淺議如何提高計算機輔助設(shè)計與制造課程教學(xué)效果

陶 征，高建設(shè)

（鄭州大學(xué) 機械工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）技術(shù)是20世紀(jì)制造領(lǐng)域最杰出的成就之一，其應(yīng)用水平已成為衡量一個國家科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志[1]1。當(dāng)前，在這一領(lǐng)域我國與發(fā)達(dá)國家相比還有著相當(dāng)大的差距，為了盡快縮短這一差距，培養(yǎng)大批CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用人才已成為我國高等院校的一項重要的任務(wù)。因此，CAD/CAM課程目前已是各高等工科院校相關(guān)專業(yè)（如機械、信息、電子技術(shù)等）本科培養(yǎng)方案中必不可少的專業(yè)主修課程。然而，CAD/CAM課程是一門綜合性的應(yīng)用技術(shù)課程，它具有知識密集、學(xué)科交叉和綜合性強的特點，因此，如何在有限的課時內(nèi)實現(xiàn)主次分明、重點突出的教學(xué)是該課程教學(xué)實踐當(dāng)中所面臨的一個非常現(xiàn)實的問題。為此，本文就如何提高CAD/CAM課程教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率進(jìn)行簡要探討。

一、CAD/CAM課程的特點

CAD/CAM課程是一門知識密集、學(xué)科交叉和綜合性強的應(yīng)用技術(shù)課程，在內(nèi)容上具有如下特點：

首先，知識涵蓋面廣。CAD/CAM作為一門綜合性應(yīng)用技術(shù)課程，主要涉及計算機輔助設(shè)計、計算機輔助制造、計算機輔助工程（有限元結(jié)構(gòu)分析、機構(gòu)運動仿真、優(yōu)化設(shè)計）和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等內(nèi)容，在知識結(jié)構(gòu)方面涵蓋了計算機圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、設(shè)計方法學(xué)、計算機軟硬件、有限元分析、接口技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等內(nèi)容[2]338。

其次，CAD/CAM課程教材內(nèi)容組織缺乏系統(tǒng)性。CAD/CAM課程涵蓋的知識分屬于不同的學(xué)科，內(nèi)容跨度較大，且相互獨立，又由于授課學(xué)時的限制。這在客觀上使得CAD/CAM課程在內(nèi)容的組織方面，很難系統(tǒng)、深入地介紹相關(guān)知識。

再次，課程內(nèi)容更新較快是CAD/CAM課程教學(xué)的一個突出特點[3]161。這是因為，CAD/CAM 技術(shù)作為當(dāng)今制造業(yè)最先進(jìn)的制造技術(shù)應(yīng)用，發(fā)展非常迅速。

二、CAD/CAM課程任課教師面臨的問題

首先，CAD/CAM課程作為一門本科生專業(yè)基礎(chǔ)課程，學(xué)時有限（一般為32個學(xué)時），教材內(nèi)容寬泛且不能系統(tǒng)講解，這就給教師的教學(xué)工作帶來一定的難度。因此，在教學(xué)過程中如何把握教學(xué)內(nèi)容，是該課程任課教師所面臨的一個挑戰(zhàn)。

其次，CAD/CAM課程是一門既有理論又具有很強實用性的專業(yè)課程，需要合理平衡理論教學(xué)內(nèi)容與實踐教學(xué)內(nèi)容。CAD/CAM課程的教學(xué)目的，除了要求學(xué)生系統(tǒng)地掌握CAD/CAM課程的基本理論和方法外，還要求他們熟練應(yīng)用 UG、PRO/E、Solidworks等應(yīng)用軟件，以獲取解決產(chǎn)品設(shè)計和制造問題的工程能力。然而，在教學(xué)過程中，如果教師過多注重講述抽象、晦澀難懂的基礎(chǔ)理論，則很難使學(xué)生對所學(xué)知識與生產(chǎn)實際建立起一種比較直觀的聯(lián)系，這勢必造成學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的下降，以至于不能達(dá)到該課程教學(xué)目的的要求[4]178；如果教師以軟件應(yīng)用操作介紹為主要講述內(nèi)容，忽視課程相關(guān)理論知識的講授，則不利于學(xué)生在未來工作中進(jìn)一步提升業(yè)務(wù)水平。因此，面對有限的教學(xué)課時，如何在CAD/CAM課中平衡理論教學(xué)與實踐教學(xué)的內(nèi)容，從而使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠獲得最佳的學(xué)習(xí)效果，是任課教師需要面對的另一個重要問題。

三、提高CAD/CAM課程教學(xué)效果的建議

針對CAD/CAM課程的特點，筆者就如何提高課堂教學(xué)效果達(dá)到教學(xué)目的提出如下幾點建議。

(一) 完善知識結(jié)構(gòu)

“師者，所以傳道授業(yè)解惑也”，良好的教學(xué)效果是建立在任課教師自身完善的知識結(jié)構(gòu)前提之下的。也就是說，一名合格的教師要有一定的知識儲備。CAD/CAM是一門知識密集、學(xué)科交叉和綜合性強的應(yīng)用技術(shù)課程，其知識內(nèi)容跨度較大，且相互獨立。故該課程任課教師應(yīng)努力提高自身在知識結(jié)構(gòu)方面的綜合素質(zhì)，完善自身的知識儲備。

另外，由于CAD/CAM技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展最為迅速的先進(jìn)制造技術(shù)，其內(nèi)涵和外延在不斷地發(fā)生變化[2]161。因此，任課教師要了解技術(shù)的發(fā)展動態(tài)，追蹤科技前沿，及時將相關(guān)技術(shù)融入課程教學(xué)，以使學(xué)生能迅速接受最新的技術(shù)信息，了解最新的科技成果，掌握最新科學(xué)技術(shù)的動向，開闊視野。

(二) 合理規(guī)劃課程體系

合理的課程體系規(guī)劃對于人才的培養(yǎng)有著至關(guān)重要的作用。學(xué)生要想真正理解和掌握綜合應(yīng)用極強的CAD/CAM技術(shù)，就必須通過一系列的課程學(xué)習(xí)才能實現(xiàn)。因此，為保證教學(xué)質(zhì)量，CAD/CAM課程體系的規(guī)劃應(yīng)是貫穿于大學(xué)本科四年的整個教學(xué)體系的規(guī)劃，并在機械設(shè)計、數(shù)控加工工藝與編程、機械制造技術(shù)、機械制造裝備設(shè)計等課程中突出并加強CAD/CAM技術(shù)的實際應(yīng)用，從而進(jìn)一步增強學(xué)生對CAD/CAM的感性認(rèn)識。

(三) 合理取舍教材內(nèi)容

當(dāng)前，高等院校為滿足社會需求而不斷增加新的學(xué)科，使得包括CAD/CAM課程在內(nèi)的一些專業(yè)基礎(chǔ)課的課時不可避免地遭到相應(yīng)的壓縮。這種現(xiàn)實矛盾勢必要求任課教師在課程的講授過程當(dāng)中，對相關(guān)內(nèi)容盡可能地作一些調(diào)整。也就是說，為了在有限的學(xué)時內(nèi)取得盡可能好的教學(xué)效果，就必須對教材內(nèi)容有所取舍。

但是，合理的取舍應(yīng)建立在對學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)的基礎(chǔ)之上[6]83。當(dāng)前，我國在高級專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)方面主要有兩種模式：(1) 以培養(yǎng)高級專門人才為目標(biāo)，培養(yǎng)具有廣博的知識，扎實的理論基礎(chǔ)，有一定的創(chuàng)新能力和廣泛適應(yīng)能力的高級人才的普通本科教育。(2) 以“實用性強，技能高、成本低”為發(fā)展特色，以培養(yǎng)高級技能型人才，提高學(xué)生在相關(guān)領(lǐng)域的職業(yè)技巧為主要教學(xué)任務(wù)的高職高專教育。因此，不同的教育模式有著不同的教學(xué)重點，教材內(nèi)容的取舍應(yīng)該具體問題具體分析，真正做到“看菜吃飯，量體裁衣”。

鑒于本文討論的是第一種教育模式，筆者認(rèn)為，為使學(xué)生具有廣博的知識，扎實的理論基礎(chǔ)，一定的創(chuàng)新能力和廣泛的適應(yīng)能力，教師應(yīng)對CAD/CAM的核心技術(shù)及基本理論，如圖形處理技術(shù)、建模技術(shù)及數(shù)控加工原理等教材重點內(nèi)容，進(jìn)行詳細(xì)、重點介紹；為了不使學(xué)生喪失學(xué)習(xí)積極性，教師可將“CAD/CAM軟件開發(fā)”及“工程數(shù)據(jù)庫”這兩部分內(nèi)容確定為自學(xué)內(nèi)容，只對疑難問題加以指導(dǎo)；除此之外，對于一些如敏捷制造、逆向工程、快速原型制造等專為拓展學(xué)生信息量而設(shè)置的一般性內(nèi)容，教師則完全可以通過學(xué)生自學(xué)的方式讓學(xué)生達(dá)到了解相關(guān)信息的目的?？傊ㄟ^上述處理，教師可以很好地平衡教學(xué)內(nèi)容過多與學(xué)時較少的矛盾，從而保證教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)，提高教學(xué)效率。

(四) 豐富教學(xué)方法

興趣是最好的教師，如果學(xué)生對CAD/CAM產(chǎn)生濃厚的興趣，那么學(xué)習(xí)就會取得事半功倍的效果。然而，傳統(tǒng)的“滿堂灌”教學(xué)模式是提高學(xué)生學(xué)習(xí)CAD/CAM課程興趣的最大羈絆。為此，我們要打破傳統(tǒng)教學(xué)模式的束縛，盡可能地增強學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，加強師生互動，充分調(diào)動教、學(xué)雙方的主動性[5]64。具體做法是：(1) 教師在教學(xué)過程中要提前預(yù)設(shè)問題，讓學(xué)生主動參與到探尋問題答案的過程之中。在這一過程中，學(xué)生通過查閱大量的資料能進(jìn)一步擴(kuò)展對CAD/CAM技術(shù)的了解和認(rèn)知程度，從而提高學(xué)生對CAD/CAM課程的興趣；教師則能通過課堂討論和點評，達(dá)到讓學(xué)生掌握問題的目的。(2) 教學(xué)要注重理論聯(lián)系實際，實現(xiàn)二者的融會貫通。例如，在講圖形變換理論時，教師可適時把學(xué)生所熟知的一些相關(guān)軟件操作功能（如圖形的旋轉(zhuǎn)、鏡像功能等）聯(lián)系起來，以使學(xué)生對抽象的理論有比較具體的直觀感受，在心理上產(chǎn)生學(xué)有所用的滿足感和成就感，對學(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚的興趣。此外，為了豐富課堂內(nèi)容，教師還可充分利用多媒體的優(yōu)勢，展示一些讓學(xué)生感興趣的CAD/CAM應(yīng)用優(yōu)秀作品、創(chuàng)作成果和先進(jìn)制造視頻，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和動力。(3) 增強實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，這是提高學(xué)生對CAD/CAM課程產(chǎn)生濃厚興趣的另一個重要手段。例如，可以通過提供一些讓學(xué)生感到比較熟悉和親近的設(shè)計對象，如洗發(fā)水瓶、手機等生活用品，讓學(xué)生充分發(fā)揮創(chuàng)造力和想象力，并通過自己的努力完成對這些對象的三維建模以及各種加工方案的制定。通過這些實踐活動，不僅能幫助學(xué)生更深刻地理解和消化課堂教學(xué)內(nèi)容，訓(xùn)練和提高他們的實際工程應(yīng)用能力，而且更為重要的是，實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置可在一定程度上消除學(xué)生面對未來時所普遍表露出來迷茫心態(tài)——“我能做什么，我能做好嗎”，從而增強他們面對人生前途的信心。

(五) 改變課程考核方式

考核是對教、學(xué)兩方面水平好壞評價的依據(jù)，也是促進(jìn)和引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的重要手段。由于傳統(tǒng)的閉卷考試方式形式單一，內(nèi)容涵蓋面窄而不能實現(xiàn)對CAD/CAM課程在基本理論與工程實踐能力兩方面教學(xué)目標(biāo)的全面評價，因此必須對傳統(tǒng)的考試方式進(jìn)行改革。鑒于CAD/CAM課程的特點，為了保證教學(xué)效果，我們應(yīng)采取出勤、實驗操作、課程作業(yè)、筆試等多種手段相結(jié)合的方式對學(xué)生的學(xué)習(xí)程度進(jìn)行考察。具體操作如下：出勤情況占10%，實驗操作占30%，課程大作業(yè)占20%，筆試占40%。其中，實驗操作考核在平時進(jìn)行，重點考核學(xué)生對各章節(jié)內(nèi)容的掌握程度，以便及時解決所發(fā)現(xiàn)的問題。其中，大作業(yè)在課程結(jié)束前進(jìn)行，采取上機與報告相結(jié)合的方式，重點考查學(xué)生的綜合能力，即將零散的知識點整合為具體任務(wù)目標(biāo)的能力，該項考核有助于提高學(xué)生思維的靈活性及創(chuàng)造力?？傊?，上述考核方式對于促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)CAD/CAM課程，提高該課程教學(xué)質(zhì)量有著積極的意義。

CAD/CAM 技術(shù)作為具有代表性的先進(jìn)制造技術(shù)，應(yīng)用日益廣泛，已經(jīng)成為當(dāng)代機械工程師不可或缺的一項專業(yè)技能。因此，提高CAD/CAM課程的教學(xué)效果，培養(yǎng)具有扎實的理論基礎(chǔ)和實踐能力并具備創(chuàng)新能力的復(fù)合型專業(yè)人才，已成為CAD/CAM教學(xué)的一項重要任務(wù)。本文就如何提高CAD/CAM教學(xué)效果所提出的一些方法和建議是對CAD/CAM課程教學(xué)改革的一種探索。當(dāng)然，教學(xué)改革是一個循序漸進(jìn)的過程，對相關(guān)問題的研究還需作進(jìn)一步的研究和探討。

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