計算機輔助設計技術教學方法研究

吳恩啟 仲梁維 駱艷潔 陳彩鳳

摘 要 計算機輔助設計技術是高校工科專業的一門重要專業基礎課，也是理論和實踐相結合的一門課。制造業水平和計算機技術的不斷發展，對本課程提出了越來越高的要求。如何提高學習效率，為社會培養符合實際需要的工程設計人員，是授課教師面臨的一個課題。在多年教學經驗的基礎上，提出了三結合一利用的方法，在實際工作中起到了良好的效果。

關鍵詞 計算機輔助設計 教學方法 工程設計

中圖分類號：TP39文獻標識碼：A

Research on Teaching Method of CAD Technology

WU Enqi, ZHONG Liangwei, LUO Yanjie, CHEN Caifeng

(College of Mechanical Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093)

Abstract CAD technology is an important course for engineering students in colleges. It is a combination of theory and practice. With the development of manufacturing and computer technology, increasing demands is proposed to the course. How to improve learning efficiency and develop engineering and technical staff for the community is a project to the teachers. A method is presented based on the teaching experience, and it played a good effect in practice.

Key words CAD; teaching method; engineering design

0 序言

計算機輔助設計指利用計算機和相關設備及其軟件系統幫助設計人員進行設計工作，如產品的建模、分析、模擬、評價、修改、決策等。通過計算機輔助設計，可使設計過程走向半自動化和自動化。它不僅可以大大縮短設計周期、降低成本、節省人力物力，而且可以提高設計的質量。①因此計算機輔助設計是現代制造業必不可少的一門技術。

計算機輔助設計技術是高校工科專業的一門重要課程。根據專業的具體情況，各學校采用的教材和講授內容也不盡相同。有的以CAD的理論為重點，有的則把計算機繪圖作為主要內容。近年來隨著CAE的發展，計算機輔助工程的部分內容也開始進入課堂。計算機輔助設計技術作為上海理工大學的精品課程，應該與時俱進，不斷改革，及時吸收新的知識并教授給學生。②③為了提高學生學習的積極性和學習效率，本文提出了關于計算機輔助設計技術教學改革方面的一些想法，簡稱“三結合一利用”。

1 結合學生已學知識，講授CAD理論

計算機輔助設計技術課程內容主要包括CAD的基本知識、計算機圖形學知識、幾何造型原理、有限元理論等相關知識。知識點非常多，單靠死記硬背不但不能掌握，而且會感到枯燥乏味。只有深入理解，熟練運用，才能夠達到目的。這就跟其他基礎課程有所區別。

計算機輔助設計技術作為專業基礎課，一般放在大學三年級進行。大三的同學通常已經學習完了本科所要求的所有基礎知識，如數學、力學、機械原理等知識以及一些高級語言編程的知識。在學習本課程時，要改變過去的學習方法和學習思路，將學生已經學過的知識結合在本課程中，對CAD輔助設計的相關理論進行講述。通過已經掌握的知識，加強對本課程的理解和學習。

計算機圖形學知識中，圖形變換是較難理解的一部分內容。一方面與線性代數結合緊密，公式比較多，另一方面和圖形理論交叉，單純的文字或圖形難以理解。可以結合高級語言，通過編程演示圖形變換的效果，增強學生的感官認識。例如，二維圖形旋轉變換公式：

[ ]= [ ]（1）

利用VB，編制程序界面，如圖1所示。通過改變旋轉角度，可以非常清晰的講述圖形旋轉的效果。而編制程序的過程，需要將公式轉變為代碼，這就是原理學習和掌握的過程。

而在有限元理論講述過程中，結合材料力學知識進行。利用有限元分析軟件計算材料力學的習題，并比較計算結果，可以更直觀的理解有限元理論。

2 結合三維建模軟件，使學生理解CAD知識

常用的三維軟件有Solidworks、UG、Pro/Engineer和CATIA等，可以說這些軟件也是計算機輔助設計技術應用的范例。在教授本課程時可以和三維軟件的學習結合進行。課程中的理論知識可以提高建模軟件的學習效率，而建模軟件的學習可以反過來增強對CAD理論的掌握和理解。

在講述投影變換章節時，可以結合三維建模軟件對平行投影的主視圖、左視圖、俯視圖的變換公式進行，如圖2所示。通過簡單的實例，就可以將復雜的公式講解的非常清楚。同時可以發揮同學們制圖知識，理解建模軟件三維模型轉成二維工程圖的相關原理。

3 結合新技術和科研項目，論述CAD用途

計算機輔助設計技術是一門應用性很強的課程，為了激起同學們的學習興趣，應該在授課過程中，通過相關的科研成果或科研項目來展現本課程的用途和優勢。例如在講授幾何造型技術時，展示和某企業共同開發的產品模型管理系統，在講授發展趨勢時，展示我們團隊開發的虛擬培訓系統。通過科研實例的展示，激起了同學們的學習熱情。

計算機技術在不斷的發展，學生也會通過其他渠道獲取新的知識。因此也要求我們教師不斷更新講義，及時補充最新的知識。另外，教師本人也需要進行不斷的研究和創新，以掌握領域內的最新進展。教學和科研是相輔相成的，通過科研可以促進計算機輔助設計理論的學習，理論知識的豐富反過來可以指導科研的創新。

4 利用多媒體和網絡，提高授課效率

為了最大化的將相關知識展現在課堂上，應充分利用現代教學手段。多媒體在高校教學工作中應用越來越廣泛。其優勢在于圖、文、聲、像、動畫、視頻的有機結合，它著力表現一般教學手段不易表達的內容，展示現場觀察不清楚的細節，將抽象的概念轉化為生動活潑的畫面，使課堂教學直觀易懂，易于接受和理解。采用“多媒體課件”展開教學，能夠充分地利用課堂時間，在有限的時間內擴大知識容量。如果只講述理論知識，同學們會感到枯燥無味。結合動畫或視頻的演示，一方面可以加深學生對所講課程的理解，另一方面可以活躍課堂氣氛。

同時，由于網絡的發展，通信工具和交流方法越來越多。除了面對面交流外，也通過校內的ftp、郵件以及qq和同學交流。由于年輕人更傾向于新潮的方式，所以有時候利用qq進行交流，會取得更好的效果。

總之，計算機輔助設計技術課程是一門多學科課程，涵蓋了大量的理論知識，對教師的教學經驗和專業知識要求都很高。為了提高教學效率，應打破的傳統的傳承式教學模式，通過不斷的教學改革和探索，充分利用教育資源，使單一的課堂講授向多樣化的教學方式轉變，努力調動學生的主動性和積極性，提高課堂的學習效率。

項目資助：教育部特色專業建設項目（TS10222）；上海市重點課程建設項目（計算機輔助機械設計）

注釋

① 仲梁維,張國全.計算機輔助設計與制造[M].北京:中國林業出版社,2006.

② 吳恩啟,陳彩鳳,杜寶江等.《計算機輔助設計》教學方法探索[J].中國教育導刊,2008(5):72-73.

③ 劉秀萍,楊愛鑫.高校非計算機專業計算機課程教學探討[J].教育與職業,2009(17):185-186.