為參照，學(xué)生仿照練習(xí)?！稒C(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》也是一門獨(dú)立課程，主要講述基于TRIZ原理的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)。機(jī)械CAX類課程教學(xué)存在的主要問題：

（1）重復(fù)教學(xué)，如教計(jì)算機(jī)繪圖時(shí)，需重復(fù)講授工程制圖相關(guān)內(nèi)容，課堂效率降低。

（2）周期長(zhǎng)，不利于學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)和記憶。

（3）教學(xué)案例單一，與工程實(shí)踐聯(lián)系不緊密或滯后于生產(chǎn)實(shí)踐，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃。

（4）仿照練習(xí)方式，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，創(chuàng)新能力得不到充分培養(yǎng)。

（5）《現(xiàn)代工程制圖》是一門較抽象的課程，采用傳統(tǒng)教學(xué)方式，空間想象力差的學(xué)生學(xué)習(xí)有一定難度，教學(xué)達(dá)不到預(yù)定效果。

（6）《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》與《機(jī)械CAD/CAM》分開授課，未起到互為補(bǔ)充、相互促進(jìn)的作用。

針對(duì)上述問題，融合現(xiàn)代工程制圖、計(jì)算機(jī)繪圖、機(jī)械CAD/CAM和機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)等學(xué)科內(nèi)容，構(gòu)建一體式的《機(jī)械CAX》課程，培養(yǎng)符合社會(huì)發(fā)展需要的具有扎實(shí)的工程基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)的創(chuàng)新型機(jī)械CAX人才。

2 《機(jī)械CAX》課程構(gòu)建

在學(xué)院《現(xiàn)代工程制圖技術(shù)》教學(xué)改革基礎(chǔ)上，構(gòu)建《機(jī)械CAX》課程，貫穿工程制圖到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程。針對(duì)CAX技術(shù)人才培養(yǎng)要求、課程特點(diǎn)和學(xué)生層次的差異，設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，配置師資力量，探索多樣化的教學(xué)方法、手段，建立多元考核評(píng)價(jià)機(jī)制。

2.1 教學(xué)內(nèi)容

機(jī)械CAX課程涵蓋四大模塊，見圖1，分為基礎(chǔ)知識(shí)、零件測(cè)繪、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）。基礎(chǔ)知識(shí)主要講授工程制圖等知識(shí)。零件測(cè)繪讓學(xué)生拆、裝零件并使用測(cè)量工具測(cè)量零件，完成手工或計(jì)算機(jī)繪圖。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)不是簡(jiǎn)單的對(duì)照教材學(xué)習(xí)三維設(shè)計(jì)軟件，而是融入機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將工程基礎(chǔ)知識(shí)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)械設(shè)計(jì)理論和制造理論等知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。借助CAD軟件的強(qiáng)大功能，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的直觀化、動(dòng)態(tài)化、智能化和高效率。計(jì)算機(jī)輔助制造是將已設(shè)計(jì)零件通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)零件工藝分析、刀具路徑規(guī)劃、切削參數(shù)選擇和刀具選用，自動(dòng)生成NC指令代碼用于數(shù)控加工。

圖1 《機(jī)械CAX》課程體系

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，教學(xué)模式和學(xué)習(xí)模式發(fā)生巨大變化。學(xué)生可以通過MOOC在線學(xué)習(xí)、在網(wǎng)絡(luò)上交流互動(dòng)和尋求知識(shí)?！稒C(jī)械CAX》是基于創(chuàng)新的課程，主要采用項(xiàng)目化教學(xué)，項(xiàng)目來源主要是生產(chǎn)實(shí)踐、學(xué)科競(jìng)賽、教師科研項(xiàng)目等。

生產(chǎn)實(shí)踐案例可以來自校企合作單位、學(xué)生頂崗實(shí)習(xí)項(xiàng)目和教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)對(duì)上述案例的篩選和改進(jìn)。通過鼓勵(lì)和指導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)科競(jìng)賽如大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽和學(xué)院技能競(jìng)賽等，鍛煉學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，提高教師專業(yè)技能水平，豐富教學(xué)內(nèi)容。通過競(jìng)賽，發(fā)現(xiàn)教學(xué)存在的不足，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，改進(jìn)教學(xué)。教師科研項(xiàng)目緊跟技術(shù)發(fā)展潮流，具有一定新穎性、實(shí)用性，學(xué)生參與積極性高。教師可根據(jù)教學(xué)目標(biāo)將科研項(xiàng)目分解為一個(gè)個(gè)易操作的小項(xiàng)目，提高學(xué)生參與度。

通過《機(jī)械CAX》課程項(xiàng)目訓(xùn)練讓學(xué)生將理論應(yīng)用實(shí)踐，學(xué)以致用，提高創(chuàng)新能力和工程能力。

2.2 教學(xué)方法、手段

機(jī)械CAX是多學(xué)科的融合，從幾何學(xué)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從系統(tǒng)的理論知識(shí)到實(shí)際動(dòng)手測(cè)量，從手工繪圖到計(jì)算機(jī)繪圖，從邏輯思維到形象思維，從設(shè)計(jì)到制造。不同教學(xué)內(nèi)容、不同層次學(xué)生，需要相應(yīng)的教學(xué)方法、手段。

基礎(chǔ)知識(shí)模塊偏重于理論講解，結(jié)合板書、多媒體課件和道具教學(xué)。對(duì)空間想象力差的學(xué)生借助于橡皮泥和三維動(dòng)畫，幫助想象理解。教學(xué)采用邊講邊練方式。

零件測(cè)繪模塊主要考察學(xué)生測(cè)繪能力，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法和分組教學(xué)法。通過已有產(chǎn)品如競(jìng)賽作品、企業(yè)提供或外購(gòu)的成品等，讓學(xué)生動(dòng)手拆裝、測(cè)繪。通過實(shí)際動(dòng)手，學(xué)生鞏固制圖知識(shí)、掌握測(cè)量工具使用，鍛煉手繪技能，初步了解設(shè)計(jì)理念。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是《機(jī)械CAX》課程核心模塊，以服務(wù)生產(chǎn)、社會(huì)的機(jī)械創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)為依托，學(xué)生綜合應(yīng)用已學(xué)知識(shí)通過設(shè)計(jì)軟件完成設(shè)計(jì)。教學(xué)初期，教師指導(dǎo)學(xué)生拆裝觀察已有產(chǎn)品，模仿設(shè)計(jì)，積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和熟悉軟件使用。教學(xué)中期，布置學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)特定功能的機(jī)構(gòu)，提高學(xué)生理論應(yīng)用于實(shí)踐的能力、局部設(shè)計(jì)能力和初步創(chuàng)新能力。教學(xué)后期，以解決實(shí)際生產(chǎn)、生活問題為目標(biāo)，讓學(xué)生完成機(jī)械創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)。教學(xué)采用分組教學(xué)，教師引導(dǎo)，學(xué)生交流討論。設(shè)計(jì)過程中，指導(dǎo)學(xué)生通過軟件干涉分析功能、動(dòng)畫仿真功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)。通過完整的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高學(xué)生綜合能力、全局設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力、軟件使用能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

設(shè)計(jì)能否轉(zhuǎn)化為好的產(chǎn)品，關(guān)鍵是能否制造、制造是否經(jīng)濟(jì)合理、工藝是否環(huán)保。計(jì)算機(jī)輔助制造模塊教學(xué)以企業(yè)常用的Mastercam軟件作為教學(xué)工具，采用案例教學(xué)法、對(duì)比教學(xué)法、仿真教學(xué)法。案例可以是先前設(shè)計(jì)的零件，通過計(jì)算機(jī)仿真制造過程，優(yōu)化零件設(shè)計(jì)和工藝。通過該模塊教學(xué)，學(xué)生綜合運(yùn)用金屬切削理論、加工工藝?yán)碚摵凸ぱb夾具等知識(shí)，加深設(shè)計(jì)和制造關(guān)聯(lián)認(rèn)識(shí)。

2.3 教學(xué)評(píng)價(jià)

《機(jī)械CAX》理論性、實(shí)踐性、創(chuàng)新性等特點(diǎn)決定教學(xué)評(píng)價(jià)的多元化?；A(chǔ)知識(shí)部分采用筆試加口試考核辦法，并結(jié)合計(jì)算機(jī)考證成績(jī)，以“證”促學(xué)。零件測(cè)繪等模塊，基于項(xiàng)目化教學(xué)，采用過程性考核、終結(jié)性考核和學(xué)科競(jìng)賽相激勵(lì)的考核方法。每個(gè)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)一定分值，由教師評(píng)價(jià)、學(xué)生自評(píng)和互評(píng)三部分按一定比例組成。不同的項(xiàng)目采用不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)，盡可能體現(xiàn)每個(gè)學(xué)生的長(zhǎng)處，提高學(xué)生自信和學(xué)習(xí)動(dòng)力。

3 《機(jī)械CAX》課程改革效果

通過對(duì)機(jī)械CAX相關(guān)學(xué)科集成融合、教學(xué)方法和教學(xué)評(píng)價(jià)的創(chuàng)新改進(jìn)，《機(jī)械CAX》課程改革取得了較好效果。

（1）由獨(dú)立的多門課融合為一門課，避免重復(fù)教學(xué)，縮短了學(xué)時(shí)，學(xué)生有更多時(shí)間參與第二課堂、第三課堂學(xué)習(xí)實(shí)踐。

（2）加強(qiáng)了學(xué)科間的聯(lián)系，提高學(xué)生工程系統(tǒng)能力。機(jī)械CAX是一個(gè)較完整的產(chǎn)品生命周期體系，從產(chǎn)品構(gòu)想到最終制造。產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生要考慮到后端的生產(chǎn)制造、可能失效形式。借助軟件的強(qiáng)大功能，優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)工藝。

（3）通過分模塊循序漸進(jìn)的項(xiàng)目訓(xùn)練和完整的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)、制造，學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識(shí)更扎實(shí)、學(xué)習(xí)信心更足、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力顯著提高。

（4）基于項(xiàng)目的分組教學(xué)，提高學(xué)生職業(yè)技能、職業(yè)素養(yǎng)、職業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

4 總結(jié)與展望

《機(jī)械CAX》課程是對(duì)機(jī)械CAX相關(guān)學(xué)科的有效融合，針對(duì)不同知識(shí)模塊，采用相應(yīng)的教學(xué)方法、手段和教學(xué)評(píng)價(jià)體系。通過課程改革提高學(xué)生創(chuàng)新能力、設(shè)計(jì)能力、制造能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。CAX課程教學(xué)離不開計(jì)算機(jī)軟件支撐和實(shí)踐意義的項(xiàng)目。軟件發(fā)展日新月異、產(chǎn)品創(chuàng)新永無休止，指導(dǎo)教師要關(guān)注前沿技術(shù)，不斷學(xué)習(xí)，提高技術(shù)水平和綜合能力。

《機(jī)械CAX》課程改革是系統(tǒng)工程，需要頂層設(shè)計(jì)和相關(guān)學(xué)科老師打破學(xué)科壁壘，通力合作，改革進(jìn)一步發(fā)展方向是引入支持協(xié)同設(shè)計(jì)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）系統(tǒng)和產(chǎn)品生命周期管理（PLM）系統(tǒng)。

[1]錢宇強(qiáng).現(xiàn)代信息技術(shù)融合“模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及CAX"課程教學(xué)實(shí)踐探討[J].中國(guó)信息界，2010，（8）：46－47．

[2]謝青云.計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)應(yīng)用的探討[J].裝備制造技術(shù)，2006，（4）：140－141．

[3]汪小華.CAX技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)踐研究[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2012，（2）：9－10．

[4]高紅英，劉軍旭，袁驚滔.CAD與機(jī)械制圖“融合式”教學(xué)改革的探討[J].成都工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，（4）：82－85．

[5]吳擎，楊揚(yáng)，夏俊芳，等.三維CAD動(dòng)態(tài)建模輔助工程制圖教學(xué)的方法[J].大學(xué)教育，2015，（9）：161－162．

Exploration and Practice of Mechanical CAX Curriculum Construction

SUN Ke－rui，YE Ju-feng
（Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology，Hangzhou Zhejiang 311231，China）

Through the research and Analysis on the teaching of mechanical CAX related subjects，the integrated mechanical CAX curriculum is innovatively constructed，which combines the multidisciplinary contents of modern engineering graphics，computer graphics，mechanical CAD/CAM，mechanical innovation design and other disciplines.According to the characteristics of the course，the student level differences and personnel training requirements，the teaching reform includes the planning and design of teaching content，the explorationof a variety of teaching methods，the establishment of multiple teaching evaluation system，which achieves better results.

mechanical CAX；mechanical innovation design；teaching reform

G642

A

1672-545X（2016）09-0222-03

2016-06-13

浙江省高職教育研究會(huì)課題《機(jī)械CAX課程教學(xué)模式的研究與實(shí)踐》

孫克銳（1979-），男，安徽全椒人，碩士，工程師，主要從事機(jī)電一體化、數(shù)控技術(shù)教學(xué)研究。