CAD/CAM課程的“階段”教學法研究①

張東方

摘 要：針對CAD/CAM類課程教學中存在的問題提出了“階段”教學的解決方法。首先對教學過程中存在問題的原因進行了分析，根據分析結果提出了新的教學方法，即根據不同的專業培養階段，結合案例教學法來講授不同的CAD/CAM軟件功能模塊，這將有助于提高學生的實際操作能力、學習興趣及綜合專業素質。

關鍵詞：CAD/CAM 教學方法 教學改革

中圖分類號：G624 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（b）-0165-02

1 CAD/CAM課程

CAD/CAM技術是先進制造技術的核心內容。對于現今的機械行業來說，CAD/CAM技術的熟練掌握已成為相關從業人員的基本技術要求。因此，為我國現代制造業培養一大批CAD/CAM技術人才，成為了高校機械類專業人才培養的重要任務[1]。

為應對目前行業對應用型人才的實際需求，現今高校的機械類或近機械類專業基本都開設了CAD/CAM的相關課程。CAD/CAM課程的實際教學內容是各種計算機輔助設計軟件的應用，因此屬于技能型課程。在大多數高校的專業培養計劃中，這些課程主要分為兩部分：第一，以AutoCAD軟件為主的二維繪圖軟件的教學，目的是培養學生能夠掌握AutoCAD軟件進行工程圖的繪制；第二，以CATIA， Pro/Engineer， Solid Works， UG等軟件為主的三維設計軟件的教學，目的是培養學生能夠使用這些軟件進行機械設計、工程分析及輔助制造的相關工作。

但現在CAD/CAM課程的實際教學效果仍存在一些問題，主要是學生對軟件的靈活應用能力較差。針對這一點，一些高校教師已經展開了相關研究，如唐春華提出了項目教學法在課程教學中的應用[2]，寧旺云提出通過趣味圖形的創新教學法提升學生學習的興趣[3]等。但這些已有研究基本只針對教學中的某一環節提出解決方法，因此，在汲取之前研究成果的基礎上，針對專業培養計劃與CAD/CAM類軟件的特性，本文提出了“階段”教學法，旨在有效發揮CAD/CAM課程在學生專業素質培養中的積極作用。

2 目前教學中存在的主要問題

由于CAD/CAM類課程本身為應用性極強的課程，所以課程的教學目標是讓學生在課程結束后可以掌握并熟練使用一種或多種軟件從事CAD、CAE、CAM方面的基本工作。但這一目標的實現程度卻往往并不理想，原因主要和學生培養計劃中的相關課程時間設置及目前相關教材內容的整體結構有關。

2.1 課程設置

目前CAD/CAM在大多數高校的培養計劃中基本都是作為一門課程來設置進行集中學習。這種設置方法是造成教學效果無法達到預期的原因之一。主要是因為CAD/CAM類軟件由于自身廣泛的功能模塊，其所涉及的知識面基本貫穿了大部分的專業核心課程。在集中學習的情況下，如果課程設置在專業培養的早期，因為學生還未接觸到更多的專業知識，會造成一些諸如CAE，CAM類功能模塊課程的學習障礙，如設置到專業培養末期的話同樣也會出現學生對一些基礎知識由于學習時間已過太久而不熟悉的情況。所以傳統的教學情況往往是只教授了基本的CAD模塊，由于課時數的限制（因為課程必須安排大量的上機教學時間，這會導致實際講授的時間大幅度縮小），其余功能模塊的學習往往只是介紹性的一帶而過，這樣的話就很難達到CAD/CAM課程教學的初衷。因此，CAD/CAM類課程應處于專業培養計劃的哪個階段也是一個非常重要的問題。

2.2 教材

現如今教學中常用到的一些相關教材，它們的編寫特點有以下幾方面：

（1）教材中軟件內容以基本工具的使用為主，實例為輔。基本工具的介紹與實例的聯系性較差。學生在基本工具的學習過程中會感覺比較乏味，雖然他們按照實例的要求一步步進行操作可以完成圖形的繪制，但卻會出現“知其然卻不知其所以然”的情況，舉一反三的能力較差。

（2）教學內容較全面，但系統性不強。由于CAD/CAM類軟件的功能數量非常強大，教材一般會要求面面俱到，但篇幅數的限制使得教材對每一方面并不能進行深入，在這一方面，通用教材的教學效果可能比不上一些非教材類的專用軟件教程類書籍。

（3）教材中所涉及到的部分模塊功能可能會出現與現培養階段其他專業課程脫節的情況。

3 “階段”教學法應用分析

通過之前的分析，可以得知傳統CAD/CAM類課程教學中教學效果難以提升的主要原因在于集中學習的課程設置與學生其他專業課程的學習存在一定程度的脫節現象。這種情況一方面導致學生并不能深入理解所學CAD/CAM課程的內容，另一方面會導致學習積極性的下降。針對這兩點主要原因，以提高教學效果為目標，提出了如下的解決方案。

3.1 課程設置與“階段”教學法的應用分析

在課程設置中所出現的問題，提倡使用“階段”教學法進行解決。所謂CAD/CAM的“階段”教學法，即不同于現今將CAD/CAM課程集中開設在一個學期進行學習的方法，而是將其分散在不同專業課程的學習階段進行各種相關功能模塊的學習。如以PRO/Engineer軟件為例，各階段性功能模塊與專業課程的學習階段對應關系（如圖1所示）。這種課程設置雖然是以PRO/Engineer軟件為例，但由于現今大多數CAD/CAM類軟件在功能模塊的設置上基本相同，因此也同樣適用于此圖所示的方法。

這種階段式的課程設置方法有助于解決之前所提到的各種教學問題。這種課程設置的核心內容是將計算機輔助技術完全滲透到專業課的學習當中，使CAD/CAM課程和其他專業課程在學習的進程中進行結合，起到相互促進的作用。這符合當前對高校機械類人才培養的要求。學生在整個專業課學習的過程中會持續性的學習軟件的各種功能模塊，不會產生軟件與專業課學習脫節的情況。將CAD/CAM課程的學習分散開，避免了傳統教學中因學習內容的大量灌輸而導致學習效果較差的情況。同時，這也有助于提高學生的軟件使用頻率，進而提高實際操作熟練度，有利于解決各種實際應用中遇到的問題，在進入工作崗位之后能更快的投入到工作中去。

另一方面，這種“階段”教學法有利于發揮CAD/CAM軟件的輔助作用。與專業課程相對應階段的軟件功能模塊學習實際上是給學生一個專業課知識的虛擬實踐環境，有助于激發學生的專業學習興趣和對所學專業課知識的理解。

比如在學習機械制圖的第一學期安排學習CAD/CAM軟件的二維繪圖及零件特征模塊有助于對學生三維形態結構和相對位置的鍛煉。在工程類三維輔助設計軟件的設計中，所有的三維實體模型都是由各個方向的平面投影截面為基礎生成的，學生在學習和操作軟件進行三維設計的同時能夠直觀的理解三維實體與二維投影圖之間的關系。工程圖模塊的核心內容則基本是國標中的各種零件的表示及標注標準，學生與第二學期的機械制圖一起學習則有利于對這些國標標準的記憶及理解。CAD/CAM軟件都能夠提供零件的一些諸如密度、質量、表面積、慣性力矩等基本信息和有限元分析工具，這些內容都同工程力學課程的學習有著緊密的聯系，所以在工程力學課程開設的同時學習CAD/CAM軟件的有限元模塊，則有利于學生對所學課程內容的直觀理解。同樣，在機械設計基礎課程學習的同時學習裝配和運動仿真模塊，能夠讓學生直觀的認知到各種機構的運動及傳動關系。現代數控技術的核心內容與CAD技術密不可分，數控技術與CAM模塊的關系本身就是緊密聯系在一起的。最后學生的課程設計是對CAD/CAM課程學習的一次綜合應用，也可以作為該課程的最終考核標準。

3.2 案例教學法的結合應用

階段教學法和現在大多數CAD/CAM教材的內容有矛盾之處，主要在于大多數教材由于篇幅的限制，很難將這些內容介紹的面面俱到，大多數教材的主要內容都以CAD功能模塊的教學為主，在很多CAE/CAM模塊沒有理想教材的情況下，要發揮階段教學法的優勢會存在一些困難。關于這一點，可以嘗試合理運用案例教學法來解決。

關于案例教學法在CAD/CAM課程中的應用，已有很多人做過討論[2][7]。在實際的教學中采用案例教學法確實會對學生學習興趣的提高起很大作用。因為與傳統的正向教學相比，即先介紹各種功能定義再具體演示使用方法，采用案例教學這種逆向教學方式更有利于學生對一些功能命令產生深刻印象，尤其在一些功能模塊教材相關內容較少的情況下。

在案例的選擇中需要注意兩點，一是所選案例必須能有效解決典型命令的學習問題，且具有各種命令的綜合應用方法；二是案例最好選擇一些實際案例，只有實際案例才具有說服力，引起學生的重視。

在采用案例教學法進行教學的時候應注意在案例的示范中向學生提供最具有效率的操作流程，在CAD/CAM類軟件繁多的命令群中只向學生講授實際工作中經常用到的命令。這有利于學生更快速學會實際的應用方法，從而不會因為卡在某個操作流程中而喪失了學習的興趣。這種方法是讓學生在能夠掌握一種基本操作方法，完成一個案例的前提下，再在新案例中學習新的功能命令，是一種有效的學習方法，這能夠避免學生由于學習障礙而造成喪失學習興趣，提高學生自學及解決具體問題的能力。

此外，在案例教學的過程中，要重點向學生講授案例，分析在工作流程中的邏輯關系，這有助于學生理解CAD/CAM軟件設計的理念，如在草繪截面的案例教學中要求學生嚴格按照圖元、約束、尺寸的流程進行繪圖，將有助于學生理解“參數化”設計的概念，這對學生學習其他同類軟件是有益處的。

4 結語

該文針對傳統CAD/CAM課程教學中存在的教學效果問題提出了一種“階段”教學法，這種教學方法的主要特點是將CAD/CAM課程學習分散到培養計劃的各個專業課程學習階段當中。這種方法能夠解決傳統教學方法中學生實際操作應用能力差，對部分模塊功能理解不深入等問題，同時也能起到對其他專業課程學習的輔助作用，提高學生整體的專業素養。與傳統的教學方法相比其優點主要在于：一、減少一次性知識點學習的數量；二、軟件相關功能模塊的學習不會與專業課知識學習脫節；三、能有效提高學生的實際操作能力和學習興趣；四、對其他專業課程的學習同樣能起到輔助作用。

參考文獻

[1] 張紅蕾.Pro/E在機械CAD/CAM技術課程教學中的應用研究[J].科技創新導報，2010（36）：135-138.

[2] 唐春華，廖桂波.基于項目教學法的Pro/E課程教學的應用研究[J].襄樊職業技術學院學報，2010，9（3）：104-106

[3] 寧旺云.計算機輔助設計教學創新與應用探析[J].裝備制造技術，2011（10）：233-235.

[4] 張伏，楊欣，付三玲.論農自專業計算機輔助設計教學改革[J].中國現代教育裝備，2010（1）：122-124.

[5] 張鵬，張運九，劉旭濤.計算機輔助設計教學改革研究.農業網絡信息，2011（3）：139-140.

[6] 黃效賀.Pro/E軟件用于機械專業課程的輔助教學[J].中國制造業信息化，2005，34（10）：133-134.

[7] 賴興余，鄢春艷.案例教學法在Pro/E模具設計教學中的應用[J].職業教育研究，2009（6）：82-83.