探索“模具CAD/CAM”課程的創(chuàng)新教學(xué)模式與考核方式改革

摘 要：模具制造作為現(xiàn)代制造業(yè)的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于汽車、航空、電子等多個行業(yè)。隨著智能制造和工業(yè)4.0的快速發(fā)展，模具設(shè)計與制造專業(yè)人才的需求持續(xù)增長。然而，當(dāng)前“模具CAD/CAM”課程在教學(xué)中仍存在理論為主、實踐機會不足、設(shè)備更新緩慢、教學(xué)內(nèi)容滯后等問題。本文分析了“模具CAD/CAM”課程本科教學(xué)的現(xiàn)狀，提出虛擬仿真、校企合作、項目制教學(xué)、教師培訓(xùn)等創(chuàng)新教學(xué)模式以及課程考核方式改革措施，探討了如何通過教學(xué)模式創(chuàng)新和考核方式改革提升“模具CAD/CAM”課程的整體教學(xué)效果，培養(yǎng)具有現(xiàn)代模具設(shè)計與制造能力的復(fù)合型人才。

關(guān)鍵詞：模具CAD/CAM；本科教學(xué)；創(chuàng)新教學(xué)模式；考核方式

1 概述

模具制造作為現(xiàn)代制造業(yè)的核心組成部分，其設(shè)計與加工技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車、航空、電子、醫(yī)療等多個行業(yè)［1］。隨著智能制造技術(shù)的快速發(fā)展，模具設(shè)計與加工領(lǐng)域?qū)θ瞬诺囊笠踩找嫣岣?，要求學(xué)生不僅要具備扎實的理論基礎(chǔ)，還需要具備實際操作的能力。然而，當(dāng)前“模具CAD/CAM”課程的教學(xué)模式仍然以傳統(tǒng)的理論教學(xué)為主，學(xué)生的實踐機會相對較少，教學(xué)內(nèi)容也難以跟上行業(yè)技術(shù)的更新。

此外，隨著工業(yè)4.0的推進(jìn)，企業(yè)對從事模具設(shè)計和加工的工程師要求更加多樣化，不僅要求其掌握傳統(tǒng)制造工藝，還要熟悉智能制造、數(shù)字化管理及現(xiàn)代化加工設(shè)備的操作與維護(hù)。這對高校的課程設(shè)置和教學(xué)模式提出了新的挑戰(zhàn)，迫切需要進(jìn)行教學(xué)改革，以培養(yǎng)適應(yīng)時代需求的高素質(zhì)模具設(shè)計與制造人才。

2 現(xiàn)狀分析

目前，本科院校的“模具CAD/CAM”課程仍以理論教學(xué)為主，課堂講授側(cè)重設(shè)計、加工原理及數(shù)控編程，學(xué)生主要接觸二維圖紙、三維模型及軟件操作，缺乏實踐機會，難以直觀理解加工問題。受設(shè)備和課時限制，實踐教學(xué)有限，尤其是五軸數(shù)控機床等先進(jìn)設(shè)備因昂貴復(fù)雜難以普及，影響對現(xiàn)代加工技術(shù)的掌握。同時，設(shè)備更新滯后，仍以基礎(chǔ)機床為主，難以覆蓋智能制造、增材制造等前沿技術(shù)，導(dǎo)致學(xué)生所學(xué)與企業(yè)需求脫節(jié)。傳統(tǒng)教學(xué)模式枯燥、互動性差，學(xué)生被動接受知識，學(xué)習(xí)興趣不高，實踐能力不足。此外，部分教師缺乏生產(chǎn)經(jīng)驗，難以融入實際案例，教學(xué)內(nèi)容滯后，進(jìn)一步加劇理論與實踐的脫節(jié)。

3 “模具CAD/CAM”課程的教學(xué)模式創(chuàng)新與考核方式改革

3.1 增強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)

3.1.1 引入虛擬仿真軟件

引入虛擬仿真軟件是增強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重要手段，有助于彌補本科院校實踐教學(xué)資源不足的問題。目前，Mastercam、PowerMill、HyperMill等專業(yè)仿真軟件以及斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件，在模具設(shè)計與加工中應(yīng)用廣泛，尤其在復(fù)雜的五軸數(shù)控加工仿真、驗證及機床操作培訓(xùn)方面具有較強的功能。這些軟件不僅涵蓋二維、三維數(shù)控編程，還能實現(xiàn)動態(tài)仿真、碰撞檢測、刀具軌跡優(yōu)化等功能，使學(xué)生能夠在安全、可控的環(huán)境中熟悉加工過程。通過虛擬仿真，學(xué)生可以在計算機上完整模擬數(shù)控加工的全過程，包括刀具路徑生成、切削過程分析、工件最終成型效果評估等。同時，軟件提供的多軸加工仿真功能，使學(xué)生能夠直觀理解五軸聯(lián)動加工的復(fù)雜運動軌跡，并學(xué)習(xí)不同加工策略的應(yīng)用，提高加工編程能力。此外，軟件還能模擬各種實際生產(chǎn)中的問題，如刀具干涉、工件變形、裝夾穩(wěn)定性等，幫助學(xué)生在上機實操前發(fā)現(xiàn)潛在錯誤，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

相比傳統(tǒng)教學(xué)，虛擬仿真軟件減少了對實體設(shè)備的依賴，降低了實踐教學(xué)成本。通過該類軟件可以提供更豐富的案例教學(xué)，讓學(xué)生在有限的教學(xué)資源條件下反復(fù)練習(xí)不同的工藝方案，提升動手能力。同時，虛擬仿真還能突破時間和場地的限制，使學(xué)生能夠隨時隨地開展自主學(xué)習(xí)，增強學(xué)習(xí)主動性。結(jié)合實際設(shè)備的操作，虛擬仿真軟件不僅能提高教學(xué)效率，還能幫助學(xué)生更快地適應(yīng)企業(yè)的實際生產(chǎn)環(huán)境，從而實現(xiàn)從理論到實踐的高效銜接。

3.1.2 應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬仿真和虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)為“模具CAD/CAM”課程提供了創(chuàng)新的教學(xué)手段。在完成虛擬仿真后，學(xué)生可以通過VR設(shè)備沉浸式體驗加工過程。使用VR頭戴設(shè)備，學(xué)生可以以第一人稱視角觀察刀具的運動，仿佛親身操作數(shù)控機床，有助于學(xué)生更深入地理解加工過程。VR技術(shù)的互動性可使學(xué)生在虛擬環(huán)境中實時調(diào)整模型，如修改尺寸、優(yōu)化結(jié)構(gòu)等，從而提升設(shè)計質(zhì)量。與傳統(tǒng)的二維模型展示相比，VR可以幫助學(xué)生更好地理解復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)和加工要求。參考文獻(xiàn)［2］中的學(xué)者的研究表明，VR技術(shù)顯著提高了學(xué)生的空間理解力和實踐能力。張宇航［3］提出將VR技術(shù)應(yīng)用于CAD/CAM課程的混合式教學(xué)研究中。此外，VR還能模擬真實的機床操作場景，結(jié)合力反饋裝置，幫助學(xué)生感受加工過程中的力學(xué)變化，這不僅彌補了實際設(shè)備的不足，還能在安全環(huán)境中進(jìn)行操作訓(xùn)練，降低了設(shè)備損耗和錯誤風(fēng)險。虛擬仿真與VR技術(shù)的結(jié)合，不僅增強了學(xué)生的實踐體驗，還為模具設(shè)計與制造課程的教學(xué)改革提供了有力的支持。

3.2 更新課程內(nèi)容，緊跟行業(yè)發(fā)展

3.2.1 引入新技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容

“模具CAD/CAM”的課程內(nèi)容需要與時俱進(jìn)，緊跟行業(yè)發(fā)展，確保學(xué)生能夠掌握現(xiàn)代模具設(shè)計與制造的前沿技術(shù)，以適應(yīng)企業(yè)的實際需求。當(dāng)前，智能制造、增材制造（3D打?。?、數(shù)字孿生等新興技術(shù)正廣泛應(yīng)用于模具行業(yè)，因此，在“模具CAD/CAM”課程設(shè)計和教學(xué)中應(yīng)主動融入這些技術(shù)，使學(xué)生不僅理解其基本原理，還能掌握其在模具設(shè)計與加工中的具體應(yīng)用［46］。例如，智能制造涉及數(shù)據(jù)驅(qū)動的生產(chǎn)優(yōu)化、自動化加工和實時監(jiān)測，可通過案例分析和軟件模擬讓學(xué)生直觀了解如何利用大數(shù)據(jù)、人工智能優(yōu)化加工工藝，提高生產(chǎn)效率。通過優(yōu)化課程內(nèi)容，并結(jié)合理論講解、仿真模擬與實際操作，能夠有效提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，使其在未來就業(yè)中更具競爭力。

3.2.2 企業(yè)合作課程開發(fā)

為了使課程內(nèi)容更加貼近實際生產(chǎn)需求，高?？梢耘c模具制造企業(yè)合作，共同開發(fā)教學(xué)內(nèi)容和案例。學(xué)?？梢匝埾嚓P(guān)模具設(shè)計制造企業(yè)專家參與授課，講解企業(yè)實際生產(chǎn)中的模具設(shè)計與加工案例，并將學(xué)生設(shè)計的模具應(yīng)用于企業(yè)實際生產(chǎn)中。企業(yè)也可以提供最新的技術(shù)和設(shè)備，使學(xué)生接觸到前沿的模具設(shè)計和加工技術(shù)。這種校企合作模式不僅能夠增強學(xué)生對企業(yè)需求的理解，使課程內(nèi)容與企業(yè)需求相結(jié)合，還能幫助他們更好地將理論知識應(yīng)用于實際工作中，學(xué)生能夠獲得更好的實習(xí)和就業(yè)機會，增強職業(yè)能力。此外，企業(yè)專家參與教學(xué)，也可以提升教師的專業(yè)素養(yǎng)和行業(yè)理解，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提升。

3.3 推行項目制教學(xué)

項目制教學(xué)是一種以學(xué)生為中心、以項目為載體的教學(xué)模式［7］。在“模具CAD/CAM”課程中，教師可以通過設(shè)立實際的模具設(shè)計與加工項目，讓學(xué)生分組合作，完成從設(shè)計到加工的全過程。項目制教學(xué)能夠?qū)⒗碚搶W(xué)習(xí)與實際操作相結(jié)合，通過項目實踐，學(xué)生不僅能提高動手能力，還能學(xué)會解決實際問題，培養(yǎng)團隊協(xié)作能力和項目管理能力。通過以下具體實施步驟實現(xiàn)：（1）項目選題，教師可以根據(jù)實際生產(chǎn)需求，設(shè)立多個模具設(shè)計與加工項目，要求學(xué)生根據(jù)不同的應(yīng)用場景設(shè)計模具，并進(jìn)行數(shù)控編程和加工；（2）設(shè)計階段，學(xué)生使用NX等三維設(shè)計軟件，設(shè)計模具結(jié)構(gòu)，并生成數(shù)控加工路徑；（3）數(shù)控編程與仿真，學(xué)生將設(shè)計文件導(dǎo)入虛擬仿真軟件，進(jìn)行數(shù)控編程和加工模擬，確保加工路徑正確，工件成型符合要求；（4）項目匯報與展示，學(xué)生在完成項目后，進(jìn)行匯報展示，詳細(xì)闡述設(shè)計思路、數(shù)控編程過程以及加工結(jié)果。

3.4 教師培訓(xùn)與實踐能力提升

為了使教師能夠緊跟模具制造行業(yè)的發(fā)展動態(tài)，學(xué)校應(yīng)定期組織教師參加行業(yè)培訓(xùn)和技術(shù)交流活動。通過與企業(yè)專家、技術(shù)人員的互動，教師可以及時了解最新的模具設(shè)計與加工技術(shù)，并將其融入教學(xué)中。此外，教師還可以通過參與企業(yè)的項目研發(fā)，獲得更多的實際生產(chǎn)經(jīng)驗，并將這些經(jīng)驗傳授給學(xué)生。學(xué)校還應(yīng)該出臺相應(yīng)措施鼓勵教師積極參與科研活動和技術(shù)開發(fā)項目，提升其科研能力和實踐經(jīng)驗。通過參與科研項目，教師不僅能夠提升自身的專業(yè)素養(yǎng)，還能為學(xué)生提供更多的實際案例和項目指導(dǎo)。

3.5 考核方式創(chuàng)新改革

3.5.1 多維度考核體系的建立

傳統(tǒng)的課程考核方式主要以期末筆試為主，缺乏對學(xué)生實際操作能力、項目管理能力、團隊合作能力等多維度的考核。為應(yīng)對當(dāng)前教學(xué)需求的變化，“模具CAD/CAM”課程的考核方式應(yīng)從單一的理論考試逐漸轉(zhuǎn)向多維度、多環(huán)節(jié)的綜合考核。該體系應(yīng)包括以下幾個維度。

3.5.1.1 理論與實踐結(jié)合考核

在“模具CAD/CAM”課程中，考核應(yīng)兼顧理論知識與實踐操作。理論部分仍然可以通過期末考試來評估學(xué)生對模具設(shè)計與數(shù)控加工原理的理解，但不應(yīng)占據(jù)過高的比例。實踐部分可以通過課程中的操作項目、虛擬仿真練習(xí)、設(shè)計文件提交等方式進(jìn)行考核。這不僅可以考查學(xué)生的操作技能，還可以檢查他們對模具設(shè)計的完整理解和創(chuàng)新能力。

3.5.1.2 項目式考核

結(jié)合項目制教學(xué)，可以將考核方式與學(xué)生在課程中所完成的項目掛鉤。通過設(shè)置實際項目任務(wù)，讓學(xué)生分組設(shè)計、編程并仿真加工，考核不應(yīng)局限于結(jié)果，還應(yīng)關(guān)注項目的過程管理、團隊合作、問題解決能力等。具體的考核指標(biāo)可以包括：設(shè)計方案的合理性與創(chuàng)新性；數(shù)控編程的正確性與效率；加工模擬的精確度與安全性；團隊合作與項目管理的表現(xiàn)。

3.5.1.3 動態(tài)考核與持續(xù)評估

將考核貫穿整個學(xué)期的學(xué)習(xí)過程中，而非集中在期末。這種動態(tài)考核方式可以包括：課上討論、階段性設(shè)計報告、操作演示、虛擬仿真作業(yè)、進(jìn)度匯報等。學(xué)生在完成每個環(huán)節(jié)后提交作業(yè)或報告，教師對學(xué)生的進(jìn)步進(jìn)行持續(xù)跟蹤和反饋，從而幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不斷改進(jìn)。動態(tài)考核的優(yōu)勢在于其能夠促使學(xué)生自發(fā)地投入持續(xù)學(xué)習(xí)與改進(jìn)過程中。通過不斷的反饋機制，學(xué)生可以更快發(fā)現(xiàn)自身的薄弱環(huán)節(jié)，并加以改進(jìn)。此外，動態(tài)考核有助于培養(yǎng)學(xué)生的獨立研究能力，使其在未來工作中具備解決復(fù)雜問題的思維方式與能力。

3.5.2 引入創(chuàng)新性考核方式

3.5.2.1 電子檔案和過程性評估

鼓勵學(xué)生在整個課程過程中建立電子檔案（EPortfolio），記錄他們在模具設(shè)計和數(shù)控加工過程中的學(xué)習(xí)成果、反思和改進(jìn)點。電子檔案可以包括設(shè)計草圖、編程過程截圖、仿真操作視頻等，這種方式不僅有助于教師進(jìn)行全過程評估，還可以促使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中反思，提升學(xué)習(xí)效果。

3.5.2.2 應(yīng)用基于問題的考核方式

基于問題的學(xué)習(xí)（Problem Based Learning，PBL）已經(jīng)被證明是一種行之有效的教學(xué)方法［8］。在“模具CAD/CAM”課程中，教師可以設(shè)定實際生產(chǎn)中的問題，要求學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)提出解決方案并進(jìn)行模擬驗證。通過這種考核方式，教師不僅能夠考核學(xué)生解決問題的能力，還能夠評估他們的創(chuàng)新能力和思維深度。

3.5.2.3 在線平臺與實時考核

隨著信息化技術(shù)的普及，越來越多的課程引入了在線學(xué)習(xí)和考核平臺?！澳＞逤AD/CAM”課程也可以通過在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)（LMS）進(jìn)行部分考核內(nèi)容的分發(fā)與評定［9］。比如，在線測驗、虛擬仿真操作作業(yè)上傳、遠(yuǎn)程項目展示等。在線平臺的實時性使得考核更加靈活，并且學(xué)生的每次練習(xí)和操作記錄都能被系統(tǒng)追蹤，從而為教師的評價提供更多數(shù)據(jù)支持。

3.5.3 考核方式的個性化和靈活性

考慮到每位學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格和能力水平的差異，考核方式的設(shè)計應(yīng)具有一定的個性化和靈活性，可以允許學(xué)生在特定范圍內(nèi)選擇考核項目，如選擇五軸加工或三軸加工項目，或是選擇不同類型的模具設(shè)計案例。這樣不僅能滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，也能激發(fā)他們在擅長領(lǐng)域中發(fā)揮自己的優(yōu)勢。

3.5.4 實施中的挑戰(zhàn)與對策

盡管創(chuàng)新性的考核方式能夠有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗與能力，但在實施過程中也可能面臨一定的挑戰(zhàn)，如考核標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一、教師負(fù)擔(dān)加重等。為解決這些問題，學(xué)校應(yīng)加強教師隊伍的培訓(xùn)，使其能夠熟練掌握新型考核方式的設(shè)計與評估方法。此外，借助信息化工具，如在線考核平臺和數(shù)據(jù)分析軟件，可以大大減輕教師的考核負(fù)擔(dān)，提高考核的公平性與效率。

結(jié)語

在“模具CAD/CAM”課程中，通過引入虛擬現(xiàn)實和虛擬仿真技術(shù)，不僅可以有效提升學(xué)生的實踐能力和學(xué)習(xí)興趣，還能彌補傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)備與方法的不足。同時，教學(xué)考核方式的創(chuàng)新改革，包括多維度考核、項目制評估和過程性考核等，能夠更加全面地評估學(xué)生的綜合素質(zhì)與能力，為他們未來的職業(yè)發(fā)展打下堅實基礎(chǔ)。未來，隨著智能制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，高校還需要不斷調(diào)整課程內(nèi)容和教學(xué)方式，緊跟行業(yè)發(fā)展，為社會培養(yǎng)更多具備創(chuàng)新能力和實踐能力的高素質(zhì)人才。

參考文獻(xiàn)：

［1］李和平，吳霞.現(xiàn)代模具行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢綜述［J］.商場現(xiàn)代化，2007（3）：257.

［2］LIN X Y，SU X B.The Application of Virtual Reality Technology in Teaching Reform［J］.Advanced Technology in Teaching，2012，163：149156.

［3］張宇航.開放大學(xué)CAD/CAM課程混合式教學(xué)研究［J］.電大理工，2021（2）：6871.

［4］于佳濱，王非石，文天蔣，等.模具的智能化制造研究進(jìn)展［J］.中國塑料，2024（7）：100105.

［5］雷學(xué)鵬.3D打印技術(shù)在塑料模具制造中的應(yīng)用與創(chuàng)新方法［J］.網(wǎng)印工業(yè)，2024（10）：8890.

［6］朱姚，郭巍，劉小銳，等.基于數(shù)字孿生的注塑模具監(jiān)控系統(tǒng)研究［J］.機床與液壓，2024（16）：1320.

［7］王慧，李長永，趙洋，等.新工科視域下項目制教學(xué)在卓越工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的實踐探索［J］.華北水利水電大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2024（5）：103107.

［8］喬連全.論基于問題的學(xué)習(xí)［J］.江西教育科研，2002（4）：810.

［9］陶蘭.高校學(xué)習(xí)管理平臺上的教師教學(xué)行為與教學(xué)信念研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2018.

作者簡介：呂濱江（1983— ），男，漢族，山東青島人，博士研究生，副教授，研究方向：材料成型與控制工程。