CAD/CAM課程“虛實結合”實踐教學體系的改革與實踐

摘 要：針對目前機械CAD/CAM課程教學過程中存在“重理論，輕實踐；虛擬多，實戰(zhàn)少”等一系列問題，結合CAD/CAM課程特點和應用技術型人才培養(yǎng)的目標，中國石油大學勝利學院機械制造實訓中心本著“實用、夠用、能用、會用”和“以實為本，虛實結合、能實不虛”的原則，從教學內(nèi)容、教學方法、教學環(huán)境等環(huán)節(jié)展開了深入的研究和改革，構建了以培養(yǎng)學生綜合分析能力和工程應用能力的開放式實踐平臺、建立了“多元化”的實踐評價體系，探索出了一種“軟硬件結合，能實戰(zhàn)不虛擬”的實踐教學體系，保障CAD/CAM實踐教學的有效開展，并已取得初步成效。

關鍵詞：CAD/CAM；虛實結合；實踐教學改革；實驗評價

隨著CAD/CAM技術在企業(yè)中的推廣應用，CAD/CAM技術已經(jīng)滲透到社會發(fā)展的各個領域，有力地推動了國際制造業(yè)的發(fā)展。熟練掌握與運用CAD/CAM技術已成為工程師不可或缺的一項專業(yè)技能，同時也成為衡量企業(yè)綜合實力的重要標志。因此，為我國的現(xiàn)代化建設培養(yǎng)一大批在CAD/CAM上有成就的人才就成為當今應用型本科院校機械類專業(yè)的一項重要任務[ 1 ]。

近年來，國內(nèi)大學教學圍繞“計算機輔助設計與制造”（CAD/CAM）課程的實踐教學進行了一系列的研究，為培養(yǎng)具有較強的實踐能力并能與理論結合的復合型人才做出了貢獻[ 2-3 ]。但實踐教學改革任重道遠，進一步研究如何有效地培養(yǎng)學生的動手實踐能力、綜合分析能力和工程應用能力仍具有重要意義。為此，展開軟件結合、能實不虛的實踐教學改革顯得尤為重要。本文作者經(jīng)過長期的實踐探索和經(jīng)驗總結，從CAD/CAM教學內(nèi)容、教學方法、開放式實踐平臺和考核方法等方面做出了有效改革并取得了良好效果，為機械類專業(yè)學生在工程思維的培養(yǎng)、專業(yè)操作技能提高等綜合能力的形成奠定了良好的基礎。

1 “虛實結合”教學體系的改革

CAD/CAM課程是一門理論性和實踐性都很強的綜合性課程，涉及的學科眾多、內(nèi)容廣泛，給教學工作帶來了一定的難度[ 4 ]。在理論教學方面，由于該課程設計到的教學內(nèi)容多、面廣，在有限的學時內(nèi)，教師很難講全面、講透徹。很多章節(jié)的只能是點到為止，根本沒有時間讓學生討論交流，學生只是被動的接收碎片式的理論知識，不利于激發(fā)學生學習的主動性和積極性。在實驗教學方面，雖然多數(shù)高校已設置虛擬仿真實驗室，學生可以利用計算機軟件實現(xiàn)產(chǎn)品的結構設計到加工制造整個流程的虛擬仿真，但這樣的教學模式只停留在軟件虛擬制造環(huán)節(jié)，并沒有真正操作機床進行產(chǎn)品的加工制造，學生的動手能力和創(chuàng)新思維得不到實物實踐的訓練和驗證，不能實現(xiàn)“教、學、做”為一體，不能切實的培養(yǎng)學生解決工程實際問題的能力。此外，實驗教學受到設備、場地、師資、安全等條件的限制，不能采用與企業(yè)完全相同的全“實”的產(chǎn)品制造方式進行實驗教學，制約了學生的動手能力、分析和解決實際工程問題等綜合能力的培養(yǎng)。

1.1 “復合化”、“模塊化”教學體系

應用型本科專業(yè)有著共同的特點，它們的培養(yǎng)目標就是為行業(yè)或區(qū)域經(jīng)濟社會培養(yǎng)有可持續(xù)發(fā)展的應用型人才。這類人才應具有適用的理論基礎、較強的動手能力和一定的技術開發(fā)與創(chuàng)新能力。因此本著“實用、夠用、能用”的原則，對CAD/CAM教學內(nèi)容進行改革，剔除過時、理論性強的內(nèi)容。把傳統(tǒng)的“哪些內(nèi)容我要講授”（以知識輸入為導向）轉變?yōu)椤澳男┠芰撌墙虒W進程的最終成果”（以知識輸出為導向），并將理論教學和實踐教學均圍繞這些“能力”進行復合化、模塊化改造。將CAD/CAM教學內(nèi)容按照專業(yè)能力發(fā)展需求進行了有機整合，形成模塊，打通理論與實踐教學環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)，致力達到的綜合分析能力和工程應用能力的培養(yǎng)和發(fā)展。

1.2 “虛實結合、能實不虛”的實踐教學平臺

由于受到而機床成本、場地、安全性等因素的制約，許多高校都存在數(shù)控設備匱乏與CAD/CAM技術的實踐之間的矛盾，盡管多數(shù)高校建立了虛擬仿真實驗室但軟件所構建的虛擬加工環(huán)境終究無法有效解決實際加工中存在的問題。

我院在培養(yǎng)具有專業(yè)應用技能型人才過程中，積極轉變實踐教學觀念，大力加強實踐教學的現(xiàn)代化、信息化建設，將微型數(shù)控機床引入到了CAD/CAM的實踐課堂，建立了微型數(shù)控實驗室，搭建了“虛實結合、能實不虛”的實踐教學平臺。微型數(shù)控機床可通過USB接口與電腦上的控制軟件進行通訊，其控制軟件可讀取MasterCAM軟件生成的G代碼，獲得操作指令，執(zhí)行相應的加工動作，操作方式完全模擬大型數(shù)控機床。微型數(shù)控機床體積小、功率低、運動慣性小，不易造成人身傷害。

在“虛實結合”實踐環(huán)境中，學生在掌握理論知識的前提下，從虛擬加工環(huán)境中觀察生成的刀位軌跡是否合理可行，初步形成認知技能和操作要領，并將這些技能進一步應用到產(chǎn)品實際加工中去。學生既可充當工程師運用AutoCAD、SolidWorks、UG、MasterCAM等軟件進行產(chǎn)品設計和實驗仿真模擬，又可以作為操作工操作微型數(shù)控機床完成產(chǎn)品的實際加工。通過設置大量新穎性和開放性的實驗項目激發(fā)學生實踐熱情，真正的讓學生從“被動參與”轉變?yōu)椤爸鲃訉嵺`”，從而強化學生的動手能力和工程實踐能力，讓學生化“心靈”為手巧，全面提升學生CAD/CAM技術方面的綜合素質(zhì)。

1.3 多維立體式考核評價體系

針對CAD/CAM傳統(tǒng)考試模式單一、功能片面，注重考核對知識的靜態(tài)記憶和虛擬操作，忽視學生實踐能力培養(yǎng)的現(xiàn)狀，構建了面向實踐過程和實踐能力的考核機制，基本思路是：

1）采取過程考核與集中考核相結合。過程考核主要從平時表現(xiàn)、作品加工難度和質(zhì)量等方面加強對學生實驗實踐技能的培養(yǎng)和監(jiān)督；集中考核主要采取階段性測試、小組自選項目集中答辯等方式加強對學生的綜合素質(zhì)和自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和考核。

2）堅持規(guī)定項目和自主探究項目相結合。規(guī)定項目主要是培養(yǎng)學生的專業(yè)實踐技能，夯實操作基本功；同時，鼓勵學生結合工程難題，成立興趣小組，自主探究和研發(fā)新型產(chǎn)品并加工試制，以培養(yǎng)和鍛煉其工程意識和創(chuàng)新能力。

3）拓展多樣化的實踐能力提升途徑，如鼓勵學生刷新自選項目作品難度值、定期科技創(chuàng)新競賽、鼓勵學生參與教師的科研項目、進企業(yè)頂崗實習等途徑提升學生實踐能力。

4）建立三方共同參與的綜合考核小組。該考核小組有教師、學生和企業(yè)工程師組成，從不同的維度對學生的實踐能力和工程應用能力進行全面客觀的立體化考核。

5）打通認證考試通道全面考核學生專業(yè)綜合素質(zhì)和實踐能力。與國家信息化工程師崗位技能認中心及SolidWorks工程師認證建立聯(lián)系，掛牌設置考點，學生自由選擇認證考試種類，證明自己的專業(yè)技能。

2 教學改革實施效果

通過教學改革實踐CAD/CAM課程教學質(zhì)量有了明顯的提升，主要體現(xiàn)在：

1）通過建立“虛實結合”微型數(shù)控實驗室，變“虛擬仿真”為“實際加工”。學生能夠真正的自己動手操作機床加工作品，全面了解整個加工流程，不僅培養(yǎng)了工程意識，鍛煉了分析和解決工程問題的能力，也激發(fā)了學習熱情和自發(fā)設計和加工作品的主動性，變“被動參與”為“主動實踐”，取得了教學的學習效果。反饋調(diào)查顯示，95%的學生基本掌握了數(shù)控編程與制造的關鍵技術點。

2）優(yōu)化整合CAD/CAM課程知識點，剔除過時、不實用的教學內(nèi)容，構建了復合化、模塊化教學新體系。各模塊之間既相互聯(lián)系又相互獨立，每個模塊都有各自的主題和特定的能力培養(yǎng)目標。這種新的教學體系，系統(tǒng)性、邏輯性、實用性更強，教與學的質(zhì)量更容易把控，更重要的是學生可以根據(jù)自己的基礎和發(fā)展方向對教學內(nèi)容有的放矢。

3）改變傳統(tǒng)以考試為中心，一卷定高低的評價方式，建立多維立體式考核評價體系。堅持規(guī)定項目和自選創(chuàng)新項目相結合讓學生可以根據(jù)自己的興趣和特長，在

3 結語

針對目前CAD/CAM教學現(xiàn)狀存在的問題，本文從教學內(nèi)容、教學方法、教學環(huán)境等環(huán)節(jié)展開了深入的研究和改革，構建了以培養(yǎng)“工程應用能力”為主線的“層次化、模塊化”教學體系，搭建了“虛實結合、能實不虛”的開放式實踐平臺，探索出了多維立體式考核評價體系，解決了理實孤立、虛擬實踐、一張考卷定高低等突出問題。

參考文獻：

[1] 張紅蕾，袁鐵軍，黃曉峰.CAD/CAM技術模塊化實踐教學體系研究[J].中國科技信息，2012（20）.

[2] 鄧敏和，梁式.CAD /CAM 綜合實驗的實踐與思考[J].實驗科學與技術，2006（2） ：67-68.

[3] 胡義剛，沈永剛.CAD /CAM 綜合性訓練的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2008，27（6） ：131-135.

[4] 廖敏.《機械CAD /CAM》教學改革實踐[J].實驗科學與技術，2007，5（6）：74-76.

作者簡介：

尹曉麗（1985-），女，山東東營人，博士生，講師，中國石油大學勝利學院機械工程系主任，從事機械工程、石油裝備等方面的教學與科研工作。