基于項目教學法的機械CAD/CAM課程改革初探

陳 榮

(陜西廣播電視大學理工教學部,陜西 西安 710119)

隨著計算機技術和信息技術的發展,CAD/CAM技術在全球迅速普及開來。對制造業來說,CAD/ CAM技術是提高產品設計品質和制造品質、縮短產品開發周期,降低產品開發成本的強有力手段,已成為企業贏得市場的制勝法寶。

目前,高職類院校機械類專業都相繼開設了“機械 CAD/CAM”這門課程。這門課程具有綜合性強、實踐性強的特點。傳統教育中這門課程只是與一般專業課或專業基礎課一樣進行教學,即教師按照教材進行操作命令講解,學生在機房學習軟件操作。這種模式以教師為中心,學生被動地完成任務,課程結束后學生也只是提高了軟件操作的熟練程度,沒有真正掌握 CAD/CAM技術。很多學生到工作崗位之后都反映在學校學得太少、太淺、不會解決實際問題等。針對這些問題,我校機電教研室在機械 CAD/CAM課程中引入項目教學法,調動了學生的積極性和主動性,提高了其自學能力和解決問題的能力。

一、項目教學法的特點

項目教學法是以學生的自主性、探索性學習為基礎,以培養學生綜合能力為目標,采用類似科學研究的方法,師生通過共同實施一個完整的“項目”而進行教學活動。在職業教育中,項目是指以生產一件具體的、具有實際應用價值的產品為目的任務,能將某一教學課題的理論知識和實際技能結合在一起,具有一定的難度,不僅是對已有知識、技能的應用,而且還要求學生運用新學習的知識、技能解決過去從未遇到過的實際問題。

二、項目數學法在機械CAD/CAM課程中的應用

(一)確定實訓項目及任務

項目教學法就是要借助具體的項目進行教學活動,使學生獨立完成學習過程。因此,項目的確定是該教學法成敗的關鍵,要求項目的可實踐性強,完成項目過程的可操作性強,要讓學生能根據自己掌握的專業知識和自己具備的認知水平、認知能力完成或至少能初步完成,使學生在完成整個項目的過程中實現從感性認識到理性認識的飛躍,并能為完成相似的項目積累經驗和培養能力。

根據教學大綱有關知識技能的要求,經過認真斟酌,課程項目選用機械行業比較典型的減速器來實現CAD/CAM應用,具體任務是應用UGNX5.0軟件實現一級圓柱齒輪減速器的幾何造型和箱體加工,減速器如圖1所示。

圖 1 一級圓柱齒輪減速器

該項目體現了如下特點:

1.基本包括了全部教學內容

項目內容包括各零部件的幾何造型,裝配,工程圖的生成,上、下箱體及其組合加工等,幾乎涵蓋了本門課稱的全部教學內容。

2.難度適中并能適當拓寬學生的知識面

既有對以前所學知識的進一步鞏固,又滲透了新知識。使學生運用已有知識、技能解決過去從未遇到過的實際問題。在項目中包含了以前課程中沒講過的內容,直口齒輪參數化設計、螺紋加工、箱體夾具設計等。

3.綜合性強,覆蓋面寬

本門課程在教學計劃中安排在最后階段,學生已經學完了大部分專業課,該項目涉及學生所學過的大部分專業知識,如機械制圖、機械設計基礎、機械制造基礎、數控加工技術等。通過完成這個項目,學生可綜合應用已學過的知識。

4.學生對教學內容既熟悉又有興趣

對于減速器學生比較熟悉。在機械設計基礎課程設計中已經完成了減速器實物模型的測繪及設計,在機械制造課程中也接觸過,但如何應用 CAD/CAM技術實現三維造型和加工,學生對此有著強烈的興趣。

5.具有廣泛的實際應用價值

減速器用于汽車、礦山機械、冶金機械、化工機械、建筑機械、輕工機械等各種機械的傳動,應用比較廣泛,是典型的機械傳動裝置。

(二)項目的具體實施

該項目的實施過程包括如下四個階段:

1.準備階段

(1)布置本次實訓要完成的項目、實訓目的、要求和具體任務。任務按UG提供的功能模塊布置,共有四個模塊:零件幾何造型、零部件裝配、工程圖創建、數控加工。

(2)教師與學生一起分析減速器工作原理和零部件的特點,畫出減速器的零件組成結構,確定所屬模塊圖,如圖 2所示。

(3)將學生分成幾個小組,每組 3-5人,以小組為單位制定項目實施計劃,包括確定完成任務的方法、步驟、時間安排和每個人的具體任務分工;教師與各組學生一起修改完善實施計劃,最后確定計劃。

(4)準備好資料、手冊等。

(5)確定減速器各零部件尺寸,由各組使用自己課程設計的圖紙進行三維造型、裝配。

2.實施階段

項目實施按模塊進行,分成四個步驟:

(1)在UG實體模塊中進行零件幾何造型;

(2)在組裝模塊中,裝配軸部件和整個減速器;

(3)在工程圖模塊中,創建箱體工程圖;

(4)在加工模塊中,對箱蓋、箱座和其組件進行數控加工。

3.描寫實訓報告

編寫實驗報告是整個教學的重要組成部分。它是制作者制作思想的體現,是項目成果的文字表達,也是學生撰寫技本性文件能力的體現,因此,它是培養學生分析、總結、歸納和表達能力的重要方面。從課程開始時就應提醒學生將整個工作情況記人草稿本內,完成時將草稿豐的內容整理歸納后編寫正式的實驗報告。根據本課程和項目特點,實訓報告要求學生在計算機上完成,通過抓圖和使用Word軟件,學生的計算機應用能力可得到很大提高。

(三)項目教學法實施過程中應注意的幾個問題

在機械 CAD/CAM課程中應用項目教學法,應重視以下幾個問題:

1.鼓勵學生自己解決問題

當學生遇到困難和新知識時,鼓勵學生自己解決,教師可以適當引導,提高學生在一定范圍內學習新知識、新技能的能力。如在項目中遇到齒輪的參數化設計內容,學生以前從未接觸過,感到無從下手,教師只講解決這類問題的關鍵點,然后引導和啟發學生自己去查資料,運用已有知識去解決問題。學生通過自己努力掌握了參數化設計的方法,完成了齒輪參數化設計并生成族表,各組又獨立完成了其他標準件庫的建立,學生體會到了戰勝困難和自己獲取新知的樂趣,也學會了學習。

2.采用“一題多解”形式

在零件幾何造型和加工中,有多種方法可以實現,每一種方法不管難易都應該展示給學生,再由教師與學生共同評價各種方法的優缺點及適用范圍,這樣學生可以學到更多的操作技巧,全面吸收整個項目活動的精髓。如對于箱體零件造型有三種方法:第一種是整體造型再分割的方式;第二種是用箱座、箱蓋分別造型的方式進行;第三種是將箱座、箱蓋相關部分及共有部分集中造型,余下結構分開造型。這三種方式各有優缺點,整體造型方式造型方便,但形成箱座、箱蓋的模型數據較大,其中包含有不是本體的數據(即箱座含有箱蓋的數據,反之亦然);分體造型方式造型相對較為繁瑣,但數據量合適;第三種造型方式綜合了前兩種造型方式的優點。經過與學生分析比較,決定采用第三種方式。

3.與生產實際緊密結合

學生對所學知識真正能融會貫通,需要到生產實際中通過體驗和感性認識而內化知識和技能。在加工模塊教學進行箱體加工時,學生對箱體在數控機床上的裝夾和工藝參數的選擇感到茫然。教師可利用現場錄像或者讓學生帶著問題到實習工廠觀察有關箱體加工,如箱體如何定位、如何夾緊,夾具的形式,壓板和螺栓的形狀,加工的整個過程等。這樣,學生對以前所學的知識及其應用有了更深的理解。

4.教師指導要恰到好處

項目教學法的根本宗旨是讓學生自己發現知識、提高技能,因此,教師一定要把握好指導尺度。在完成項目的過程中要因材施教,針對不同層次的學生教師指導的深度要有所不同。如果學生有問題,教師應該給予啟發性、提示性指導,不但使學生記憶深刻,還能鍛煉學生的思維,培養其創新能力。

項目教學法有其獨特的優勢,它體現了職業教育教學的特征。在機械 CAD/CAM課程中采用項目教學法激發了學生的學習興趣,使學生在整個學習過程中充滿熱情。通過參與項目,學生理解了知識,學會了操作,提高了分析問題和解決問題的能力,培養了團隊精神和合作能力。

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