獨立學(xué)院機械類專業(yè)CAD/CAM技術(shù)課程教學(xué)改革與實踐

楊敏　趙建平　王力　蔡隆玉

摘 要 數(shù)字化設(shè)計與智能制造是當今制造業(yè)發(fā)展的趨勢，機械類專業(yè)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)也應(yīng)與行業(yè)發(fā)展的需求相適應(yīng)。CAD/CAM技術(shù)課程建設(shè)與改革的目標是讓學(xué)生建立起符合工程技術(shù)應(yīng)用要求的現(xiàn)代制造技術(shù)知識體系，將面向制造的設(shè)計理論與工程實踐工具相結(jié)合，通過工程實踐的訓(xùn)練激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)。

關(guān)鍵詞 CAD/CAM；機械類專業(yè)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）20-0089-03

Reform and Practice of Teaching in CAD/CAM Technology Course of Mechanical Specialty in Independent Institute//YANG Min， ZHAO Jianping， WANG Li， CAI Longyu

Abstract The development trend of manufacturing industry is Digital design and intelligent manufacturing， and the training of applied undergraduates in mechanical specialty should be adapted to the needs of the industry development. The goal of the CAD/CAM technology course construction and reform is to enable students to establish the knowledge system of modern manufacturing technology requirements of engineering application， the design for manufacturing theory combines with the engineering practice tools， through engineering practice training to stimulate students learning interest， at the same time cultivate students engineering quality.

Key words CAD/CAM； mechanical specialty； teaching reform

1 前言

隨著全球工業(yè)化發(fā)展轉(zhuǎn)型以及信息技術(shù)的快速發(fā)展，計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）已成為當前制造業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)保障。我國提出的“中國制造2025”戰(zhàn)略，其關(guān)鍵在于工業(yè)化與信息化的深度融合。在這個進程中，制造企業(yè)越來越多地重視產(chǎn)品的技術(shù)革命和創(chuàng)新，建立自己的設(shè)計研發(fā)團隊，將國際先進的技術(shù)成果吸收轉(zhuǎn)化成為具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。這就需要培養(yǎng)一批學(xué)習(xí)和掌握CAD/CAM技術(shù)原理、方法，并具有工程素養(yǎng)的技術(shù)人員，以適應(yīng)我國制造業(yè)發(fā)展的需求[1]。

2 機械類專業(yè)CAD/CAM課程現(xiàn)狀

為了適應(yīng)高等工科教育向應(yīng)用型人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)型的發(fā)展趨勢，在機械類專業(yè)中越來越多注重工程素養(yǎng)和專業(yè)技能的課程建設(shè)。高等院校普遍開設(shè)先進制造技術(shù)或機械CAD/CAM技術(shù)課程教學(xué)已有近20年。

第一類最早開設(shè)CAD/CAM技術(shù)課程的是一些高等職業(yè)教育類院校，其特點是突出計算機輔助制造CAM類軟件在加工制造中的運用，滿足一段時期制造環(huán)節(jié)由機械化向計算機數(shù)控轉(zhuǎn)變的人才需求[2]；

第二類則是在原有工程制圖和CAD繪圖的基礎(chǔ)上，增加三維設(shè)計的教學(xué)與實踐內(nèi)容，與機械類專業(yè)后續(xù)的課程形成有效聯(lián)系[3-4]；

第三類強調(diào)先進制造技術(shù)的理論傳授，系統(tǒng)闡述CAD/CAM技術(shù)原理和現(xiàn)代制造技術(shù)的基本理論，為學(xué)生提供良好的理論基礎(chǔ)；

第四類是近年來應(yīng)用型本科院校在CAD/CAM課程改革教學(xué)中注重軟件運用，通過校企合作，形成以企業(yè)為主體、市場為導(dǎo)向、校企合作的機械CAD/CAM技術(shù)課程創(chuàng)新體系，發(fā)揮了產(chǎn)學(xué)研對課程的促進作用，實現(xiàn)學(xué)生專業(yè)技能與企業(yè)需求的對接，逐漸地，CAD/CAM技術(shù)成為一門綜合性課程[5-6]。

獨立學(xué)院機械類專業(yè)本科人才培養(yǎng)在轉(zhuǎn)型要求的背景下，CAD/CAM技術(shù)作為應(yīng)用與理論緊密聯(lián)系的課程，也得到越來越多同類院校的重視。但是在課程建設(shè)與教學(xué)過程中仍存在一些值得探討的問題：

1）每個學(xué)校或者專業(yè)的CAD/CAM技術(shù)的課程教學(xué)目標各有不同，開展教學(xué)改革的視角和人才培養(yǎng)的定位決定了課程的教學(xué)目標，如何合理安排課程在人才培養(yǎng)方案中的位置值得進一步探討；

2）由于實踐應(yīng)用領(lǐng)域的不同，該課程的教學(xué)內(nèi)容及側(cè)重點也存在較大差異，如何讓學(xué)生理解和掌握CAD/CAM技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的作用及其蘊含的工程思想，值得深入探討；

3）CAD/CAM技術(shù)的綜合性導(dǎo)致該課程的課時并不能滿足理論和實踐教學(xué)的需求，無法讓學(xué)生對工程實踐全面了解，如何能夠做到讓課程教學(xué)符合工業(yè)技術(shù)發(fā)展需求，這也對課程建設(shè)提出更高的要求。

3 機械類CAD/CAM課程目標

CAD/CAM技術(shù)的特點在于借助計算機圖形運算實現(xiàn)圖形的可視化、程序化和動態(tài)化，其技術(shù)基礎(chǔ)是計算機圖形學(xué)和工程圖形學(xué)。因此，該課程與機械類專業(yè)必修的工程制圖之間存在必然聯(lián)系。根據(jù)制造業(yè)發(fā)展的需求，制定機械類CAD/CAM課程目標時，首先應(yīng)該給學(xué)生建立產(chǎn)品制造的系統(tǒng)概念，再通過講解軟件使用，為學(xué)生建立軟件作為建模工具，準確表達設(shè)計信息，便于實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的交換與管理的工程化設(shè)計思想。確定機械類CAD/CAM課程目標，該課程在人才培養(yǎng)方案知識體系中的位置也將發(fā)生相應(yīng)變化，理論與實踐相結(jié)合環(huán)節(jié)更為豐富，對教學(xué)方式提出新的要求，與其他專業(yè)課程的關(guān)系也更為密切。endprint

4 教學(xué)改革的具體措施

明確課程的定位 課程的定位反映一門課程在專業(yè)知識體系中與其他課程的聯(lián)系。因此，要明確機械類CAD/CAM課程的定位，就應(yīng)該注重數(shù)字化CAD/CAM工具在現(xiàn)代機械產(chǎn)品制造過程中發(fā)揮的作用，才能明確課程的定位及其在課程體系中起到的作用，進而確定其與基礎(chǔ)課程和專業(yè)方向課程之間的關(guān)系。

經(jīng)過對南京理工大學(xué)紫金學(xué)院機械類專業(yè)中各專業(yè)方向畢業(yè)生多年的跟蹤調(diào)查和對行業(yè)發(fā)展的調(diào)研，得出圖1所示理論知識體系與CAD/CAM技術(shù)及其應(yīng)用關(guān)系。從圖中看出，機械類專業(yè)從公共基礎(chǔ)課程中的工程制圖開始，就已經(jīng)引入CAD技術(shù)建立數(shù)字化產(chǎn)品模型；在顯示的模型中卻由于圖形數(shù)據(jù)格式的不同而包含了不同的信息，這些信息與圖形之間的聯(lián)系被定義來用于表達工藝信息，這樣數(shù)字化的模型就與制造工藝建立了聯(lián)系；產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的各方面信息由于產(chǎn)品制造過程中尺寸的測量，為機械類基礎(chǔ)課程中的公差與測量、逆向設(shè)計等提供實踐平臺；產(chǎn)品實體模型所包含的材料信息被用于計算機輔助分析（CAE），與工程材料、模具設(shè)計等課程建立起聯(lián)系；制造過程中根據(jù)產(chǎn)品數(shù)字模型建立制造過程仿真模型，與機械制造工藝類課程密切相關(guān)。

CAD/CAM技術(shù)中的綜合性還體現(xiàn)在該技術(shù)作為產(chǎn)品數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，可以與相關(guān)專業(yè)課程進一步交叉融合，形成服務(wù)于虛擬樣機的機電一體化系統(tǒng)仿真模型和服務(wù)于工業(yè)生產(chǎn)過程管理的生產(chǎn)過程仿真模型，并作為相關(guān)專業(yè)課程的應(yīng)用實踐工具基礎(chǔ)。因此，CAD/CAM課程的定位應(yīng)該是作為專業(yè)課程與通識課程之間的應(yīng)用實踐工具，成為應(yīng)用能力培養(yǎng)過程中承上啟下的一門綜合性課程，讓學(xué)生形成對CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用的全局觀念。

優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

1）教學(xué)內(nèi)容要點明CAD/CAM技術(shù)給工業(yè)帶來的變革，系統(tǒng)闡述該項技術(shù)的任務(wù)、應(yīng)用和發(fā)展，建立起數(shù)字化設(shè)計與制造的概念。CAD/CAM技術(shù)不僅是對理論的介紹或軟件應(yīng)用的訓(xùn)練，重要的是通過案例的教學(xué)，傳授給學(xué)生如何運用軟件表達出設(shè)計的工程思想。這些工程思想的表現(xiàn)不僅體現(xiàn)在用軟件繪制的圖形本身，還包括圖形的建模過程中所蘊含的工程意義，從而滿足現(xiàn)代制造體系中對數(shù)字化圖形模型的分析、仿真、管理和系統(tǒng)化的工程應(yīng)用。

2）在安排機械類專業(yè)CAD/CAM技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容時，將理論課程與實踐教學(xué)分別設(shè)置，理論課程集中授課，實踐教學(xué)的開展則根據(jù)學(xué)生興趣和專業(yè)涉及的行業(yè)不同而由學(xué)生自主選擇應(yīng)用的軟件。當前主流的CAD/CAM軟件都在向產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計和制造的集成化方向完善，具有代表性的商業(yè)軟件，包括西門子的NX，達索公司的CATIA、SolidWorks，

PTC公司的Cero。通過建立模型的練習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生對機械產(chǎn)品進行三維建模的技能，不僅是對機械制圖課程的延伸，更是將產(chǎn)品設(shè)計與制造過程中強調(diào)基準與配合的工程思想貫穿于建模的全過程。

3）通過演示案例將抽象的理論知識和先進制造的概念具體地展現(xiàn)出來，讓數(shù)字化的建模工具成為基礎(chǔ)課程與專業(yè)應(yīng)用課程之間的紐帶，為后續(xù)的應(yīng)用類課程提供良好的鋪墊。CAD/CAM技術(shù)中建立實體模型是CAE、CAM和CAPP等工程應(yīng)用的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。因此，僅僅培養(yǎng)學(xué)生的三維建模能力是不夠的，還需要進一步介紹建模的軟件工具在工程領(lǐng)域中的具體應(yīng)用。如面向機械設(shè)計領(lǐng)域，將機械原理的典型機構(gòu)用CAD/CAM軟件的運動仿真進行直觀演示；將三維設(shè)計同逆向工程的應(yīng)用相結(jié)合，通過實例演示，深化學(xué)生認知數(shù)字模型對信息的重建和幾何信息的傳遞與繼承的重要特點等。

應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教學(xué)方法改革 應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教學(xué)目標是讓學(xué)生學(xué)習(xí)必要的技能和運用知識的能力，從而適應(yīng)社會發(fā)展的需要。

1）在教學(xué)過程中發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，強調(diào)學(xué)生主體參與，軟件由學(xué)生根據(jù)專業(yè)和個人興趣在提供的建模軟件中選擇；

2）強調(diào)學(xué)生的因材施教和分層次教學(xué)，建立不同的學(xué)習(xí)小組加以指導(dǎo)，形成對建模過程中方法和思路的差異進行討論的研討式教學(xué)；

3）邀請企業(yè)工程師開設(shè)專業(yè)講座，為學(xué)生提供更多的工程應(yīng)用感性認識；

4）重視課堂教學(xué)與課外活動和實踐活動相結(jié)合，如建立興趣小組，鼓勵學(xué)生運用軟件表達自己的設(shè)計和創(chuàng)意，從而帶動整體學(xué)習(xí)風(fēng)氣和學(xué)習(xí)興趣。

改革考核方式 CAD/CAM軟件實現(xiàn)的是一種工程師語言，通過這個語言達到互相溝通設(shè)計思想的目的，而不能把學(xué)會軟件使用作為教學(xué)的最終目的。對這些軟件的運用不能僅僅停留在操作層面，而是需要通過使用軟件表達自己的設(shè)計思想、設(shè)計思路、設(shè)計成果。課程的考核通過以下兩種方式進行。

1）為了培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識能力，考核的項目在學(xué)生分組的前提下結(jié)合課程設(shè)計或?qū)W科競賽的項目，引導(dǎo)學(xué)生提出設(shè)想，并綜合運用所學(xué)知識去實現(xiàn)。將小組團隊的綜合應(yīng)用成果的評價作為課程考核的依據(jù)，從而體現(xiàn)重視解決問題的思維能力，引導(dǎo)學(xué)生注重對自身分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)。

2）鼓勵學(xué)生參加相關(guān)軟件的應(yīng)用工程師考核，由于認證考核具有一定難度，但通過考核取得相關(guān)的軟件認證又可以為就業(yè)增加能力證明，用認證替代課程考試成績的方式進行考核。

重視“雙師型”師資隊伍建設(shè) 機械CAD/CAM教學(xué)成果的優(yōu)劣取決于師資質(zhì)量，由于機械CAD/CAM應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛和深入性，要求教師具備一定的實踐經(jīng)驗，才能更好地講授相關(guān)課程的內(nèi)容。這就要從兩個方面來提高教師的綜合能力：一方面讓教師走出去參與行業(yè)相關(guān)培訓(xùn)，把教學(xué)與軟件使用過程中發(fā)現(xiàn)的問題、技巧、方法提出來共同探討，以便提高教學(xué)水平和軟件應(yīng)用能力；另一方面，需要建立校企合作關(guān)系，相關(guān)專業(yè)教師需要走出去參與企業(yè)課題，通過合作縮短教學(xué)與實際工作的距離，及時掌握使用的新技術(shù)，不斷學(xué)習(xí)、充實自己，以便根據(jù)需要調(diào)整教學(xué)計劃，改進教學(xué)方法。同時可以將部分成熟案例融入教學(xué)中，實現(xiàn)案例驅(qū)動的教學(xué)機制，促使學(xué)生在應(yīng)用中掌握相關(guān)知識。

5 結(jié)語

隨著“中國制造2025”目標的推進，對CAD/CAM技術(shù)課程的要求將會更加具體和細致。因此，該課程的教學(xué)改革和探索將隨著專業(yè)領(lǐng)域知識的更新而提出更多新的要求，在教學(xué)實踐中需要緊密與實際相結(jié)合，重視教學(xué)內(nèi)容與行業(yè)應(yīng)用的銜接，鼓勵教師參與企業(yè)的工程實踐，積極收集和歸納總結(jié)行業(yè)應(yīng)用規(guī)范，不斷完善與理論基礎(chǔ)相適應(yīng)的工程實踐體系。

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