應(yīng)用型本科院校CAD/CAM技術(shù)課程的教學(xué)探索和改革

張樂(lè)瑩+劉艷+陸廣華+張躍

[摘 要]CAD/CAM技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中占據(jù)著重要的地位，是未來(lái)工業(yè)的重要技術(shù)。應(yīng)用型本科院校對(duì)這門(mén)課程的教學(xué)要根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)修訂適宜的教學(xué)計(jì)劃，對(duì)相關(guān)課程的銜接應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化。教師對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，在理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合軟件和實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行授課，讓學(xué)生探索式地成長(zhǎng)。通過(guò)一些課堂設(shè)計(jì)、課外作品及各種競(jìng)賽提高學(xué)生的興趣，營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍。

[關(guān)鍵詞]應(yīng)用型本科；CAD/CAM；課程改革

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2016）06-0126-02

一、引言

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（簡(jiǎn)稱(chēng)CAD/CAM）技術(shù)于20世紀(jì)60年代開(kāi)始形成，至今已有50多年歷史。[1]它融合了多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，發(fā)展迅猛，應(yīng)用范圍廣泛，在機(jī)械、電子、汽車(chē)、船舶、航空、航天、紡織、輕工及建筑等諸多領(lǐng)域都具有不可替代的地位。[2]

CAD/CAM技術(shù)改變了傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)及制造方式，提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、節(jié)省了產(chǎn)品生產(chǎn)的開(kāi)支、縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，為企業(yè)適應(yīng)市場(chǎng)注入更多活力。CAD/CAM技術(shù)越來(lái)越受到國(guó)家、企業(yè)及廣大工程技術(shù)人員的重視。這是一門(mén)仍處于快速發(fā)展中的高新技術(shù)。在工業(yè)4.0（Industry 4.0）中，CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用得到了足夠的重視，它是未來(lái)行業(yè)中的必備工具，也是新型產(chǎn)品的研發(fā)與創(chuàng)新平臺(tái)。

二、課程教學(xué)現(xiàn)狀

CAD/CAM技術(shù)是一門(mén)綜合性課程，它涵蓋工程圖形學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、優(yōu)化、模具、鈑金、逆向設(shè)計(jì)和制造等眾多知識(shí)領(lǐng)域。因此，許多院校均在大三或大四階段開(kāi)設(shè)CAD/CAM技術(shù)課程，其目的是讓學(xué)生在具備一定專(zhuān)業(yè)知識(shí)后再學(xué)習(xí)這門(mén)課程。但目前在許多院校尤其是研究型本科院校，課程講授仍以枯燥的理論為主。對(duì)于應(yīng)用型本科院校的學(xué)生來(lái)說(shuō)，這種教學(xué)模式無(wú)法激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且知識(shí)點(diǎn)也不易消化吸收。[3] [4]

近年來(lái)，部分院校也開(kāi)始嘗試將CAD/CAM技術(shù)課程通過(guò)理論與實(shí)踐相結(jié)合的模式講解，并將課堂從普通教室搬至機(jī)房。[5]這種教學(xué)模式能更加形象地向?qū)W生展示課程內(nèi)容，并加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。不過(guò)，理論教學(xué)內(nèi)容仍舊沒(méi)得到深層次的改變，許多保留的知識(shí)點(diǎn)比較難懂，需要花費(fèi)更多時(shí)間學(xué)習(xí)，而它們對(duì)學(xué)生日后工作和學(xué)習(xí)的用處卻不大。盡管課堂搬至了機(jī)房，但預(yù)留的上機(jī)時(shí)間并不多，學(xué)生練習(xí)機(jī)會(huì)少之又少，無(wú)法充分體會(huì)到CAD/CAM技術(shù)的精髓。

無(wú)論是在普通教室講解，還是在機(jī)房演示，CAD/CAM技術(shù)課程講解都呈現(xiàn)出“偏軟”的狀態(tài)。理論缺乏足夠吸引力，而上機(jī)演示與工程實(shí)際之間亦存在脫節(jié)現(xiàn)象，它如空中樓閣一般，讓學(xué)生感覺(jué)虛幻、不可觸摸。如能將CAD/CAM技術(shù)與工程問(wèn)題和實(shí)驗(yàn)設(shè)備結(jié)合起來(lái)，建立良好的硬件設(shè)施條件，講授時(shí)做到“軟硬兼施”，學(xué)生的動(dòng)手能力和CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用能力都會(huì)得到更好的培養(yǎng)。

三、教學(xué)探索及改革

在應(yīng)用型本科院校中，學(xué)生的理論基礎(chǔ)相對(duì)于研究型本科院校的學(xué)生來(lái)說(shuō)較弱，因此CAD/CAM技術(shù)課程應(yīng)以實(shí)用為主，適當(dāng)調(diào)整知識(shí)結(jié)構(gòu)和授課內(nèi)容，并強(qiáng)調(diào)動(dòng)手能力的培養(yǎng)。但另一方面，CAD/CAM技術(shù)絕不能淪落為職業(yè)技術(shù)層次的單一軟件培訓(xùn)，應(yīng)從宏觀上引導(dǎo)學(xué)生對(duì)CAD/CAM技術(shù)整個(gè)流程及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)有理論儲(chǔ)備。應(yīng)用型院校的CAD/CAM技術(shù)課程要求學(xué)生達(dá)到既有動(dòng)手能力，又有一定的理論支撐。這對(duì)于課時(shí)安排是有一定挑戰(zhàn)性的。下面分別對(duì)應(yīng)用型院校CAD/CAM技術(shù)課程的教學(xué)進(jìn)行一些探索。

（一）修訂教學(xué)計(jì)劃

CAD/CAM技術(shù)要求知識(shí)面廣泛，且其內(nèi)容覆蓋了CAD、CAE、CAPP、CAM等各類(lèi)CAX的理論及實(shí)踐。CAD/CAM技術(shù)課程至少應(yīng)安排3-3.5學(xué)分。只有保證充足學(xué)時(shí)，才能達(dá)到理論與動(dòng)手能力并重的效果。

即便這樣，CAD/CAM技術(shù)課程的課時(shí)仍舊緊張。結(jié)合UG、SolidWorks或Pro/E等三維軟件來(lái)講解課程時(shí)，熟悉軟件操作會(huì)占用將近一半的課時(shí)。在教學(xué)計(jì)劃中，可考慮將CAD的三維軟件操作部分適當(dāng)剝離出來(lái)，融入其他課程或建立新的實(shí)訓(xùn)課程。比如南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院在工程圖形學(xué)課程的AutoCAD上機(jī)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)最后幾節(jié)課加入了Pro/E三維練習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生提前熟悉軟件，由二維向三維思維模式轉(zhuǎn)換。[6]此外還建立了1學(xué)分的Pro/E實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生在上CAD/CAM技術(shù)課程之前具備一定的三維建模能力。

CAD/CAM技術(shù)還可以與其他專(zhuān)業(yè)課程銜接，如南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院還開(kāi)設(shè)了有限元（ANSYS）、優(yōu)化（MATLAB）和模具設(shè)計(jì)、制造（Pro/E）等相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程。幾門(mén)課程在內(nèi)容上可達(dá)到相互呼應(yīng)、互補(bǔ)的效果。[7]

（二）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

CAD/CAM技術(shù)更新?lián)Q代很快，而相關(guān)教科書(shū)卻變化不大，內(nèi)容復(fù)雜且套路陳舊。針對(duì)應(yīng)用型本科院校學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)做一些調(diào)整和優(yōu)化。

首先，可以考慮去除一些無(wú)關(guān)緊要的知識(shí)點(diǎn)，比如CAD/CAM的軟、硬件配置、數(shù)據(jù)庫(kù)模式、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同環(huán)境、圖形變換矩陣、曲線及曲面的公式表達(dá)等內(nèi)容。這些知識(shí)點(diǎn)對(duì)于應(yīng)用型本科的學(xué)生來(lái)說(shuō)，非常難以理解，而且占用課堂時(shí)間，對(duì)日后學(xué)習(xí)、工作的用處不大，并不是必不可少的內(nèi)容。這些知識(shí)點(diǎn)可以刪除。

其次，盡可能將知識(shí)點(diǎn)融入上機(jī)或?qū)嵺`教學(xué)當(dāng)中。理論課時(shí)適當(dāng)壓縮，盡量簡(jiǎn)潔，讓學(xué)生一目了然。理論講解是必要的，但講解時(shí)間越長(zhǎng)，效果越差。如果把知識(shí)點(diǎn)融入上機(jī)或?qū)嵺`當(dāng)中，學(xué)生邊操作邊溫習(xí)知識(shí)點(diǎn)，會(huì)更有利于知識(shí)點(diǎn)的吸收和理解。比如，在講解“參數(shù)化”設(shè)計(jì)內(nèi)容時(shí)，理論部分只要講清“參數(shù)化”的概念即可，接下來(lái)直接讓學(xué)生上機(jī)做兩個(gè)“參數(shù)化”的案例，學(xué)生馬上就能理解“參數(shù)化”的意思，并且印象深刻。應(yīng)用型本科院校的學(xué)習(xí)不應(yīng)該像研究型學(xué)院的純傳授式，而應(yīng)鼓勵(lì)讓學(xué)生以探索的方式來(lái)學(xué)習(xí)。

最后，在剝離Pro/E實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)之后，在課時(shí)可保證的情況下，教學(xué)內(nèi)容中還可適當(dāng)加入一些先進(jìn)技術(shù)，如三維掃描、逆向曲面及三維打印等知識(shí)點(diǎn)，以拓展學(xué)生的知識(shí)面。

（三）增加實(shí)驗(yàn)支撐

CAD/CAM技術(shù)課程教學(xué)很少用到實(shí)驗(yàn)設(shè)備，最多給學(xué)生一些工程圖或模型用于參照建模。在CAD內(nèi)容部分，這一練習(xí)是非常必要的，而且還應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)對(duì)實(shí)物的測(cè)繪練習(xí)，以提高建模的準(zhǔn)確性。而在CAE、CAM及逆向設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，基本上沒(méi)有院校會(huì)用到其他實(shí)驗(yàn)設(shè)備或器材，學(xué)生即使在上機(jī)時(shí)，也難以與實(shí)際工程背景相結(jié)合。

應(yīng)用型本科院校可根據(jù)自身情況充分利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室設(shè)施，引入上機(jī)操作與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的環(huán)節(jié)。比如CAE部分講解時(shí)，可以結(jié)合慧魚(yú)等實(shí)驗(yàn)搭建設(shè)備，對(duì)分析優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。這樣既可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，又可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力。又如，講解曲面或逆向設(shè)計(jì)時(shí)，可以帶學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室看看三維掃描儀的點(diǎn)云生成，并將文件帶到機(jī)房進(jìn)行后期曲面建模、實(shí)體化，最后導(dǎo)入三維打印機(jī)設(shè)備，這樣學(xué)生對(duì)于整個(gè)逆向流程了解更為清晰。

（四）提高學(xué)生興趣

興趣是學(xué)生的第一老師。教師在課堂上努力簡(jiǎn)化難懂知識(shí)點(diǎn)，并融入上機(jī)或?qū)嵺`當(dāng)中，目的就是提高學(xué)生的興趣。學(xué)生在探索中成長(zhǎng)，興趣也會(huì)越來(lái)越濃厚。案例教學(xué)或任務(wù)教學(xué)都可以培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力，還可以培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，學(xué)生完成后成就感十分強(qiáng)烈。此外，還可鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，并在課堂上予以公示，加強(qiáng)學(xué)生之間的交流。時(shí)常在課堂上或課外舉辦一些對(duì)抗賽，進(jìn)一步提高學(xué)生鍛煉創(chuàng)造性思維和互相學(xué)習(xí)的興趣。優(yōu)選一批優(yōu)秀學(xué)生參加全國(guó)各種相應(yīng)競(jìng)賽，豎立榜樣教育典型。2009年開(kāi)始至今，我院學(xué)生每年積極參加全國(guó)3D大賽等各種賽事，如圖1所示為部分參賽作品和獲獎(jiǎng)證書(shū)。

四、結(jié)論

CAD/CAM技術(shù)是未來(lái)工業(yè)中的重要技術(shù)。應(yīng)用型本科院校對(duì)于這門(mén)課程的教學(xué)要根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)修訂適宜的教學(xué)計(jì)劃，對(duì)相關(guān)課程的銜接應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化。教師應(yīng)對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，在理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合軟件和實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行授課，讓學(xué)生探索式地成長(zhǎng)，并通過(guò)一些課堂設(shè)計(jì)、課外作品及各種競(jìng)賽提高學(xué)生的興趣，營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 王隆太，等. 機(jī)械CAD/CAM技術(shù)[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[2] 寧汝新，等.CAD/CAM技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

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[5] 金寧，焦麗，劉雨搏.CAD/CAM技術(shù)課程教學(xué)的現(xiàn)狀與改革[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（S1）：203-204.

[6] 陸廣華，張樂(lè)瑩，張躍，陳濤.應(yīng)用技術(shù)大學(xué)工程制圖教學(xué)改革與探索[J].大學(xué)教育，2015（8）：164-165.

[7] 陳濤，李連波，張樂(lè)瑩，陸廣華.應(yīng)用型本科院校機(jī)械類(lèi)人才培養(yǎng)模式的探索研究[J].大學(xué)教育，2014（18）：117-118.

[責(zé)任編輯：陳 明]