新工科背景下《模具CAD/CAM》多維度教學(xué)模式探析

耿保玉，胡杰珍

（廣東海洋大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，廣東 湛江 524088）

0 引言

為促進(jìn)我國(guó)從工程教育大國(guó)向工程教育強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變，并為我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展培養(yǎng)一批引領(lǐng)未來(lái)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的卓越工程科技人才，國(guó)家提出新工科建設(shè)戰(zhàn)略[1-2]。除了對(duì)新生工科專(zhuān)業(yè)和新興專(zhuān)業(yè)的增量補(bǔ)充外，對(duì)傳統(tǒng)現(xiàn)有專(zhuān)業(yè)的存量更新同樣是新工科建設(shè)和改革的重要環(huán)節(jié)[3]。《模具CAD/CAM》是材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)的重要課程，該課程將計(jì)算機(jī)技術(shù)、材料成型、模具設(shè)計(jì)和制造等專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行了深度地的融合，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，要求學(xué)生在掌握該課程理論知識(shí)與基本技能的基礎(chǔ)上，擁有運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)與基本技能解決實(shí)際問(wèn)題的能力[4-6]。在新工科理念指導(dǎo)下，應(yīng)用型本科的材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)應(yīng)通過(guò)信息化、智能化的改造和升級(jí)以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展需要，而《模具CAD/CAM》是模具設(shè)計(jì)加工方向數(shù)字化轉(zhuǎn)型和對(duì)接智能制造的重要課程[7-9]。

傳統(tǒng)的《模具CAD/CAM》課程一直是輕實(shí)踐、重理論的教學(xué)方式。教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于講解模具CAD/CAM 系統(tǒng)的硬件和軟件，以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理與分析理論和計(jì)算機(jī)圖形處理的基礎(chǔ)知識(shí)[10]。當(dāng)代工業(yè)真正需求的模具CAD/CAM 軟件應(yīng)用技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容比重卻偏小[11]，這不滿(mǎn)足應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求，無(wú)法適應(yīng)行業(yè)發(fā)展對(duì)于模具設(shè)計(jì)與制造的應(yīng)用型人才的需求。近年來(lái)在市場(chǎng)引領(lǐng)和新工科理念指導(dǎo)下，各高校開(kāi)始重視軟件操作實(shí)訓(xùn)[2,12]，注重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用專(zhuān)業(yè)CAD/CAM 軟件進(jìn)行模具建模設(shè)計(jì)和分析的能力，并在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生數(shù)控編程等加工方面的實(shí)踐能力，以期培養(yǎng)能夠適應(yīng)信息化和智能化模式的創(chuàng)新型模具設(shè)計(jì)加工技術(shù)人才。廣東海洋大學(xué)在推行《模具CAD/CAM》課程教學(xué)時(shí)，依然存在教學(xué)形式單一、教學(xué)資源缺乏以及專(zhuān)業(yè)知識(shí)與軟件應(yīng)用脫節(jié)等問(wèn)題，導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，學(xué)習(xí)效果不佳，影響了培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的效果。

1 現(xiàn)有教學(xué)存在的問(wèn)題

1.1 教學(xué)形式單一

教學(xué)形式單一表現(xiàn)在授課方法主要分2 種：一是軟件命令講解式教學(xué)；二是項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)。軟件命令講解式教學(xué)內(nèi)容碎片化，學(xué)生感受較為枯燥，無(wú)法激起學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，此外，學(xué)生缺少對(duì)產(chǎn)品和模具設(shè)計(jì)全局思考，難以實(shí)現(xiàn)成型理論知識(shí)與軟件操作深度融合。項(xiàng)目式教學(xué)法目的引導(dǎo)性強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣高[13-15]，但在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，學(xué)生對(duì)軟件命令的理解不深入和掌握不牢靠，面對(duì)不同項(xiàng)目時(shí)，難以做到舉一反三。

1.2 教學(xué)資源缺乏

教學(xué)資源缺乏主要表現(xiàn)在教材內(nèi)容具有局限性，網(wǎng)上資源匱乏、陳舊、參差不齊，不利于學(xué)生在課余時(shí)間復(fù)習(xí)和拓展學(xué)習(xí)。模具結(jié)構(gòu)種類(lèi)繁多，設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和要求差異性較大，學(xué)生僅依靠課堂訓(xùn)練，其自主解決實(shí)際問(wèn)題的能力未能得到充分鍛煉，無(wú)法滿(mǎn)足課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的多樣化需求，更無(wú)法滿(mǎn)足新工科人才培養(yǎng)對(duì)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的要求。

1.3 專(zhuān)業(yè)知識(shí)與軟件應(yīng)用脫節(jié)

專(zhuān)業(yè)知識(shí)與軟件應(yīng)用脫節(jié)主要體現(xiàn)在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，由于課時(shí)限制，學(xué)生對(duì)軟件不熟悉，需花費(fèi)較多時(shí)間在軟件操作上，再加上對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)掌握也不夠牢固，因此在有限的學(xué)時(shí)中難以將模具設(shè)計(jì)和制造的專(zhuān)業(yè)知識(shí)與軟件應(yīng)用深度融合，學(xué)習(xí)過(guò)程中更注重軟件的應(yīng)用，而不能將成型工藝知識(shí)應(yīng)用于建模和模具設(shè)計(jì)中。

因此，針對(duì)現(xiàn)有教學(xué)模式下的弊端和問(wèn)題，需對(duì)《模具CAD/CAM》課程進(jìn)行全方位的教學(xué)改革，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和自主學(xué)習(xí)能力，加強(qiáng)模具設(shè)計(jì)理論知識(shí)與軟件操作的融合，提高學(xué)生的設(shè)計(jì)實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)生的設(shè)計(jì)創(chuàng)新潛能。

2 教學(xué)改革內(nèi)容

《模具CAD/CAM》課程是材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)的核心課程，是該專(zhuān)業(yè)綜合知識(shí)應(yīng)用的集中體現(xiàn)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生模具CAD/CAM工程應(yīng)用的基本技能，并使學(xué)生能夠?qū)⑾刃薜牟牧铣尚屠碚?、模具設(shè)計(jì)、機(jī)械加工等理論知識(shí)與模具CAD/CAM 軟件結(jié)合，高效地進(jìn)行模具設(shè)計(jì)和制造。教學(xué)改革面向新工科背景下對(duì)模具設(shè)計(jì)人才綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的需求，通過(guò)線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)改革，項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)和命令講解式教學(xué)相結(jié)合，線(xiàn)上線(xiàn)下教學(xué)資源建設(shè)，多元考核評(píng)價(jià)體系構(gòu)建，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力。圖1 所示為《模具CAD/CAM》多維度教學(xué)模式改革路線(xiàn)。

圖1 模具CAD/CAM混合式教學(xué)及評(píng)價(jià)改革路線(xiàn)

2.1 多維度教學(xué)模式改革

為了增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，培養(yǎng)學(xué)生在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中的整體思考能力，教學(xué)方式由原來(lái)的單一線(xiàn)下教學(xué)改為線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)，由原來(lái) “項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)”或“命令講解式教學(xué)”的單一教學(xué)思維，改為項(xiàng)目引導(dǎo)式和命令講解并重的教學(xué)思維，實(shí)現(xiàn)四位一體的多維度教學(xué)。充分考慮項(xiàng)目式教學(xué)和命令講解式教學(xué)的局限性和教學(xué)實(shí)施特點(diǎn)，并結(jié)合線(xiàn)下教學(xué)和線(xiàn)上教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，多維度教學(xué)采用的線(xiàn)下教學(xué)以項(xiàng)目式教學(xué)為主，針對(duì)塑料模設(shè)計(jì)、沖模設(shè)計(jì)、級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)、NC 數(shù)控編程等不同教學(xué)模塊，分別由簡(jiǎn)入繁地引入2～4個(gè)項(xiàng)目，課堂中加強(qiáng)問(wèn)答和討論環(huán)節(jié)，促使學(xué)生對(duì)模具設(shè)計(jì)和加工編程訓(xùn)練完成“熟悉——理解——掌握——?jiǎng)?chuàng)新”的升華。由于線(xiàn)上教學(xué)靈活性大，多維度教學(xué)采用的線(xiàn)上教學(xué)以命令講解式教學(xué)為主。線(xiàn)上利用網(wǎng)絡(luò)和教師錄制的碎片化視頻，對(duì)各模塊軟件命令進(jìn)行逐個(gè)系統(tǒng)的講解，學(xué)生利用電腦或手機(jī)等互聯(lián)網(wǎng)工具，隨時(shí)隨地開(kāi)展軟件學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)。

2.2 教學(xué)資源建設(shè)

教學(xué)改革必備的基礎(chǔ)工作是構(gòu)建高質(zhì)量的教學(xué)資源。開(kāi)展線(xiàn)下項(xiàng)目式教學(xué)和線(xiàn)上命令講解式教學(xué)，必須有良好的教學(xué)3D素材和教學(xué)視頻資源作為支撐。教學(xué)改革針對(duì)項(xiàng)目式教學(xué)擬創(chuàng)建“塑料模設(shè)計(jì)項(xiàng)目”、“沖模設(shè)計(jì)項(xiàng)目”、“NC 編程項(xiàng)目”的3D素材；針對(duì)命令講解式教學(xué)擬創(chuàng)建“注射模向?qū)钤斀狻薄ⅰ肮こ棠Ｏ驅(qū)钤斀狻?、“?jí)進(jìn)模向?qū)钤斀狻?、“加工模塊命令詳解”等碎片化詳解教學(xué)視頻資源庫(kù)。

針對(duì)塑料模設(shè)計(jì)項(xiàng)目式教學(xué)，建設(shè)了“兩板?！?、“三板模”、“斜頂滑塊側(cè)抽芯?！钡捻?xiàng)目素材和教學(xué)視頻。針對(duì)沖模設(shè)計(jì)項(xiàng)目式教學(xué)，建設(shè)了“單工序落料?！薄ⅰ奥淞蠜_孔復(fù)合?！薄ⅰ皬澢讖?fù)合?！薄ⅰ俺尚卫钅！钡软?xiàng)目素材和教學(xué)視頻；針對(duì)級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)項(xiàng)目式教學(xué)，建設(shè)了“沖裁彎曲翻邊成形級(jí)進(jìn)?！?、“深拉深級(jí)進(jìn)?！钡软?xiàng)目的素材和教學(xué)視頻；針對(duì)NC 數(shù)控編程項(xiàng)目式教學(xué)，建設(shè)了“簡(jiǎn)單平面銑”、“復(fù)雜輪廓銑”等項(xiàng)目的素材和教學(xué)視頻。項(xiàng)目教學(xué)素材供線(xiàn)下教學(xué)訓(xùn)練和討論使用，并錄制系統(tǒng)的教學(xué)視頻供學(xué)生復(fù)習(xí)參考使用。創(chuàng)建的部分3D素材資源如圖2所示。

圖2 創(chuàng)建的CAD/CAM部分3D素材資源

由于各模具設(shè)計(jì)及加工編程模塊的命令復(fù)雜繁多，為使學(xué)生系統(tǒng)掌握并靈活選用軟件命令，對(duì)常用命令創(chuàng)建了相應(yīng)的3D 訓(xùn)練素材和詳細(xì)命令講解短視頻。注射模向?qū)Р糠珠_(kāi)展工件創(chuàng)建、型腔布局、分型面設(shè)計(jì)、模架選調(diào)、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、推桿設(shè)計(jì)、斜頂滑塊設(shè)計(jì)、開(kāi)模、標(biāo)準(zhǔn)件選調(diào)等命令的素材和講解視頻資源建設(shè)。沖模向?qū)Р糠珠_(kāi)展中間工步、條料工具、工位管理、模架及標(biāo)準(zhǔn)件選調(diào)、沖裁鑲件設(shè)計(jì)、彎曲鑲件設(shè)計(jì)、成形鑲件設(shè)計(jì)、翻邊鑲件設(shè)計(jì)等命令的素材和講解視頻資源建設(shè)。級(jí)進(jìn)模向?qū)Р糠珠_(kāi)展條料排樣設(shè)計(jì)、級(jí)進(jìn)模模架及標(biāo)準(zhǔn)件選調(diào)、讓位槽設(shè)計(jì)等命令的素材和講解視頻建設(shè)。NC編程模塊開(kāi)展刀具創(chuàng)建、幾何體創(chuàng)建、工序創(chuàng)建、編程視圖管理、后處理、車(chē)間文檔等命令的素材和講解視頻建設(shè)。軟件命令3D 素材供學(xué)生線(xiàn)上學(xué)習(xí)訓(xùn)練用，碎片化的命令詳解視頻供學(xué)生復(fù)習(xí)參考使用。創(chuàng)建部分視頻素材資源如圖3所示。

圖3 創(chuàng)建部分教學(xué)視頻資源

3 多元考核評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

多維度教學(xué)模式要求評(píng)價(jià)模式的多元化，應(yīng)兼顧不同的評(píng)價(jià)內(nèi)容與評(píng)價(jià)指標(biāo)，開(kāi)展多維度的評(píng)價(jià)。課程考核實(shí)行線(xiàn)上和線(xiàn)下雙重考核，整合了“過(guò)程考核”和“結(jié)果評(píng)價(jià)”。課程在平時(shí)考勤、課堂表現(xiàn)、作業(yè)、期末成績(jī)的基礎(chǔ)上，拓展評(píng)價(jià)內(nèi)容，增加線(xiàn)下項(xiàng)目式教學(xué)過(guò)程中理論與操作的融合能力評(píng)價(jià)，創(chuàng)新性思維評(píng)價(jià)等。多元化的評(píng)價(jià)體系既注重結(jié)果考核又體現(xiàn)了過(guò)程考核，既注重知識(shí)技巧的掌握評(píng)價(jià)又注重能力的評(píng)價(jià)。針對(duì)線(xiàn)下學(xué)習(xí)狀況的管控，主要是通過(guò)對(duì)學(xué)生的項(xiàng)目完成度和知識(shí)運(yùn)用的合理性和創(chuàng)新性進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)平時(shí)作業(yè)考查學(xué)生理論知識(shí)與軟件操作的融合度，重點(diǎn)參照大作業(yè)的完成程度給出線(xiàn)下的評(píng)價(jià)成績(jī)。在線(xiàn)上教學(xué)過(guò)程中，利用超星教學(xué)平臺(tái)針對(duì)線(xiàn)上學(xué)習(xí)內(nèi)容廣度、線(xiàn)上小作業(yè)完成質(zhì)量、線(xiàn)上知識(shí)點(diǎn)理解、線(xiàn)上線(xiàn)下學(xué)習(xí)進(jìn)度的協(xié)同性進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)線(xiàn)上平臺(tái)對(duì)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)效果、創(chuàng)新能力等方面進(jìn)行考核。針對(duì)線(xiàn)上學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)，該教學(xué)平臺(tái)可以跟蹤每一個(gè)學(xué)生線(xiàn)上學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)和線(xiàn)上測(cè)試結(jié)果以及線(xiàn)上作業(yè)完成狀況，制定線(xiàn)上成績(jī)?cè)u(píng)定的策略。最終匯總線(xiàn)上線(xiàn)下的成績(jī)，作為學(xué)生該課程的綜合成績(jī)。線(xiàn)上線(xiàn)下考核評(píng)價(jià)細(xì)則如表1所示。

表1 線(xiàn)上線(xiàn)下考核評(píng)價(jià)細(xì)則

4 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)《模具CAD/CAM》課程存在教學(xué)形式單一、教學(xué)資源少以及專(zhuān)業(yè)知識(shí)與軟件應(yīng)用脫節(jié)等問(wèn)題，造成學(xué)生學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性不高，學(xué)習(xí)效果不佳，嚴(yán)重限制了學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力的發(fā)展。在新工科背景下，通過(guò)豐富的教學(xué)資源支撐和多元化考核評(píng)價(jià)體系引領(lǐng)，利用線(xiàn)下項(xiàng)目式教學(xué)，培養(yǎng)了學(xué)生模具設(shè)計(jì)與制造的全局思維，促使了先導(dǎo)理論課程與模具CAD/CAM 的深度融合，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造能力；利用線(xiàn)上碎片化教學(xué)靈活性，開(kāi)展命令講解式教學(xué)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)軟件的主動(dòng)性，提升了學(xué)生對(duì)軟件操作掌握程度，培養(yǎng)了學(xué)生面對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的發(fā)散思維和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)的學(xué)生得到了企業(yè)的肯定。